JP6059062B2 - Method for producing metal-containing film - Google Patents

Method for producing metal-containing film Download PDF

Info

Publication number
JP6059062B2
JP6059062B2 JP2013071654A JP2013071654A JP6059062B2 JP 6059062 B2 JP6059062 B2 JP 6059062B2 JP 2013071654 A JP2013071654 A JP 2013071654A JP 2013071654 A JP2013071654 A JP 2013071654A JP 6059062 B2 JP6059062 B2 JP 6059062B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
metal
drying
membrane
skeleton
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013071654A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014196523A (en
Inventor
直人 木下
直人 木下
憲一 野田
憲一 野田
宏之 柴田
宏之 柴田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP2013071654A priority Critical patent/JP6059062B2/en
Publication of JP2014196523A publication Critical patent/JP2014196523A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6059062B2 publication Critical patent/JP6059062B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

本発明は、金属含有膜の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a metal-containing film.

従来、金属イオンの有する種々の機能が注目され、活用されている。例えば、マイクロ孔やメソ孔を有する薄膜に銀イオンを導入した分離膜を用いて、プロパンなどのパラフィンとプロピレンなどのオレフィンとを分離することが提案されている(非特許文献1参照)。また、ポルフィリン化合物のコバルト錯体を高分子重合体中に分散せしめてなる膜を用いて、空気から酸素を透過濃縮することが提案されている(特許文献1参照)。   Conventionally, various functions of metal ions have been attracting attention and utilized. For example, it has been proposed to separate paraffins such as propane and olefins such as propylene using a separation membrane in which silver ions are introduced into a thin film having micropores or mesopores (see Non-Patent Document 1). Further, it has been proposed to permeate and concentrate oxygen from the air using a film in which a cobalt complex of a porphyrin compound is dispersed in a polymer (see Patent Document 1).

ところで、こうした膜は、自立膜として用いられることもあるが、多孔質基材表面に形成されて用いられることが多い。多孔質基材表面に膜を形成する方法としては、例えば、多孔質基材表面に、スルホン化ポリアリールエーテルポリマー溶液を付着させ、0〜120℃の温度で0〜3000フィート/分の風速で通風することにより、スルホン化ポリアリールエーテルの被膜を形成することなどが提案されている(特許文献2参照)。また、多孔質基材表面に、シリカゾルを接触させて付着させ、露点が−70〜0℃の風を送風してシリカゾルを乾燥させ、その後焼成することにより、シリカ膜を形成することなどが提案されている(特許文献3参照)。   By the way, although such a film | membrane may be used as a self-supporting film | membrane, it is often formed and used on the surface of a porous base material. As a method for forming a film on the surface of the porous substrate, for example, a sulfonated polyarylether polymer solution is attached to the surface of the porous substrate, and the air velocity is 0 to 3000 feet / minute at a temperature of 0 to 120 ° C. It has been proposed to form a film of a sulfonated polyarylether by ventilating (see Patent Document 2). Also proposed is to form a silica film by bringing silica sol into contact with the surface of the porous substrate, blowing air with a dew point of -70 to 0 ° C. to dry the silica sol, and then firing it. (See Patent Document 3).

特公平6−98278号公報Japanese Examined Patent Publication No. 6-98278 特開昭63−248409号公報JP-A-63-248409 国際公開第WO2011/118252号International Publication No. WO2011 / 118252

Microporous and Mesoporous Materials, 78 (2005) 235-243Microporous and Mesoporous Materials, 78 (2005) 235-243

しかしながら、多孔質基材表面に金属イオンを含む膜を形成する際、特許文献2,3のように、液体を含む原料を付着させて乾燥させる方法を適用すると、原料に含まれる金属イオンが液体とともに多孔質基材側に拡散するなどして、膜内の金属イオン濃度が低下してしまうことがあった。また、この場合、膜内の金属イオン濃度が低いために膜の機能を十分に発揮できないことがあった。このため、膜内の金属イオン濃度の低下を抑制することが望まれていた。   However, when forming a film containing metal ions on the surface of the porous substrate, a method of attaching and drying a raw material containing a liquid as in Patent Documents 2 and 3, the metal ions contained in the raw material are liquid At the same time, the metal ion concentration in the film may decrease due to diffusion to the porous substrate side. In this case, since the metal ion concentration in the film is low, the function of the film may not be sufficiently exhibited. For this reason, it has been desired to suppress a decrease in the metal ion concentration in the film.

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、金属イオン及び液体を含む原料を用いて多孔質基材表面に金属含有膜を製造する際、膜内の金属イオン濃度の低下を抑制することができるものを提供することを主目的とする。   The present invention has been made to solve such problems. When a metal-containing film is produced on the surface of a porous substrate using a raw material containing metal ions and a liquid, the concentration of metal ions in the film is reduced. The main purpose is to provide a device capable of suppressing the above.

本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。   The present invention adopts the following means in order to achieve the main object described above.

本発明の金属含有膜の製造方法は、
金属イオン及び液体を含む原料を用い、多孔質基材表面に前記金属イオンを含む機能膜を形成する形成工程と、
前記機能膜の膜面側から前記機能膜の乾燥を促進する促進処理を行い、前記機能膜内の液体含有量が前記乾燥開始後1〜4時間の間に前記乾燥前の20質量%となるように前記機能膜の乾燥を行う乾燥工程と、を含むものである。
The method for producing a metal-containing film of the present invention includes:
Using a raw material containing metal ions and a liquid, forming a functional film containing the metal ions on the surface of the porous substrate,
Acceleration treatment for promoting drying of the functional film is performed from the film surface side of the functional film, and the liquid content in the functional film becomes 20% by mass before the drying in 1 to 4 hours after the start of the drying. And a drying step for drying the functional film.

この金属含有膜の製造方法では、金属イオン及び液体を含む原料を用いて金属イオンを含む機能膜を形成し、機能膜の膜面側から乾燥を促進する促進処理を行いながら所定の速度で乾燥を行う。この金属含有膜の製造方法では、膜内の金属イオン濃度の低下を抑制することができるし、金属イオン濃度のばらつきが小さい。この理由は、以下のように推察される。例えば、乾燥の速度が十分に速いため、乾燥途中に金属イオンを含む液体が多孔質基材側へ拡散してしまうことを抑制でき、結果として膜内の金属イオン濃度の低下を抑制することができるものと考えられる。また、乾燥の速度が速すぎないため、乾燥ムラができにくく、結果として金属イオン濃度のばらつきを抑制できるものと考えられる。   In this method for producing a metal-containing film, a functional film containing metal ions is formed using a raw material containing metal ions and a liquid, and drying is performed at a predetermined speed while performing an acceleration treatment for promoting drying from the film surface side of the functional film. I do. In this method for producing a metal-containing film, a decrease in the metal ion concentration in the film can be suppressed, and the variation in the metal ion concentration is small. The reason is presumed as follows. For example, since the drying speed is sufficiently high, it is possible to prevent the liquid containing metal ions from diffusing to the porous substrate during the drying, and as a result, it is possible to suppress the decrease in the metal ion concentration in the film. It is considered possible. Moreover, since the drying speed is not too high, uneven drying is difficult to occur, and as a result, it is considered that variation in metal ion concentration can be suppressed.

本発明の金属含有膜の製造方法において、前記促進処理は、前記膜面に対して概平行に流れる風を前記膜面に送風する処理であるものとしてもよい。膜面に送風する処理であれば、比較的容易に乾燥を促進することができる。   In the method for producing a metal-containing film of the present invention, the promotion process may be a process of blowing air that flows substantially parallel to the film surface to the film surface. If it is the process which ventilates to a film surface, drying can be accelerated | stimulated comparatively easily.

