JP6208067B2 - Method for producing composite having thin metal-filled layer inside porous substrate, and composite - Google Patents

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本発明は、多孔質基材の内部に薄膜化した金属充填層を有する複合体の製造方法に関する。また、本発明は、多孔質基材の内部に薄膜化した金属充填層を有する複合体である水素分離膜の製造方法及び該水素分離膜にも関する。   The present invention relates to a method for producing a composite having a thin metal filling layer inside a porous substrate. The present invention also relates to a method for producing a hydrogen separation membrane, which is a composite having a thin metal-filled layer inside a porous substrate, and the hydrogen separation membrane.

工業的に重要なガスである水素ガスを製造する方法として、金属薄膜を水素分離膜として用いて、混合ガスから水素を分離し、精製する方法が近年盛んに研究されている。例えば、金属の圧延膜(例えば、特許文献1、2)や、多孔質基材に複合化させた金属膜(例えば、特許文献3〜10)を水素分離膜として用いる研究が行われている。   As a method for producing hydrogen gas which is an industrially important gas, a method for separating and purifying hydrogen from a mixed gas using a metal thin film as a hydrogen separation membrane has been actively studied in recent years. For example, studies have been conducted in which a metal rolled membrane (for example, Patent Documents 1 and 2) or a metal film combined with a porous substrate (for example, Patent Documents 3 to 10) is used as a hydrogen separation membrane.

圧延膜を水素分離膜として用いる方法(特許文献1、2)は、膜の耐久性及び水素分離性能が高く、多元系の合金の金属膜も作製可能であり、実用化研究段階にあるものの、(i)高価なパラジウムを多量に使用しなければならず、コストが高くなる、(ii)例えば、スチームリフォーミング法により水素含有ガスを製造する場合に、スチームリフォーミング法に用いる触媒と圧延膜とが合金化し、膜が破損する、(iii)飛翔物によって膜が破損する、等の課題がある。   The method of using a rolled membrane as a hydrogen separation membrane (Patent Documents 1 and 2) has high durability and hydrogen separation performance of the membrane, and is capable of producing a metal film of a multi-component alloy. (I) A large amount of expensive palladium must be used, resulting in high costs. (Ii) For example, when a hydrogen-containing gas is produced by a steam reforming method, a catalyst and a rolled film used for the steam reforming method Are alloyed and the film is damaged, and (iii) the film is damaged by flying objects.

多孔質基材と金属膜を複合化させる方法としては、例えば、無電解めっき、電解めっき、スパッタ、CVD等により多孔質基材の表面に金属膜を形成させる方法(例えば、特許文献3〜7)がある。しかしながら、金属膜を多孔質基材の表面に形成させたこの複合体は、上記した圧延膜よりも金属膜を薄膜化することが可能でありコストを低減できること、水素透過性能及び水素分離性能が高いという優位な点がある一方、(I)基材と金属膜との熱膨張率の差が大きいために生じる、熱応力による亀裂の発生、(II)水素脆化、球状剥離等による損傷(非特許文献1)、(III)スチームリフォーミング法等の水素含有ガス製造に用いる触媒との合金化によって生じる膜の損傷、(IV)飛翔物による破損、等の課題がある。   As a method of combining the porous substrate and the metal film, for example, a method of forming a metal film on the surface of the porous substrate by electroless plating, electrolytic plating, sputtering, CVD or the like (for example, Patent Documents 3 to 7) ) However, this composite in which a metal film is formed on the surface of the porous substrate can reduce the cost of the metal film and reduce the cost, hydrogen permeation performance and hydrogen separation performance as compared with the rolled film described above. While having the advantage of being high, (I) generation of cracks due to thermal stress caused by the large difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the metal film, (II) damage due to hydrogen embrittlement, spherical delamination, etc. Non-Patent Document 1), (III) There are problems such as film damage caused by alloying with a catalyst used for producing a hydrogen-containing gas such as a steam reforming method, and (IV) damage due to flying objects.

上記、多孔質基材の表面に金属膜を形成させる方法において、金属膜が露出しているために生じる問題を解決するために、金属膜の上に保護層を形成させる方法も検討されている。例えば、特許文献8には、基材層、金属種核を含有する担持多孔質材層、多孔質保護材層を順に成層した後に、無電解めっきを施すことにより担持多孔質材層に金属膜を製膜させる方法が開示されている。しかしながら、特許文献8に記載の方法は、三層構造をとっているため製造が煩雑であること、異なる材質を用いて積層させているため、熱膨張率の違いによる劣化が生じやすいこと、等の問題がある。また、特許文献9には、基材の上に微細孔酸化物膜を形成させ、対向拡散手法により、前記酸化物膜の両端部よりも中心部に金属を直接充填する方法が提案されている。しかしながら、特許文献9に記載の方法で得られる水素分離膜は、特許文献3〜8等に記載の方法によって得られる水素分離膜よりも、水素の透過速度が遅いという問題があった。   In the above method for forming a metal film on the surface of the porous substrate, a method of forming a protective layer on the metal film is also being studied in order to solve the problem caused by the exposed metal film. . For example, in Patent Document 8, after a base material layer, a supported porous material layer containing a metal seed nucleus, and a porous protective material layer are sequentially formed, electroless plating is performed to form a metal film on the supported porous material layer. A method of forming a film is disclosed. However, since the method described in Patent Document 8 has a three-layer structure, it is complicated to manufacture, and since it is laminated using different materials, deterioration due to a difference in thermal expansion coefficient is likely to occur. There is a problem. Further, Patent Document 9 proposes a method in which a microporous oxide film is formed on a substrate, and a metal is directly filled in the central portion rather than both ends of the oxide film by a counter diffusion method. . However, the hydrogen separation membrane obtained by the method described in Patent Document 9 has a problem that the hydrogen permeation rate is slower than the hydrogen separation membrane obtained by the method described in Patent Documents 3 to 8 and the like.

また、特許文献10には、無電解めっき工程において、多孔質基材の表面にパラジウムを核付け(種付け)したのち、塩酸と硝酸との混合水溶液によって、表面の所定の深さまでパラジウム核を除去してから無電解めっきを施すことで、保護層を形成させる方法が開示されている。しかしながら、特許文献10に記載の方法では、危険な溶液(王水:塩酸と硝酸との混合水溶液)を用いており工業化が困難であること、金属膜の厚さ及び金属膜が形成される深さ並びに膜の均一性を制御するのは困難であること、等の問題がある。   Further, in Patent Document 10, in the electroless plating process, after nucleating (seeding) palladium on the surface of the porous substrate, the palladium nuclei are removed to a predetermined depth on the surface with a mixed aqueous solution of hydrochloric acid and nitric acid. Then, a method of forming a protective layer by performing electroless plating is disclosed. However, in the method described in Patent Document 10, a dangerous solution (aqua regia: a mixed aqueous solution of hydrochloric acid and nitric acid) is used, making industrialization difficult, the thickness of the metal film, and the depth at which the metal film is formed. In addition, there are problems such as difficulty in controlling the uniformity of the film.