本発明の金属含有膜の製造方法において、前記機能膜は、前記金属イオンを担持可能な担持部と、該担持部に結合した無機骨格及び/又は有機骨格と、をさらに含むものとしてもよい。こうしたものでは、担持部に金属イオンが担持されるため、金属イオンを含む液体が多孔質基材側へより拡散しにくく、また金属イオンの安定性が向上し変化を抑制できると考えられるからである。こうした製造方法において、前記形成工程では、前記金属イオンを担持可能な前記担持部と、該担持部に結合した前記無機骨格及び/又は前記有機骨格と、を備えた膜骨格を形成し、該膜骨格に前記金属イオン及び前記液体を含む金属イオン導入液を接触させて前記機能膜を形成するものとしてもよい。こうすれば、担持部と、この担持部に結合した無機骨格及び/又は有機骨格とをさらに含む機能膜の形成を、比較的容易に行うことができる。   In the method for producing a metal-containing film of the present invention, the functional film may further include a supporting part capable of supporting the metal ions, and an inorganic skeleton and / or an organic skeleton bonded to the supporting part. In such a case, since the metal ions are supported on the support part, it is considered that the liquid containing the metal ions is less likely to diffuse to the porous substrate side, and that the stability of the metal ions is improved and the change can be suppressed. is there. In such a manufacturing method, in the forming step, a film skeleton including the supporting part capable of supporting the metal ions and the inorganic skeleton and / or the organic skeleton bonded to the supporting part is formed, and the film The functional film may be formed by bringing a metal ion introduction liquid containing the metal ions and the liquid into contact with a skeleton. By so doing, it is possible to relatively easily form a functional film that further includes a supporting portion and an inorganic skeleton and / or an organic skeleton bonded to the supporting portion.

本発明の金属含有膜の製造方法において、前記乾燥前の前記液体は、60質量%以上の水を含むものとしてもよい。   In the method for producing a metal-containing film of the present invention, the liquid before drying may include 60% by mass or more of water.

本発明の金属含有膜の製造方法において、前記多孔質基材は、流体の流路となる1以上のセルを形成する多孔質の隔壁部を備えた構造体であり、前記形成工程では前記隔壁部の内表面に前記機能膜を形成するものとしてもよい。   In the method for producing a metal-containing film of the present invention, the porous base material is a structure including a porous partition wall part that forms one or more cells serving as a fluid flow path. The functional film may be formed on the inner surface of the part.

本発明の金属含有膜の製造方法において、前記金属イオンは、金属種として、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、鉄及びアルカリ金属のうち1種以上を含むものとしてもよい。   In the method for producing a metal-containing film of the present invention, the metal ion may include one or more of gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, cobalt, iron, and an alkali metal as a metal species.

構造体10の構成の概略の一例を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of a schematic configuration of a structure body. 構造体10の製造方法を概念的に示す説明図。Explanatory drawing which shows the manufacturing method of the structure 10 notionally. 乾燥時間と膜内含水率との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between drying time and the moisture content in a film | membrane. 各実施例の膜内銀濃度のばらつきを示すグラフ。The graph which shows the dispersion | variation in the in-film silver density | concentration of each Example.

本発明の金属含有膜の製造方法の一実施形態を、図面を用いて説明する。この実施形態では、分離膜として機能する金属含有膜を備え、混合流体の濃縮・分離などを行う膜エレメントとして用いられる構造体を製造する。図1は、構造体10の構成の概略の一例を示す説明図である。図2は、構造体10の製造方法を概念的に示す説明図である。   One embodiment of a method for producing a metal-containing film of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a structure including a metal-containing membrane that functions as a separation membrane and used as a membrane element that performs concentration / separation of a mixed fluid is manufactured. FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an example of a schematic configuration of the structure 10. FIG. 2 is an explanatory view conceptually showing the method for manufacturing the structure 10.

ここではまず、構造体10について説明する。   First, the structure 10 will be described.

構造体10は、図1に示すように、混合流体の流路となる複数のセル12を形成する多孔質の隔壁部14と、隔壁部14の内表面15aに設けられた機能層16と、隔壁部14の端面15bに設けられたシール部18とを備えている。この構造体10では、機能層16は、混合流体を分離する分離膜として機能する。具体的には、入口側からセル12へ入った混合流体のうち、機能層16を通過可能な流体は機能層16が形成された多孔質の隔壁部14を通過して濃縮され、濃縮流体として構造体10の外周面から排出される。一方、機能層16を通過できない流体は、セル12の流路に沿って流通し、分離流体としてセル12の出口側から排出される。なお、混合流体としては、2種以上の気体を含むものとしてもよいし、2種以上の液体を含むものとしてもよい。また、気体と液体とを含むものとしてもよいし、気体と固体(粉体)とを含むものとしてもよいし、液体と固体とを含むものとしてもよいし、気体と液体と固体とを含むものとしてもよい。   As shown in FIG. 1, the structure 10 includes a porous partition wall portion 14 that forms a plurality of cells 12 that serve as a flow path for a mixed fluid, and a functional layer 16 provided on an inner surface 15 a of the partition wall portion 14. And a seal portion 18 provided on the end surface 15 b of the partition wall portion 14. In the structure 10, the functional layer 16 functions as a separation membrane that separates the mixed fluid. Specifically, among the mixed fluid that has entered the cell 12 from the inlet side, the fluid that can pass through the functional layer 16 is concentrated through the porous partition wall 14 in which the functional layer 16 is formed, and is used as the concentrated fluid. It is discharged from the outer peripheral surface of the structure 10. On the other hand, the fluid that cannot pass through the functional layer 16 flows along the flow path of the cell 12 and is discharged from the outlet side of the cell 12 as a separation fluid. Note that the mixed fluid may include two or more kinds of gases, or may include two or more kinds of liquids. Moreover, it is good also as what contains gas and a liquid, good also as what contains gas and solid (powder), good also as what contains liquid and solid, and contains gas, liquid, and solid. It may be a thing.

この構造体10は、複数のセル12を備えたモノリス構造を有している。その外形は、特に限定されないが、円柱状、楕円柱状、四角柱状、六角柱状などの形状とすることができる。   The structure 10 has a monolith structure including a plurality of cells 12. Although the external shape is not particularly limited, it can be a cylindrical shape, an elliptical column shape, a quadrangular column shape, a hexagonal column shape, or the like.

セル12は、構造体10の軸方向に伸びる流路であり、貫通孔であってもよいし、一方の端部が目封止されていてもよい。また、セル12のうちの一部のセルは、両端が目封止され、隔壁部14に外部空間と連通するスリットが形成されていてもよい。両端が目封止され、隔壁部14にスリットが形成されたセルを有するものでは、機能層16を通過可能な流体がスリットを介して効率よく構造体10の外周面から排出される。セル12の断面形状としては、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形などの多角形の形状や、円形、楕円形などの流線形状、及びそれらの組み合わせとすることができる。このうち、四角形以上の多角形、楕円及び円のうちの1以上であることが好ましい。セル12に鋭角の角が形成されないため、濾過ケークの除去が容易だからである。セル12の開口の最大長さは、例えば、0.5mm以上10mm以下としてもよい。ここで、セル12の開口の最大長さとは、セル12の開口周上の2点を直線で結んだ場合に、その長さが最大となる2点間の長さをいうものとする。   The cell 12 is a flow path extending in the axial direction of the structure 10, and may be a through-hole, or one end thereof may be plugged. Further, some of the cells 12 may be plugged at both ends, and the partition wall 14 may be formed with a slit communicating with the external space. In the case of a cell having both ends plugged and having a slit formed in the partition wall portion 14, the fluid that can pass through the functional layer 16 is efficiently discharged from the outer peripheral surface of the structure 10 through the slit. The cross-sectional shape of the cell 12 may be a polygonal shape such as a triangle, a quadrangle, a pentagon, a hexagon, or an octagon, a streamline shape such as a circle or an ellipse, or a combination thereof. Among these, it is preferable that it is 1 or more of the polygon more than a square, an ellipse, and a circle. This is because the sharp corners are not formed in the cell 12, so that the filter cake can be easily removed. The maximum length of the opening of the cell 12 may be, for example, not less than 0.5 mm and not more than 10 mm. Here, the maximum length of the opening of the cell 12 refers to the length between two points where the length becomes the maximum when two points on the periphery of the opening of the cell 12 are connected by a straight line.