特許文献11には、無電解めっき工程において、金属核を多孔質基材の細孔内に担持させる際、ゲル化剤を細孔内に充填させ所定の位置でゲル化させることにより細孔を封止し、多孔質基材内における金属源と還元剤の接触する位置を制御して、金属膜の形成する位置を制御する方法が開示されている。特許文献11に記載の方法は、得られる水素分離膜が特許文献3〜8の方法で得られるものと比較し水素脆化及び熱劣化に耐性があること、金属源(パラジウム)の使用量の低減が可能となったこと、合金化を抑制できること、金属膜の物理的保護ができること、等の優位点がある反面、(a)ゲル化剤を固化(ゲル化)させる工程が煩雑であること、(b)所望の位置でゲル化させることが非常に難しいこと、(c)そのために膜の位置を制御することが困難であり膜の性能が安定しないこと、(d)ゲルは最終的に除去されるため、廃棄物となってしまうこと、(e)ゲルの中に混合している金属源(パラジウム等)も一緒に廃棄されてしまうため、無駄となってしまうこと、等の課題がある。   In Patent Document 11, in the electroless plating step, when the metal nucleus is supported in the pores of the porous substrate, the pores are formed by filling the pores with a gelling agent and gelling at a predetermined position. A method is disclosed in which the position where the metal film is formed is controlled by sealing and controlling the position where the metal source and the reducing agent contact in the porous substrate. The method described in Patent Document 11 is that the obtained hydrogen separation membrane is more resistant to hydrogen embrittlement and thermal degradation than those obtained by the methods of Patent Documents 3 to 8, and the amount of metal source (palladium) used is While there are advantages such as being able to reduce, being able to suppress alloying, and being able to physically protect the metal film, (a) the process of solidifying (gelling) the gelling agent is complicated , (B) it is very difficult to gel at the desired position, (c) it is difficult to control the position of the membrane and the performance of the membrane is not stable, (d) the gel is finally Since it is removed, it becomes a waste, and (e) the metal source (palladium etc.) mixed in the gel is also discarded together. is there.

そのため、煩雑な操作を必要とせず、多孔質基材内部の所望の位置に均一な金属薄膜を形成させることが可能な、多孔質基材及び金属薄膜の複合体の製造方法が望まれていた。   Therefore, a method for producing a composite of a porous substrate and a metal thin film that can form a uniform metal thin film at a desired position inside the porous substrate without requiring a complicated operation has been desired. .

特開2010−6659号公報JP 2010-6659 A 特開2009−154040号公報JP 2009-154040 A 特開2002−153740号公報JP 2002-153740 A 特開昭62−121616号公報Japanese Patent Laid-Open No. 62-121616 特開平5−285355号公報JP-A-5-285355 特開2003−135943号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-135943 特開2006−175379号公報JP 2006-175379 A 特開2006−95521号公報JP 2006-95521 A 特開2009−189934号公報JP 2009-189934 A 特許第5155343号公報Japanese Patent No. 5155343 特許第5253369号公報Japanese Patent No. 5253369

S.N.Paglieri,J.D.Way、「Separation and Purification Methods」、31巻、p.1〜169、2002年S. N. Paglieri, J.A. D. Way, “Separation and Purification Methods”, 31, p. 1-169, 2002

上記状況に鑑み、本発明の課題は、煩雑な操作を必要とせず、多孔質基材内部に金属薄膜を形成させることが可能な、多孔質基材及び金属薄膜の複合体の製造方法を提供することを主な課題とする。さらに、前記複合体を水素分離に用いる場合、水素透過性及び耐久性に優れ、なおかつパラジウム等の金属の使用量を大幅に低減し、低コストで製造可能な複合体を提供することも課題とする。   In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a method for producing a composite of a porous base material and a metal thin film, which does not require complicated operations and can form a metal thin film inside the porous base material. The main issue is to do. Furthermore, when the composite is used for hydrogen separation, it is also an object to provide a composite that is excellent in hydrogen permeability and durability, and that can be manufactured at a low cost by greatly reducing the amount of metal such as palladium. To do.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、多孔質基材の細孔内に金属を担持させるに際し、例えば多孔質基材が管状の場合、多孔質基材の細孔内に金属イオンを含有する溶液を酸性の状態で充填させたのち、管の一方の口に栓をして、管の内側に酸性の溶液を充填し、管の外部を、還元剤を含む溶液に浸すことで、予想外にも、多孔質基材の表面から所望の深さにある細孔内に選択的に金属を担持させることができるという、本発明に特有の顕著にして有用な新知見を得て、さらに検討を進めて、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies in order to solve the above problems, the present inventors have carried out a metal support in the pores of the porous substrate. For example, when the porous substrate is tubular, After filling the solution containing metal ions in the pores in an acidic state, plug one end of the tube, fill the inside of the tube with the acidic solution, and place the reducing agent on the outside of the tube. Unexpectedly and usefully, the metal can be selectively supported in the pores at a desired depth from the surface of the porous substrate by being immersed in the solution containing As a result, the present invention was completed.