隔壁部14は、主に、機能層16を支持する基材としての役割を果たすものであり、流体の流通を阻害しないよう、多孔質で形成されている。その気孔径は、機械的強度と濾過抵抗のバランスなどを考慮して適宜決定すればよいが、例えば、0.001μm〜数100μm程度とすることができる。なお、気孔径とは、平均細孔径を示すものとし、そのサイズに適した測定方法(例えばガス吸着法、水銀圧入法、SEM観察など)によって測定したものとすればよい。隣合うセル12の間の隔壁部14の厚みは、例えば、1mm以上5mm以下などとすることができる。また、最外周のセル12から外周面までの隔壁部14の厚みは、例えば、1mm以上5mm以下などとすることができる。隔壁部14は、樹脂などの有機材料を含むものとしてもよいし、無機材料を含むものとしてもよい。無機材料を含むものとしては、例えば、コージェライト、Si結合SiC、再結晶SiC、チタン酸アルミニウム、ムライト、窒化珪素、サイアロン、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ及びシリカから選択される1以上の無機材料を含んで形成されているものとしてもよい。このうち、アルミナ及びチタニアが好ましい。原料が入手しやすく、隔壁部14の気孔径の制御が比較的容易であり、耐食性が高い点などにおいて有利だからである。   The partition wall 14 mainly serves as a base material that supports the functional layer 16 and is formed to be porous so as not to hinder the flow of fluid. The pore diameter may be appropriately determined in consideration of the balance between mechanical strength and filtration resistance, and can be, for example, about 0.001 μm to several hundred μm. The pore diameter indicates an average pore diameter, and may be measured by a measurement method suitable for the size (for example, gas adsorption method, mercury intrusion method, SEM observation, etc.). The thickness of the partition 14 between the adjacent cells 12 can be set to 1 mm or more and 5 mm or less, for example. Moreover, the thickness of the partition part 14 from the outermost periphery cell 12 to an outer peripheral surface can be 1 mm or more and 5 mm or less, for example. The partition wall 14 may include an organic material such as a resin, or may include an inorganic material. Examples of the inorganic material include one or more selected from cordierite, Si-bonded SiC, recrystallized SiC, aluminum titanate, mullite, silicon nitride, sialon, zirconium phosphate, zirconia, titania, alumina, and silica. It may be formed including an inorganic material. Of these, alumina and titania are preferred. This is because the raw material is easily available, the pore diameter of the partition wall 14 is relatively easy to control, and the corrosion resistance is high.

この隔壁部14は、気孔径の大きな粗粒部14aの表面に気孔径の小さな細粒部14bが形成された二層構造を有しているものとしてもよい。粗粒部14aの気孔径は、機械的強度と濾過抵抗のバランスなどを考慮して適宜決定すればよく、例えば、0.1μm〜数100μm程度とすることができる。細粒部14bの気孔径は、粗粒部14aの気孔径に比して小さいものであればよく、例えば、気孔径が0.001μm〜1μm程度のものとすることができる。こうした二層構造を有するものでは、粗粒部14aを備えることにより、隔壁部14の全体としての気孔径が大きくなるため、濾過抵抗を低減できる。一方、細粒部14bを備えることにより、隔壁部14の表面が平滑になり、機能層16やシール部18を均一に形成できる。なお、粗粒部14aと細粒部14bの材質は、同種のものでもよいし、異種のものでもよい。また、隔壁部14は、二層構造を有するものでなくてもよく、例えば、粗粒部14aと細粒部14bとの間に、中間の気孔径を有する中間層を備えた三層以上の層構造を有するものとしてもよいし、気孔径が連続的に変化するような傾斜材構造を有するものとしてもよいし、単層構造を有するものとしてもよい。   The partition wall 14 may have a two-layer structure in which a fine particle portion 14b having a small pore diameter is formed on the surface of a coarse particle portion 14a having a large pore diameter. What is necessary is just to determine the pore diameter of the coarse-grained part 14a suitably considering the balance of mechanical strength, filtration resistance, etc., for example, it can be set as about 0.1 micrometer-several hundred micrometers. The pore diameter of the fine-grained portion 14b only needs to be smaller than the pore diameter of the coarse-grained portion 14a. For example, the pore diameter can be about 0.001 μm to 1 μm. In what has such a two-layer structure, since the pore diameter as a whole of the partition part 14 becomes large by providing the coarse-grained part 14a, filtration resistance can be reduced. On the other hand, by providing the fine grain part 14b, the surface of the partition part 14 becomes smooth and the functional layer 16 and the seal part 18 can be formed uniformly. Note that the material of the coarse portion 14a and the fine portion 14b may be the same or different. Further, the partition wall portion 14 may not have a two-layer structure. For example, the partition wall portion 14 has three or more layers including an intermediate layer having an intermediate pore diameter between the coarse particle portion 14a and the fine particle portion 14b. It may have a layer structure, may have a gradient material structure in which the pore diameter continuously changes, or may have a single layer structure.

機能層16は、処理対象となる混合流体を分離する分離膜として機能するものである。この機能層16は、隔壁部14の内表面15aに設けられており、例えば、膜状に形成されていてもよいし、粒子層状に形成されていてもよい。この機能層16は、金属イオンを含むものである。金属イオンの種類は特に限定されないが、金属種として金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、鉄、アルカリ金属などを含むものであることが好ましく、銀を含むものであることがより好ましい。銀イオンは、不飽和炭化水素の分離に特に適しているからである。金属イオンの濃度は特に限定されるものではないが、走査型電子顕微鏡/エネルギー分散型X線分析装置を用いて機能層16の表面のうち任意の5箇所を測定した場合に、その全てが7Atom%以上20Atom%以下であるものとしてもよく、8Atom%以上16Atom%以下であるものとしてもよい。また、濃度の標準偏差は0以上3.0以下であることが好ましく、0.1以上2.0以下であることがより好ましい。機能層16の厚さは、例えば、0.01μm〜数10μm程度とすることができる。なお、機能層16は、隔壁部14の端面15bにも設けられていてもよい。   The functional layer 16 functions as a separation membrane that separates the mixed fluid to be processed. The functional layer 16 is provided on the inner surface 15a of the partition wall 14, and may be formed in a film shape or a particle layer shape, for example. This functional layer 16 contains metal ions. Although the kind of metal ion is not particularly limited, it is preferable that the metal ion contains gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, cobalt, iron, alkali metal, etc., and more preferably contains silver. This is because silver ions are particularly suitable for the separation of unsaturated hydrocarbons. The concentration of the metal ions is not particularly limited. However, when any five locations on the surface of the functional layer 16 are measured using a scanning electron microscope / energy dispersive X-ray analyzer, all of them are 7 Atoms. % Or more and 20 Atom% or less, or 8 Atom% or more and 16 Atom% or less. Further, the standard deviation of the concentration is preferably 0 or more and 3.0 or less, and more preferably 0.1 or more and 2.0 or less. The thickness of the functional layer 16 can be, for example, about 0.01 μm to several tens of μm. Note that the functional layer 16 may also be provided on the end surface 15 b of the partition wall portion 14.

この機能層16は、無機骨格及び/又は有機骨格などの膜骨格16aを有するものとしてもよい。こうした膜骨格16aは、金属イオンを担持可能な担持部に結合し、この担持部に金属イオンが担持されているものとしてもよい。無機骨格としては、例えば、ケイ素、チタン、アルミニウム、ジルコニウムなどの金属元素が、酸素などを介して結合した鎖状構造や三次元構造の骨格が挙げられる。有機骨格としては、ポリスチレン系、アクリル系、エポキシ系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリウレタン系、ポリスルホン系、ポリエーテル系、ポリエーテルスルホン系などの公知の樹脂が挙げられる。担持部としては、例えば、カルボキシル基やスルホン基、リン酸基、ホスホン酸基、フェノール性水酸基などの陽イオン交換基が挙げられる。   The functional layer 16 may have a film skeleton 16a such as an inorganic skeleton and / or an organic skeleton. Such a membrane skeleton 16a may be bonded to a supporting part capable of supporting metal ions, and the supporting part may support metal ions. Examples of the inorganic skeleton include a chain structure or a three-dimensional structure skeleton in which metal elements such as silicon, titanium, aluminum, and zirconium are bonded through oxygen or the like. Examples of the organic skeleton include known resins such as polystyrene, acrylic, epoxy, polyester, polyamide, polyimide, polyurethane, polysulfone, polyether, and polyethersulfone. Examples of the supporting part include cation exchange groups such as a carboxyl group, a sulfone group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, and a phenolic hydroxyl group.