すなわち、本発明は、以下に関する。
[1] 多孔質基材の内部に薄膜化した金属充填層を有する複合体の製造方法であって、
(1)多孔質基材の細孔内に、金属イオン(A)を含有するpH4以下の溶液を充填する工程、
(2)前記工程(1)で得られた金属イオン(A)が充填された多孔質基材の一方の表面を、pH4以下の溶液(H)と接触させながら、該多孔質基材の反対側の表面から還元剤を含む溶液(C)を浸透させ、該多孔質基材の細孔内に金属種核を担持させる工程、及び
(3)前記工程(2)で得られた金属種核を担持した多孔質基材を、金属イオン(B)を含有するめっき液により無電解めっき処理する工程
(ここで、前記金属イオン(A)及び前記金属イオン(B)は同一であっても異なっていてもよい。)、
を含むことを特徴とする、前記複合体の製造方法。
[2] 前記工程(2)において前記溶液(C)を浸透させる前に、前記溶液(C)を浸透させる側の、多孔質基材表面に付着した金属イオン(A)を除去する工程を含むことを特徴とする、[1]に記載の製造方法。
[3] 前記工程(1)において、金属イオン(A)を多孔体の細孔内に充填させる際に、センシタイジング−アクチベーティング法又はキャタライジング−アクセラレーティング法を用いることを特徴とする[1]又は[2]に記載の製造方法。
[4] 前記金属イオン(A)が、パラジウムイオン(II)であることを特徴とする[1]〜[3]のいずれか1項に記載の製造方法。
[5] 前記金属イオン(B)の金属種が、銀、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、金、白金、イリジウム、オスミウム、銅、ニッケル、コバルト、鉄、バナジウムまたはチタンであることを特徴とする[1]〜[4]のいずれか1項に記載の製造方法。
[6] 前記金属イオン(B)が、パラジウムイオン(II)であることを特徴とする[1]〜[5]のいずれか1項に記載の製造方法。
[7] 前記還元剤が、アスコルビン酸、アスコルビン酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、ジメチルアミンボラン、トリメチルアミンボラン、クエン酸、クエン酸ナトリウム、タンニン酸、ジボラン、ヒドラジン、ホルムアルデヒド、ギ酸、グルコースおよび塩化スズからなる群から選ばれる1以上である、[1]〜[6]のいずれか1項に記載の製造方法。
[8] 前記溶液(H)及び/又は前記溶液(C)の濃度を制御することにより、前記薄膜化した金属充填層の形成する位置を制御することを特徴とする、[1]〜[7]のいずれか1項に記載の製造方法。
[9] [1]〜[8]のいずれか1項に記載の製造方法によって得られることを特徴とする水素分離膜。
[10] 水素選択性が30万以上であることを特徴とする、多孔質基材の内部に薄膜化したパラジウム金属層を有する水素分離複合膜。
That is, the present invention relates to the following.
[1] A method for producing a composite having a thin metal-filled layer inside a porous substrate,
(1) A step of filling a pore of the porous substrate with a solution having a pH of 4 or less containing the metal ion (A),
(2) While contacting one surface of the porous substrate filled with the metal ion (A) obtained in the step (1) with a solution (H) having a pH of 4 or less, the opposite of the porous substrate A step of infiltrating the solution (C) containing the reducing agent from the surface on the side, and supporting the metal seed nucleus in the pores of the porous substrate, and (3) the metal seed nucleus obtained in the step (2) A step of electroless plating a porous substrate carrying metal with a plating solution containing metal ions (B) (wherein the metal ions (A) and the metal ions (B) are the same or different) May be)
A method for producing the composite, comprising:
[2] including a step of removing metal ions (A) adhering to the surface of the porous substrate on the side infiltrating the solution (C) before infiltrating the solution (C) in the step (2). The production method according to [1], wherein
[3] In the step (1), when the metal ions (A) are filled in the pores of the porous body, a sensitizing / activating method or a catalyzing / accelrating method is used. [1] The production method according to [2].
[4] The manufacturing method according to any one of [1] to [3], wherein the metal ion (A) is palladium ion (II).
[5] The metal species of the metal ion (B) is silver, palladium, rhodium, ruthenium, gold, platinum, iridium, osmium, copper, nickel, cobalt, iron, vanadium or titanium [1] ] The manufacturing method of any one of [4].
[6] The production method according to any one of [1] to [5], wherein the metal ion (B) is palladium ion (II).
[7] The reducing agent is ascorbic acid, sodium ascorbate, sodium borohydride, potassium borohydride, dimethylamine borane, trimethylamine borane, citric acid, sodium citrate, tannic acid, diborane, hydrazine, formaldehyde, formic acid, The production method according to any one of [1] to [6], which is one or more selected from the group consisting of glucose and tin chloride.
[8] The position at which the thin metal filling layer is formed is controlled by controlling the concentration of the solution (H) and / or the solution (C), [1] to [7] ] The manufacturing method of any one of.
[9] A hydrogen separation membrane obtained by the production method according to any one of [1] to [8].
[10] A hydrogen separation composite membrane having a thin palladium metal layer inside a porous substrate, wherein the hydrogen selectivity is 300,000 or more.

本発明によれば、煩雑な操作を必要とせず、多孔質基材内部に金属薄膜(薄膜化した金属充填層)を形成させることが可能な、多孔質基材及び金属薄膜の複合体の製造方法を提供することができる。また、本発明の製造方法によれば、前記金属薄膜の多孔質基材内部に形成させる位置を制御することができる。また、本発明の製造方法によれば、形成する位置及び膜厚の均一な金属薄膜を得ることができる。さらに、前記複合体を水素分離に用いる場合、水素透過性及び耐久性に優れ、なおかつパラジウム等の金属の使用量を大幅に低減し、低コストで製造可能な複合体を提供することができる。そして、本発明によれば、水素選択性が非常に高く、水素透過性が非常に高い複合体を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, manufacture of the composite of a porous base material and a metal thin film which can form a metal thin film (thinned metal filling layer) inside a porous base material without requiring complicated operation. A method can be provided. Moreover, according to the manufacturing method of this invention, the position formed in the porous base material of the said metal thin film can be controlled. Moreover, according to the manufacturing method of this invention, the metal thin film with a uniform position and film thickness can be obtained. Furthermore, when the composite is used for hydrogen separation, it is possible to provide a composite that is excellent in hydrogen permeability and durability, and that can be manufactured at a low cost by greatly reducing the amount of metal such as palladium. And according to this invention, the hydrogen selectivity is very high, and the composite_body | complex with very high hydrogen permeability can be provided.