シール部18は、隔壁部14の端面15bからの流体の流入や流出を防ぐためのものであり、隔壁部14の端面15bに設けられている。このシール部18の材質としては、例えば、ガラスやセラミックス、樹脂などのうち緻密質なものを用いることができる。このシール部18は、例えば、原料を含むスラリーを隔壁部14の端面15bに塗布・乾燥し、必要に応じて焼成や硬化処理を行うことにより形成したものとしてもよい。原料を含むスラリーは、ガラス粉末やセラミックス粉末、樹脂粉末などの原料の他、溶媒や、有機結合剤などを含むものとしてもよい。また、シール部18の前駆体を含む前駆体スラリーとしてもよい。塗布方法は、特に限定されず、例えば上述したスラリーをスポンジに含浸させてそのスポンジを隔壁部14の入口側や出口側に押しつけるスタンプにより塗布してもよい。また、上述したスラリーに、隔壁部14の入口側や出口側を浸漬させるディッピングにより塗布してもよい。また、スプレーなどにより塗布してもよい。   The seal portion 18 is for preventing inflow and outflow of fluid from the end surface 15 b of the partition wall portion 14, and is provided on the end surface 15 b of the partition wall portion 14. As the material of the seal portion 18, for example, a dense material such as glass, ceramics, or resin can be used. The seal portion 18 may be formed by, for example, applying and drying slurry containing a raw material on the end surface 15b of the partition wall portion 14 and performing firing or curing treatment as necessary. The slurry containing the raw material may contain a solvent, an organic binder, and the like in addition to the raw material such as glass powder, ceramic powder, and resin powder. Moreover, it is good also as a precursor slurry containing the precursor of the seal part 18. FIG. The application method is not particularly limited, and for example, the above-described slurry may be impregnated in a sponge and applied by a stamp that presses the sponge against the inlet side or the outlet side of the partition wall portion 14. Moreover, you may apply | coat by the dipping which immerses the entrance side and exit side of the partition part 14 in the slurry mentioned above. Moreover, you may apply | coat by spray etc.

次に、構造体10の製造方法について説明する。この製造方法は、隔壁部14を形成する隔壁部形成工程と、隔壁部14の内表面15aに機能層16を形成する形成工程と、機能層16を乾燥する乾燥工程と、を含むものとしてもよい。   Next, a method for manufacturing the structure 10 will be described. This manufacturing method may include a partition wall forming process for forming the partition wall 14, a forming process for forming the functional layer 16 on the inner surface 15 a of the partition wall 14, and a drying process for drying the functional layer 16. Good.

[隔壁部形成工程]
隔壁部形成工程では、所定形状の隔壁部14を形成する。ここでは、一例として、図1に示すように、粗粒部14aの表面に細粒部14bが形成された2層構造を有する隔壁部14を形成する場合について説明する。こうした二層構造を有する隔壁部14は、例えば以下のように作製することができる。まず、粗粒部14aを形成する。具体的には、骨材粒子、分散媒の他、必要に応じて界面活性剤などの添加剤を混合し混練して坏土を得て、その坏土を成形し、乾燥し、焼成する方法によって得ることができる。気孔径は、例えば、骨材粒子の平均粒子径を調整することによって制御できる。続いて、粗粒部14aの表面に細粒部14bを形成する。具体的には、骨材粒子、分散媒の他、必要に応じて界面活性剤などの添加剤を混合することによってスラリーを調整し、そのスラリーを、粗粒部14aの表面に成膜し、乾燥し、焼成して形成することができる。
[Partition wall forming step]
In the partition wall forming step, the partition wall 14 having a predetermined shape is formed. Here, as an example, as shown in FIG. 1, the case where the partition wall portion 14 having a two-layer structure in which the fine grain portion 14b is formed on the surface of the coarse grain portion 14a will be described. The partition 14 having such a two-layer structure can be manufactured, for example, as follows. First, the coarse grain part 14a is formed. Specifically, in addition to aggregate particles and dispersion medium, if necessary, additives such as surfactants are mixed and kneaded to obtain a clay, and the clay is molded, dried and fired. Can be obtained by: The pore diameter can be controlled, for example, by adjusting the average particle diameter of the aggregate particles. Subsequently, a fine grain portion 14b is formed on the surface of the coarse grain portion 14a. Specifically, in addition to the aggregate particles and the dispersion medium, if necessary, a slurry is prepared by mixing an additive such as a surfactant, and the slurry is formed on the surface of the coarse portion 14a. It can be formed by drying and firing.

[形成工程]
形成工程では、金属イオン及び液体を含む原料を用いて、隔壁部14の内表面15aに機能層16を形成することができる。金属イオンは、特に限定されるものではないが、金属種として、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、鉄及びアルカリ金属のうち1種以上を含むものであることが好ましい。金属イオン及び液体を含む原料は、こうした金属イオンと対をなすアニオンとして、BF4 -や、NO3 -、ClO4 -、CF3SO3 -、CFCO2 -などを含むものとしてもよい。液体の種類は特に限定されるものでなく、アルコール等の各種有機溶媒や、水を含むものとすることができる。このうち、水を含むものであることが好ましく、60質量%以上の水を含むものであることがより好ましく、80質量%以上の水を含むものであることがさらに好ましい。形成工程で形成される機能層16は、金属イオンと液体とを含んでいればよいが、機能層16の骨格となる膜骨格16aをさらに含んでいることが好ましい。
[Formation process]
In the forming step, the functional layer 16 can be formed on the inner surface 15a of the partition wall portion 14 using a raw material containing metal ions and liquid. The metal ion is not particularly limited, but it is preferable that the metal ion includes one or more of gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, cobalt, iron, and an alkali metal. The raw material containing a metal ion and a liquid may contain BF 4 , NO 3 , ClO 4 , CF 3 SO 3 , CFCO 2 − and the like as anions paired with such metal ions. The kind of liquid is not particularly limited, and can include various organic solvents such as alcohol and water. Among these, it is preferable that it contains water, it is more preferable that it contains 60 mass% or more of water, and it is more preferable that it contains 80 mass% or more of water. The functional layer 16 formed in the forming step only needs to contain metal ions and liquid, but preferably further includes a film skeleton 16 a that is a skeleton of the functional layer 16.

機能層16を形成する方法としては、例えば、図2に示すように、隔壁部14の内表面15aに膜骨格16aを形成し(図2(a)参照)、形成した膜骨格16aに、金属イオン及び液体を含む原料である金属イオン導入液16bを接触させることによって(図2(b)参照)、膜骨格16aと金属イオン導入液16bとを含む機能層16を形成してもよい。膜骨格16aの形成は、例えば、以下のように行うものとしてもよい。まず、膜骨格16aの原料となるゾルを作製する。このゾルは、例えば、陽イオン交換基を有する金属アルコキシド原料を加水分解及び重合させたり、陽イオン交換基を含むポリマー溶液に金属アルコキシドを添加して加水分解及び重合させたりすることにより作製できる。得られたゾルを、隔壁部14の内表面15aに形成し、乾燥させ、焼成する。こうした形成・乾燥・焼成を1回以上繰り返すことで、有機無機複合骨格に結合し金属イオンと結合可能な陽イオン交換基を有する膜骨格16aを形成することができる。続いて、所望の金属イオンを含む金属イオン導入液16bを用いてイオン交換を行うことにより、所望の金属イオンが担持部に担持された機能層16とすることができる。金属イオン導入液16bは、例えば、80質量%以上の液体を含むものとしてもよいし、90質量%以上の液体を含むものとしてもよい。また、金属イオン導入液16bを接触させる時間は、1時間以上100時間以下が好ましい。1時間以上とすれば、担持部に金属イオンが十分に担持されると考えられる一方、100時間以上接触させても、担持部に担持される金属イオンの量は増加しないと考えられるからである。膜骨格16aに金属イオン導入液16bを接触させる方法は、特に限定されず、金属イオン導入液16bに隔壁部14を浸漬させる方法や、セル12内に金属イオン導入液16bを満たして所定時間保持する方法や、セル12の軸方向を鉛直方向に一致させた状態でセル12内に金属イオン導入液16bを流下させる方法や、スプレーする方法など、公知の方法を適用することができる。なお、こうした機能層16を形成する際、あらかじめ膜骨格16aが形成された隔壁部14を準備しておき、それに金属イオン導入液16bを用いてイオン交換を行うことにより、形成してもよい。   As a method for forming the functional layer 16, for example, as shown in FIG. 2, a film skeleton 16a is formed on the inner surface 15a of the partition wall portion 14 (see FIG. 2A), and a metal skeleton is formed on the formed film skeleton 16a. The functional layer 16 including the film skeleton 16a and the metal ion introduction liquid 16b may be formed by contacting the metal ion introduction liquid 16b which is a raw material containing ions and liquid (see FIG. 2B). The formation of the membrane skeleton 16a may be performed as follows, for example. First, a sol as a raw material for the film skeleton 16a is prepared. This sol can be prepared, for example, by hydrolyzing and polymerizing a metal alkoxide raw material having a cation exchange group, or by adding a metal alkoxide to a polymer solution containing a cation exchange group and hydrolyzing and polymerizing. The obtained sol is formed on the inner surface 15a of the partition wall 14, dried and fired. By repeating such formation, drying, and firing at least once, it is possible to form the membrane skeleton 16a having a cation exchange group that can bind to the organic-inorganic composite skeleton and bond to the metal ion. Subsequently, by performing ion exchange using the metal ion introduction liquid 16b containing the desired metal ion, the functional layer 16 in which the desired metal ion is supported on the support portion can be obtained. The metal ion introduction liquid 16b may include, for example, 80% by mass or more of liquid or 90% by mass or more of liquid. The time for contacting the metal ion introduction liquid 16b is preferably 1 hour or more and 100 hours or less. This is because, if it is 1 hour or more, it is considered that the metal ions are sufficiently supported on the support part, whereas it is considered that the amount of metal ions supported on the support part does not increase even if the support part is contacted for 100 hours or more. . The method of bringing the metal ion introduction liquid 16b into contact with the membrane skeleton 16a is not particularly limited, and a method in which the partition wall portion 14 is immersed in the metal ion introduction liquid 16b, or the cell 12 is filled with the metal ion introduction liquid 16b and held for a predetermined time. A publicly known method such as a method of performing, a method of flowing down the metal ion introduction liquid 16b in the cell 12 in a state where the axial direction of the cell 12 is aligned with the vertical direction, a method of spraying, or the like can be applied. In addition, when forming such a functional layer 16, you may form by preparing the partition part 14 in which the film | membrane frame | skeleton 16a was formed previously, and performing ion exchange using the metal ion introduction liquid 16b to it.