図1は、実施例1における工程(1)〜(3)までのスキームを示す。FIG. 1 shows a scheme of steps (1) to (3) in Example 1. 図2(a)及び(b)は、実施例1で作製した複合体の断面をレーザー顕微鏡で観察した画像を示す。2 (a) and 2 (b) show images obtained by observing a cross section of the composite produced in Example 1 with a laser microscope. 図3は、実施例1で作製した複合体断面の観察画像又は分析画像を示す。図3(a)は、SEMで観察した画像を、図3(b)及び(c)は、エネルギー分散型X線分析装置(EDX)で分析した画像を示す。FIG. 3 shows an observation image or analysis image of a cross section of the composite produced in Example 1. 3A shows an image observed with an SEM, and FIGS. 3B and 3C show images analyzed with an energy dispersive X-ray analyzer (EDX). 図4は、実施例2〜4で作製した複合体断面のレーザー顕微鏡による観察画像を示す。図4(a)は、実施例2で作製した複合体断面の画像、図4(b)は、実施例3で作製した複合体断面の画像、図4(c)は、実施例4で作製した複合体断面の画像である。FIG. 4 shows an observation image of a cross section of the composite produced in Examples 2 to 4 with a laser microscope. 4A is an image of the cross section of the composite produced in Example 2, FIG. 4B is an image of the cross section of the composite produced in Example 3, and FIG. 4C is produced in Example 4. It is the image of a composite cross section. 図5は、実施例1、5及び6で作製した複合体断面のレーザー顕微鏡による観察画像を示す。図5(a)は、実施例5で作製した複合体断面の画像、図5(b)は、実施例6で作製した複合体断面の画像、図5(c)は、実施例1で作製した複合体断面の画像である。FIG. 5 shows images of cross sections of the composites produced in Examples 1, 5 and 6 observed with a laser microscope. 5A is an image of a cross section of the composite produced in Example 5, FIG. 5B is an image of a cross section of the composite produced in Example 6, and FIG. 5C is produced in Example 1. It is the image of a composite cross section. 図6は、実施例7で作製した複合体断面の観察画像又は分析画像を示す。図6(a)は、レーザー顕微鏡で観察した画像を、図6(b)及び(c)は、EDXで分析した画像を示す。FIG. 6 shows an observation image or an analysis image of the cross section of the composite produced in Example 7. 6A shows an image observed with a laser microscope, and FIGS. 6B and 6C show images analyzed with EDX. 図7は、実施例8で作製した複合体断面の観察画像又は分析画像を示す。図7(a)は、レーザー顕微鏡で観察した画像を、図7(b)及び(c)は、EDXで分析した画像を示す。FIG. 7 shows an observation image or an analysis image of the cross section of the composite produced in Example 8. FIG. 7A shows an image observed with a laser microscope, and FIGS. 7B and 7C show images analyzed with EDX. 図8は、実施例9で作製した複合体断面の観察画像又は分析画像を示す。図8(a)は、レーザー顕微鏡で観察した画像を、図8(b)及び(c)は、EDXで分析した画像を示す。FIG. 8 shows an observation image or analysis image of the cross section of the composite produced in Example 9. 8A shows an image observed with a laser microscope, and FIGS. 8B and 8C show images analyzed with EDX. 図9は、実施例10で作製した複合体断面の観察画像又は分析画像を示す。図9(a)は、レーザー顕微鏡で観察した画像を、図9(b)及び(c)は、EDXで分析した画像を示す。FIG. 9 shows an observation image or analysis image of the cross section of the composite produced in Example 10. 9A shows an image observed with a laser microscope, and FIGS. 9B and 9C show images analyzed with EDX. 図10は、実施例11及び12で作製した複合体断面のレーザー顕微鏡による観察画像を示す。図10(a)は、実施例12で作製した複合体断面の画像、図10(b)は、実施例13で作製した複合体断面の画像である。FIG. 10 shows images observed by a laser microscope of cross sections of the composites produced in Examples 11 and 12. 10A is an image of the cross section of the composite produced in Example 12, and FIG. 10B is an image of the cross section of the composite produced in Example 13. 図11は、実施例13及び14で作製した複合体断面のレーザー顕微鏡による観察画像を示す。図11(a)は、実施例13で作製した複合体断面の画像、図11(b)は、実施例14で作製した複合体断面の画像である。FIG. 11 shows images observed by a laser microscope of cross sections of the composites produced in Examples 13 and 14. 11A is an image of the cross section of the composite produced in Example 13, and FIG. 11B is an image of the cross section of the composite produced in Example 14. 図12は、比較例1で作製した複合体断面のレーザー顕微鏡による観察画像を示す。FIG. 12 shows an observation image of a cross section of the composite produced in Comparative Example 1 with a laser microscope. 図13は、試験例1における気体透過試験装置模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram of a gas permeation test apparatus in Test Example 1.

以下、本発明について詳しく説明する。   The present invention will be described in detail below.