機能層16を形成する方法としては、上述した方法のほか、膜骨格材料と金属イオンと液体とを含む混合原料液を、隔壁部14の内表面15aに接触させて形成してもよい。なお、隔壁部14の内表面15aに混合原料液を接触させたりする方法は、膜骨格16aに金属イオン導入液16bを接触させる方法と同様の方法を適用することができる。   As a method for forming the functional layer 16, in addition to the method described above, a mixed raw material liquid containing a film skeleton material, metal ions, and a liquid may be brought into contact with the inner surface 15 a of the partition wall portion 14. The method of bringing the mixed raw material liquid into contact with the inner surface 15a of the partition wall 14 can be the same as the method of bringing the metal ion introduction liquid 16b into contact with the film skeleton 16a.

[乾燥工程]
乾燥工程では、機能層16の膜面17側から機能層16の乾燥を促進する促進処理を行い、機能層16内の液体含有量が、乾燥開始後1〜4時間の間に乾燥前の20質量%となるように乾燥を行う。つまり、乾燥開始後1時間経過した時点では乾燥前の20質量%以上となり、かつ、乾燥開始後4時間を経過した時点では乾燥前の20質量%以下となるような条件で乾燥を行う。このうち、機能層16内の金属濃度の低下を抑制する観点からは、機能層16内の液体含有量が乾燥開始後1〜3時間の間に乾燥前の20質量%となるようにすることが好ましく、1〜2時間の間に乾燥前の20質量%となるようにすることがより好ましい。一方、機能層16内の金属濃度のばらつきを抑制する観点からは、機能層16内の液体含有量が乾燥開始後2〜4時間の間に乾燥前の20質量%となるようにすることが好ましく、3〜4時間の間に乾燥前の20質量%となるようにすることがより好ましい。
[Drying process]
In the drying step, an acceleration process for promoting the drying of the functional layer 16 from the film surface 17 side of the functional layer 16 is performed, and the liquid content in the functional layer 16 is reduced to 20 before drying for 1 to 4 hours after the start of drying. Drying is performed so that the mass% is obtained. That is, the drying is performed under the condition that when it is 1 hour after the start of drying, it is 20% by mass or more before drying, and when 4 hours after the start of drying, it is 20% by mass or less before drying. Among these, from the viewpoint of suppressing a decrease in the metal concentration in the functional layer 16, the liquid content in the functional layer 16 should be 20% by mass before drying within 1 to 3 hours after the start of drying. It is more preferable to make it 20% by mass before drying during 1 to 2 hours. On the other hand, from the viewpoint of suppressing variation in the metal concentration in the functional layer 16, the liquid content in the functional layer 16 should be 20% by mass before drying within 2 to 4 hours after the start of drying. Preferably, it is more preferably 20% by mass before drying during 3 to 4 hours.

促進処理としては、例えば、機能層16の膜面17に対して概平行に流れる風を膜面17に送風して乾燥する処理が挙げられる(図2(c)参照)。こうした処理であれば、比較的容易に乾燥を促進することができる。促進処理として、機能層16の膜面17に対して概平行に流れる風を膜面17に送風する処理を行う場合、その風速は、5.0m/s以上が好ましく、6.0m/s以上がより好ましい。また、10m/s以下が好ましく、9.0m/s以下がより好ましい。こうした送風条件では、常温で、好適な乾燥を行うことができるからである。風温度は、例えば、10℃以上が好ましい。10℃よりも低い温度の風では、乾燥が促進されにくい。また、例えば、80℃以下が好ましい。80℃よりも高い温度では、膜面にクラックなどが発生することがある。風温度は、このうち、例えば20℃以上としてもよいし、25℃以下や30℃以下としてもよい。風露点は、送風温度より低いことが好ましく、例えば、−70℃以上としてもよいし、70℃以下としてもよい。露点温度を低下させるには、例えば、吸着剤が強力に結合されたハニカム構造の除湿ロータで湿分を吸着させてもよい。なお、促進処理としては、上述したもののほか、送風を行うことなく機能層16の膜面17側の雰囲気の露点を低下させる方法などが挙げられる。   Examples of the promoting process include a process of blowing air that flows substantially parallel to the film surface 17 of the functional layer 16 to the film surface 17 and drying it (see FIG. 2C). With such treatment, drying can be promoted relatively easily. When performing the process which blows the wind which flows into the film surface 17 to the film surface 17 as the acceleration | stimulation process to the film surface 17 of the functional layer 16, the wind speed is preferable 5.0 m / s or more, 6.0 m / s or more Is more preferable. Moreover, 10 m / s or less is preferable and 9.0 m / s or less is more preferable. This is because it is possible to perform suitable drying at room temperature under such blowing conditions. The wind temperature is preferably 10 ° C. or higher, for example. Drying is unlikely to be promoted with wind at a temperature lower than 10 ° C. For example, 80 degrees C or less is preferable. At temperatures higher than 80 ° C., cracks and the like may occur on the film surface. Of these, the air temperature may be, for example, 20 ° C. or higher, 25 ° C. or lower, or 30 ° C. or lower. The wind dew point is preferably lower than the blowing temperature, and may be, for example, −70 ° C. or higher or 70 ° C. or lower. In order to lower the dew point temperature, for example, moisture may be adsorbed by a dehumidification rotor having a honeycomb structure in which an adsorbent is strongly bonded. In addition to what was mentioned above as a promotion process, the method of reducing the dew point of the atmosphere by the side of the film surface 17 of the functional layer 16 without blowing is mentioned.

促進処理は、乾燥開始から、機能層16内の液体含有量が乾燥開始前の20質量%以下となるまで行うことが好ましく、10質量%以下となるまで行うことがより好ましく、1質量%以下となるまで行うことがさらに好ましい。こうすれば、機能層16内の液体含有量が、乾燥開始後1〜4時間の間に乾燥前の20質量%となるような乾燥を、より容易に行うことができるからである。   The acceleration treatment is preferably performed from the start of drying until the liquid content in the functional layer 16 is 20% by mass or less before the start of drying, more preferably 10% by mass or less, and more preferably 1% by mass or less. It is more preferable to carry out until it becomes. By doing so, it is possible to more easily perform the drying so that the liquid content in the functional layer 16 becomes 20% by mass before the drying in 1 to 4 hours after the start of the drying.

以上説明した構造体10の製造方法によれば、機能層16内の金属イオン濃度の低下を抑制することができるし、金属イオン濃度のばらつきが小さい。この理由は明らかではないが、以下のように推察される。図2(d)のように自然乾燥を行う場合には、隔壁部14が多孔質であるため、毛細管現象などによって、金属イオンを含む液体が隔壁部14側に拡散しやすい。これに対して、実施形態の製造方法では、図2(c)に示すように、所定条件で送風乾燥を行うが、液体が機能層16側から蒸発し、かつ乾燥の速度が十分に速いため、金属イオン導入液16bが隔壁部14側へ拡散してしまうことを抑制でき、結果として機能層16内の金属イオン濃度の低下を抑制することができるものと考えられる。また、乾燥の速度が速すぎないため、乾燥ムラができにくく、結果として機能層16内の金属イオン濃度のばらつきを抑制できるものと考えられる。   According to the manufacturing method of the structure 10 described above, it is possible to suppress a decrease in the metal ion concentration in the functional layer 16, and the variation in the metal ion concentration is small. The reason for this is not clear, but is presumed as follows. When natural drying is performed as shown in FIG. 2D, since the partition wall portion 14 is porous, a liquid containing metal ions tends to diffuse toward the partition wall portion 14 due to a capillary phenomenon or the like. On the other hand, in the manufacturing method of the embodiment, as shown in FIG. 2C, the blast drying is performed under a predetermined condition, but the liquid evaporates from the functional layer 16 side and the drying speed is sufficiently high. It is considered that the metal ion introduction liquid 16b can be prevented from diffusing to the partition wall 14 side, and as a result, the decrease in the metal ion concentration in the functional layer 16 can be suppressed. Further, since the drying speed is not too high, it is difficult to cause uneven drying, and as a result, it is considered that variation in the metal ion concentration in the functional layer 16 can be suppressed.

また、構造体10は、複数のセル12を備えたモノリス形状であるため、1つのセルを備えたチューブラー形状のものに比して単位体積当たりの機能層の面積が大きく、混合流体の分離効率がよい。こうした構造体10は、分離膜としての機能層16を備えた膜エレメントとして用いることができる。   In addition, since the structure 10 has a monolith shape having a plurality of cells 12, the area of the functional layer per unit volume is larger than that of a tubular shape having a single cell, so that the mixed fluid can be separated. Efficiency is good. Such a structure 10 can be used as a membrane element including a functional layer 16 as a separation membrane.

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の隔壁部14が本発明の多孔質基材に相当し、機能層16が機能膜に相当する。なお、この実施形態では、構造体10の製造方法を説明することにより、本発明の金属含有膜の製造方法の一例を明らかにしている。   Here, the correspondence between the components of the present embodiment and the components of the present invention will be clarified. The partition wall part 14 of the present embodiment corresponds to the porous substrate of the present invention, and the functional layer 16 corresponds to the functional film. In this embodiment, an example of the method for producing the metal-containing film of the present invention is clarified by describing the method for producing the structure 10.

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.

例えば、上述した実施形態では、構造体10の製造方法は、隔壁部形成工程を含むものとしたが、こうした工程を省略してもよく、例えば、あらかじめ準備した多孔質基材を用いてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the manufacturing method of the structure 10 includes the partition wall forming step. However, such a step may be omitted, for example, a porous substrate prepared in advance may be used. .

例えば、上述した実施形態では、多孔質基材として、複数のセル12を備えたモノリス形状の構造体10を用いるものとしたが、1つのセルを備えたチューブラー形状の構造体を用いてもよいし、平板状などの構造体を用いてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the monolithic structure 10 including the plurality of cells 12 is used as the porous substrate. However, the tubular structure including one cell may be used. Alternatively, a plate-like structure may be used.

以下には、構造体10を具体的に作製した例を実施例として説明する。   Below, the example which produced the structure 10 concretely is demonstrated as an Example.

[実施例1〜5,比較例1〜3]
1.構造体10の作製
(A)隔壁部14の作製
(A−1)粗粒部14aの作製
骨材粒子として平均粒子径50μmのアルミナ粒子を用い、これに、有機結合剤、水を添加し、混練して坏土を得た。次に、プランジャー押出機を使用して、得られた坏土を押出成形し、外径が30mmφ、長さが160mmであり、流路の直径が2.5mmであるセルを55個有する成形体を得た。そして、得られた成形体を、熱風循環型乾燥機を使用して、100℃で24時間乾燥させ、乾燥させた成形体を、電気炉を用いて、焼成し、粗粒部14aを得た。焼成条件は、温度1500℃ 、焼成時間1時間、昇温速度や降温速度は100℃/時間とした。
[Examples 1-5, Comparative Examples 1-3]
1. Production of structure 10 (A) Production of partition wall portion 14 (A-1) Production of coarse particle portion 14a Alumina particles having an average particle diameter of 50 μm were used as aggregate particles, and an organic binder and water were added thereto. The kneaded material was obtained by kneading. Next, using a plunger extruder, the obtained kneaded material is extruded and formed with 55 cells having an outer diameter of 30 mmφ, a length of 160 mm, and a channel diameter of 2.5 mm. Got the body. And the obtained molded object was dried at 100 degreeC for 24 hours using a hot-air circulation type dryer, and the dried molded object was baked using the electric furnace, and the coarse grain part 14a was obtained. . The firing conditions were a temperature of 1500 ° C., a firing time of 1 hour, and a heating rate and a cooling rate of 100 ° C./hour.

(A−2)細粒部形成用スラリーの塗布
骨材粒子として平均粒子径10μm程度のアルミナ粒子を用い、アルミナ粒子30質量%に分散剤を添加して細粒部形成用スラリーを調製した。そして、その細粒部形成用スラリーを、粗粒部14aの表面に塗布した。塗布方法としては、特公昭63−66566号公報に記載の複層フィルタの製造方法(焼成を除く)に従った。
(A-2) Application of slurry for forming fine-grained portion Alumina particles having an average particle diameter of about 10 μm were used as aggregate particles, and a dispersant was added to 30% by mass of alumina particles to prepare a slurry for forming fine-grained portions. And the slurry for fine grain part formation was applied to the surface of coarse grain part 14a. As a coating method, a multilayer filter manufacturing method (excluding firing) described in Japanese Patent Publication No. 63-66566 was used.

(A−3)焼成
大気雰囲気下、電気炉にて焼成を行い、細粒部14b形成した。焼成条件は1200℃、1時間とし、昇温速度や降温速度は100℃/時間とした。こうして、粗粒部14aと細粒部14bとを有する隔壁部14を得た。なお、細粒部14bは、250μm程度の極めて薄い層として形成されるため、セル12の開口の最大長さ(流路の直径)には影響を与えない。
(A-3) Firing Firing was performed in an electric furnace in an air atmosphere to form fine-grained portions 14b. The firing conditions were 1200 ° C. and 1 hour, and the rate of temperature increase and the rate of temperature decrease was 100 ° C./hour. In this way, the partition part 14 which has the coarse grain part 14a and the fine grain part 14b was obtained. In addition, since the fine grain part 14b is formed as an extremely thin layer of about 250 μm, it does not affect the maximum length of the opening of the cell 12 (diameter of the flow path).

(A−4)シール部18の形成
シール部18の材料として、平均粒子径10μmのガラス粉末100質量部に、有機結合剤としてメチルセルロース2質量部を添加し、更に、水を加えて、混合することによってシール部形成用スラリーを調製した。そして、そのシール部形成用スラリーをスポンジに均一に含ませ、そのスポンジを押し付けることにより、隔壁部14の端面15bに塗布した。その後、大気雰囲気下、電気炉にて焼成を行いシール部18を形成した。焼成条件は1000℃、1時間とし、昇温速度や降温速度は100℃/時間とした。こうして、隔壁部14の内表面端部15aにシール部18を形成した。
(A-4) Formation of Seal Part 18 As a material of the seal part 18, 2 parts by mass of methyl cellulose as an organic binder is added to 100 parts by mass of glass powder having an average particle diameter of 10 μm, and water is further added and mixed. Thus, a slurry for forming a seal part was prepared. Then, the seal portion forming slurry was uniformly contained in the sponge, and applied to the end surface 15 b of the partition wall portion 14 by pressing the sponge. Thereafter, firing was performed in an electric furnace in an air atmosphere to form the seal portion 18. The firing conditions were 1000 ° C. for 1 hour, and the temperature increase rate and temperature decrease rate were 100 ° C./hour. Thus, the seal portion 18 was formed on the inner surface end portion 15a of the partition wall portion 14.

(B)膜骨格16aの形成
(B−1)ゾルの作製
カルボキシエチルシラントリオールナトリウム塩を25質量%含む水溶液8gに、硝酸1gを添加した後に、ウォーターバス中にて、60℃で6時間加熱処理を施すことで、加水分解及び重合を進行させた。
(B) Formation of membrane skeleton 16a (B-1) Preparation of sol 1 g of nitric acid was added to 8 g of an aqueous solution containing 25% by mass of carboxyethylsilanetriol sodium salt, and then heated at 60 ° C. for 6 hours in a water bath. By performing the treatment, hydrolysis and polymerization proceeded.

(B−2)形成
得られたゾルを用いて、特開2012−40549号公報の実施例に従って形成を行った。具体的には、まず、シール部18を形成した隔壁部14の外周面をマスキングテープでマスクした。次に、隔壁部14を流下成膜装置に固定した。そして、流下成膜装置のタンクに作製したゾルを溜め、上部からゾルを流し込みセル12内を通過させた。その後上部から風速5m/sの風を送り、余剰なゾルを除去した。
(B-2) Formation Using the obtained sol, formation was performed according to an example of JP 2012-40549 A. Specifically, first, the outer peripheral surface of the partition wall portion 14 on which the seal portion 18 was formed was masked with a masking tape. Next, the partition 14 was fixed to the falling film forming apparatus. Then, the produced sol was stored in the tank of the falling film forming apparatus, and the sol was poured from above and passed through the cell 12. Thereafter, wind at a wind speed of 5 m / s was sent from above to remove excess sol.

(B−3)乾燥
さらに、特開2012−40549号公報の実施例に従って乾燥を行った。具体的には、ゾルを流し込んでゾルを付着させた隔壁部14のセル12内を、30秒以内に除湿送風機を用いて室温の風を通過させて30分間乾燥させた。なお、風速は、5〜20m/s、風露点は、−70〜0℃とした。
(B-3) Drying Further, drying was performed according to the examples of JP2012-40549A. Specifically, the inside of the cell 12 of the partition wall part 14 into which the sol was poured and the sol was adhered was dried for 30 minutes by passing air at room temperature using a dehumidifying blower within 30 seconds. The wind speed was 5 to 20 m / s, and the wind dew point was −70 to 0 ° C.

(B−4)焼成
大気雰囲気下、電気炉にて、150℃で2時間保持することにより焼成を行った。
(B-4) Firing Firing was performed by holding at 150 ° C. for 2 hours in an electric furnace in an air atmosphere.

上記(B−2)〜(B−4)の形成・乾燥・焼成を合計6回繰り返して、隔壁部14の内表面15に膜骨格16aを形成した。   The formation, drying and firing of the above (B-2) to (B-4) were repeated a total of 6 times to form the film skeleton 16a on the inner surface 15 of the partition wall portion 14.

(C)金属イオンの導入
(C−1)イオン交換
隔壁部14の外周面をマスキングテープでマスクした。次に、送液ポンプを用いて、隔壁部14の下部(入口側又は出口側)から0.5mol/LのAgBF4水溶液(金属イオン導入液16b)を送液してセル12の上端(出口側又は入口側)まで満たし、その状態で24時間放置した。その後、送液ポンプでAgBF4水溶液を隔壁部14の下部から排出した。
(C) Introduction of metal ions (C-1) Ion exchange The outer peripheral surface of the partition wall 14 was masked with a masking tape. Next, using a liquid feed pump, 0.5 mol / L of AgBF 4 aqueous solution (metal ion introduction liquid 16b) is fed from the lower part (inlet side or outlet side) of the partition wall 14 and the upper end of the cell 12 (outlet). Side or inlet side) and left in that state for 24 hours. Thereafter, the AgBF 4 aqueous solution was discharged from the lower part of the partition wall 14 with a liquid feed pump.

(C−2)乾燥
(B−3)の乾燥に倣って乾燥を行った。このときの乾燥条件は、表1に示す条件とした。
(C-2) Drying Drying was performed following the drying of (B-3). The drying conditions at this time were the conditions shown in Table 1.

2.膜内含水率(液体含有量)の評価
まず、イオン交換後乾燥前の膜内含水量WF0(g)と乾燥開始後T時間経過後の膜内含水量WFT(g)を以下の式(1)(2)により求めた。
WF0=W0−WE・・・(1)
WFT=WT−WE・・・(2)
W0:イオン交換後乾燥前の質量、WT:イオン交換後T時間乾燥後の質量、WE:乾燥処理後80℃、50時間熱処理し全水分を除去した後の質量。
2. Evaluation of In-Membrane Water Content (Liquid Content) First, the in-membrane water content WF0 (g) after ion exchange and before drying and the in-membrane water content WFT (g) after the elapse of T time after the start of drying are expressed by the following formula ( 1) Obtained by (2).
WF0 = W0-WE (1)
WFT = WT-WE (2)
W0: mass after ion exchange and before drying, WT: mass after drying for T hours after ion exchange, and WE: mass after heat treatment at 80 ° C. for 50 hours to remove all moisture.

続いて、乾燥前の膜内含水量に対する、膜形成後T時間乾燥後の膜内含水量の割合を示す膜内含水率WF(質量%)を以下の式(3)により求めた。
WF=(WFT/WF0)×100・・・(3)
Subsequently, an in-film moisture content WF (mass%) indicating a ratio of the in-film water content after drying for T hours after film formation to the in-film water content before drying was determined by the following formula (3).
WF = (WFT / WF0) × 100 (3)

3.銀濃度の評価
走査型電子顕微鏡/エネルギー分散型X線分析装置を用いて、機能層16表面の銀原子濃度を測定した。測定は、無作為に選んだ5箇所について倍率は500倍で行い、その平均値と標準偏差を求めた。
3. Evaluation of Silver Concentration The silver atom concentration on the surface of the functional layer 16 was measured using a scanning electron microscope / energy dispersive X-ray analyzer. The measurement was carried out at 5 times at 5 locations selected at random, and the average value and standard deviation were obtained.

4.実験結果
表1は、銀濃度の評価結果を示すものである。また、図3は、乾燥時間と膜内含水率との関係を示すグラフであり、図4は、各実施例の膜内銀濃度のばらつきを示すグラフである。
4). Experimental results Table 1 shows the evaluation results of the silver concentration. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the drying time and the moisture content in the film, and FIG. 4 is a graph showing the variation in the silver concentration in the film of each example.

表1及び図3より、風速以外の乾燥条件がほぼ同程度である場合には、風速を速くするほど、膜内含水率の低下速度が速くなり、膜内含水率の低下速度が速いほど、乾燥後の膜内銀濃度の平均値が高くなることがわかった。   From Table 1 and FIG. 3, when the drying conditions other than the wind speed are approximately the same, the lower the rate of moisture content in the membrane, the faster the rate of decrease in moisture content in the membrane, the faster the wind speed. It was found that the average value of the in-film silver concentration after drying was higher.

また、表1によれば、膜内含水率が20質量%となるまで送風乾燥し、その後送風をやめて大気中で自然乾燥した実施例5では、乾燥後の膜内銀濃度の平均値は高かった。これに対して、膜内含水率が30質量%となるまで送風乾燥し、その後送風をやめて大気中で自然乾燥した比較例3では、乾燥後の膜内銀濃度の平均値は低かった。このことから、膜内含水率が20質量%以下となるまでは促進処理を行うことが好ましいことがわかった。   Further, according to Table 1, in Example 5 in which the moisture content in the film was blown and dried until it reached 20% by mass, and then the ventilation was stopped and the film was naturally dried in the air, the average value of the in-film silver concentration after drying was it was high. On the other hand, in Comparative Example 3, which was blown and dried until the moisture content in the film reached 30% by mass, then stopped and then naturally dried in the atmosphere, the average value of the in-film silver concentration after drying was low. From this, it was found that it is preferable to perform the acceleration treatment until the moisture content in the membrane becomes 20% by mass or less.

また、表1及び図4によれば、比較例1では、膜内含水率の低下が速く、乾燥後の膜内銀濃度の平均値が高かったものの、測定部位ごとの銀濃度のばらつきが大きかった。これは、乾燥が速すぎると、乾燥が不均一になるためと推察された。このことから、機能層16内の膜内含水率が、乾燥開始後1時間以上経過後に乾燥前の20質量%となるような速度で乾燥を行うこと必要があることがわかった。   Further, according to Table 1 and FIG. 4, in Comparative Example 1, the moisture content in the film was rapidly decreased and the average value of the silver concentration in the film after drying was high, but the variation in the silver concentration for each measurement site was different. It was big. This was presumed to be due to the non-uniform drying when drying was too fast. From this, it was found that it was necessary to perform drying at such a speed that the moisture content in the film in the functional layer 16 became 20% by mass before drying after lapse of 1 hour or more after the start of drying.

また、表1及び図4によれば、比較例2では、膜内含水率の低下が遅く、乾燥後の膜内銀濃度の平均値が低かった。これは、銀イオン含有水溶液が隔壁部14の外周面から乾燥したり、銀イオンが膜内部から基材へ移動したためと推察された。このことから、機能層16内の膜内含水率が、乾燥開始後4時間経過以前に乾燥後の20質量%となるような速度で乾燥を行う必要があることがわかった。   Moreover, according to Table 1 and FIG. 4, in the comparative example 2, the fall of the moisture content in a film | membrane was slow, and the average value of the silver concentration in a film | membrane after drying was low. This was presumably because the silver ion-containing aqueous solution was dried from the outer peripheral surface of the partition wall 14 or the silver ions were transferred from the inside of the film to the base material. From this, it was found that the moisture content in the film in the functional layer 16 needs to be dried at such a speed that it becomes 20% by mass after drying 4 hours after the start of drying.

本発明は、例えば、流体の濃縮、分離、浄化などを行う技術分野に利用可能である。   The present invention can be used in, for example, a technical field that performs concentration, separation, purification, and the like of fluids.

10 構造体、12 セル、14 隔壁部、14a 粗粒部、14b 細粒部、15a 内表面、15b 端面、16 機能層、16a 膜骨格、16b 金属イオン導入液、17 膜面、18 シール部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Structure, 12 cell, 14 Partition part, 14a Coarse grain part, 14b Fine grain part, 15a Inner surface, 15b End surface, 16 Functional layer, 16a Film | membrane frame | skeleton, 16b Metal ion introduction liquid, 17 Film surface, 18 Seal part.

Claims (10)

混合流体の濃縮及び/又は分離を行う金属含有膜の製造方法であって、
金属イオン及び液体を含む原料を用い、多孔質基材表面に前記金属イオンを含む機能膜を形成する形成工程と、
前記機能膜の膜面側から前記機能膜の乾燥を促進する促進処理を行い、前記機能膜内の液体含有量が前記乾燥開始後1〜4時間の間に前記乾燥前の20質量%となるように前記機能膜の乾燥を行う乾燥工程と、
を含む金属含有膜の製造方法。
A method for producing a metal-containing membrane for concentrating and / or separating a mixed fluid,
Using a raw material containing metal ions and a liquid, forming a functional film containing the metal ions on the surface of the porous substrate,
Acceleration treatment for promoting drying of the functional film is performed from the film surface side of the functional film, and the liquid content in the functional film becomes 20% by mass before the drying in 1 to 4 hours after the start of the drying. A drying step of drying the functional film as follows:
The manufacturing method of the metal containing film | membrane containing this.
前記促進処理は、前記膜面に対して平行に流れる風を前記膜面に送風する処理である、請求項1に記載の金属含有膜の製造方法。   The method for producing a metal-containing film according to claim 1, wherein the promotion process is a process of blowing air that flows parallel to the film surface to the film surface. 前記機能膜は、前記金属イオンを担持可能な担持部と、該担持部に結合した無機骨格及び/又は有機骨格と、をさらに含む、
請求項1又は2に記載の金属含有膜の製造方法。
The functional film further includes a supporting part capable of supporting the metal ions, and an inorganic skeleton and / or an organic skeleton bonded to the supporting part.
The manufacturing method of the metal containing film | membrane of Claim 1 or 2.
前記形成工程では、前記金属イオンを担持可能な前記担持部と、該担持部に結合した前記無機骨格及び/又は前記有機骨格と、を備えた膜骨格を形成し、該膜骨格に前記金属イオン及び前記液体を含む金属イオン導入液を接触させて前記機能膜を形成する、
請求項3に記載の金属含有膜の製造方法。
In the forming step, a film skeleton including the supporting part capable of supporting the metal ions and the inorganic skeleton and / or the organic skeleton bonded to the supporting part is formed, and the metal ions are formed on the film skeleton. And forming the functional film by contacting a metal ion introduction liquid containing the liquid.
The manufacturing method of the metal containing film | membrane of Claim 3.
前記乾燥前の前記液体は、60質量%以上の水を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属含有膜の製造方法。   The said liquid before the said drying is a manufacturing method of the metal containing film | membrane of any one of Claims 1-4 containing 60 mass% or more of water. 前記多孔質基材は、流体の流路となる1以上のセルを形成する多孔質の隔壁部を備えた構造体であり、
前記形成工程では前記隔壁部の内表面に前記機能膜を形成する、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の金属含有膜の製造方法。
The porous substrate is a structure including a porous partition wall forming one or more cells that serve as a fluid flow path,
Forming the functional film on the inner surface of the partition wall in the forming step;
The manufacturing method of the metal containing film | membrane of any one of Claims 1-5.
前記金属イオンは、金属種として、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、鉄及びアルカリ金属のうち1種以上を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の金属含有膜の製造方法。   The metal content according to any one of claims 1 to 6, wherein the metal ion includes at least one of gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, cobalt, iron, and an alkali metal as a metal species. A method for producing a membrane. 前記乾燥工程では、80℃以下で前記機能膜の乾燥行う、請求項1〜7のいずれか1項に記載の金属含有膜の製造方法。  The method for producing a metal-containing film according to claim 1, wherein the functional film is dried at 80 ° C. or less in the drying step. 前記乾燥工程では、風露点が−70℃以上70℃以下の範囲の条件で送風する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の金属含有膜の製造方法。  In the said drying process, the manufacturing method of the metal containing film | membrane of any one of Claims 1-8 which ventilates on conditions whose wind dew point is -70 degreeC or more and 70 degrees C or less. 前記機能膜は、ケイ素、チタン、アルミニウム、ジルコニウムのうち1以上の金属元素が酸素を介して結合した膜骨格を有する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の金属含有膜の製造方法。  The method for producing a metal-containing film according to any one of claims 1 to 9, wherein the functional film has a film skeleton in which one or more metal elements of silicon, titanium, aluminum, and zirconium are bonded via oxygen. .
JP2013071654A 2013-03-29 2013-03-29 Method for producing metal-containing film Active JP6059062B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013071654A JP6059062B2 (en) 2013-03-29 2013-03-29 Method for producing metal-containing film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013071654A JP6059062B2 (en) 2013-03-29 2013-03-29 Method for producing metal-containing film

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014196523A JP2014196523A (en) 2014-10-16
JP6059062B2 true JP6059062B2 (en) 2017-01-11

Family

ID=52357520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013071654A Active JP6059062B2 (en) 2013-03-29 2013-03-29 Method for producing metal-containing film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6059062B2 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2694341B2 (en) * 1987-02-04 1997-12-24 ハイドロノーティクス Improved oxidation resistant film and method of manufacturing the same
JP2010227767A (en) * 2009-03-26 2010-10-14 Ngk Insulators Ltd Honeycomb filter
JP2010269268A (en) * 2009-05-22 2010-12-02 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Honeycomb structure type filter

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014196523A (en) 2014-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2007263408B2 (en) Ceramic filter
JP6043337B2 (en) Ceramic separation membrane and dehydration method
JP2012509764A (en) Coated particulate filter and method
US20130001156A1 (en) Carbon membrane structure and method for producing same
WO2008050814A1 (en) Method of manufacturing ceramic porous membrane and method of manufacturing ceramic filter
EP2409756A1 (en) Silica membrane and method for manufacturing the same
JP6363592B2 (en) Structure
CN111107934A (en) Honeycomb catalyst
US20150157962A1 (en) Porous inorganic membranes and method of manufacture
JP6059062B2 (en) Method for producing metal-containing film
JP3698906B2 (en) Multi-layer honeycomb filter and manufacturing method thereof
JP6742225B2 (en) Method for forming catalyst coat layer
JP5897334B2 (en) Method for producing silica film
JP2014208334A (en) Method of manufacturing separation membrane
JP7340954B2 (en) Exhaust gas purification device and its manufacturing method
WO2020105545A1 (en) Exhaust-gas purification apparatus and method for manufacturing same
JP2018153719A (en) Method of producing exhaust gas-purifying catalyst
JP6767995B2 (en) Separation membrane repair method and separation membrane structure manufacturing method
JP2009255031A (en) Treatment method of ceramic porous film
JP2011201753A (en) Method for producing carbon film
JP2009028628A (en) Method for producing exhaust gas cleaning catalyst
JP6636932B2 (en) Membrane structure and manufacturing method thereof
JP2011194283A (en) Treating method of silica film
JP2009247929A (en) Manufacturing method of catalytic body

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151118

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160804

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160809

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160930

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161206

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161208

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6059062

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150