本発明のひとつの態様は、多孔質基材の内部に、薄膜化した金属充填層を有する複合体の製造方法に関する。   One aspect of the present invention relates to a method for producing a composite having a thin metal filling layer inside a porous substrate.

前記「薄膜化した金属充填層」の金属種は、特に限定されないが、無電解めっきの可能な金属であることが好ましい。無電解めっきの可能な金属としては、例えば遷移金属等が挙げられ、遷移金属として、好ましくは周期表の4族、5族、8族、9族、10族または11族の金属等が挙げられる。中でも、銀、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、金、白金、イリジウム、オスミウム、銅、ニッケル、コバルト、鉄、バナジウムまたはチタン等が挙げられる。これらの金属は単独で用いてもよく、2以上を混合して用いてもよい。   The metal species of the “thin metal-filled layer” is not particularly limited, but is preferably a metal that can be electrolessly plated. Examples of metals that can be electrolessly plated include transition metals, and the transition metals are preferably metals of Group 4, Group 5, Group 8, Group 10, Group 11 or Group 11 of the periodic table. . Among them, silver, palladium, rhodium, ruthenium, gold, platinum, iridium, osmium, copper, nickel, cobalt, iron, vanadium, titanium, and the like can be given. These metals may be used alone or in combination of two or more.

前記多孔質基材としては、金属充填層を支持し、複合体全体として機械的強度を付与するものであれば特に制限はないが、耐熱性の観点から好ましくは多孔質セラミックス又は多孔質金属からなるものが挙げられ、市販品を用いてもよい。さらに、本発明の複合体を所望の目的(例えば、水素分離等)に使用した後の、使用済の前記複合体も、多孔質基材として用いることができる。本発明において、使用済の前記複合体を多孔質基材として用いることで、複合膜を何度も再生して利用できるため、廃棄物を削減することができる。
なお、本発明において「多孔質」とは、細孔を有し、かつ前記細孔が連通して通気性があるものを意味する。
The porous substrate is not particularly limited as long as it supports a metal-filled layer and imparts mechanical strength to the entire composite, but from the viewpoint of heat resistance, it is preferably made of porous ceramics or porous metals. A commercially available product may be used. Furthermore, the used composite after using the composite of the present invention for a desired purpose (for example, hydrogen separation, etc.) can also be used as the porous substrate. In the present invention, since the composite membrane can be regenerated and used many times by using the used composite as a porous substrate, waste can be reduced.
In the present invention, the term “porous” means a material having pores and communicating with each other through the pores.

前記多孔質セラミックスとしては、酸化物、窒化物または炭化物等が挙げられ、具体的にはアルミナ、ジルコニア、チタニア、ニオビア、セリア、シリカ、コージェライト、ムライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄、酸化クロム、酸化マンガン、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化モリブデン等、又は、これらの酸化物、窒化物、または炭化物等の結晶構造が添加物等により安定化された多孔質セラミックス等が挙げられる。中でもアルミナ、シリカ、ジルコニア、コージェライト、ムライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素等及びこれらの結晶構造が添加物等により安定化されたものが好ましく挙げられるが、これらに限らず、種々の多孔質体を用いることができる。これらの多孔質セラミックスは単独で用いてもよく、2以上を混合して用いてもよい。   Examples of the porous ceramics include oxides, nitrides or carbides. Specifically, alumina, zirconia, titania, niobia, ceria, silica, cordierite, mullite, silicon nitride, silicon carbide, nickel oxide, oxidation Cobalt, iron oxide, chromium oxide, manganese oxide, zinc oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide, etc., or porous ceramics in which the crystal structure of these oxides, nitrides, carbides, etc. is stabilized by additives, etc. Is mentioned. Among these, alumina, silica, zirconia, cordierite, mullite, silicon nitride, silicon carbide, etc. and those whose crystal structure is stabilized by additives, etc. are preferably mentioned, but not limited to these, various porous bodies can be used. Can be used. These porous ceramics may be used alone or in combination of two or more.

前記多孔質金属については、その構造上からは、金属不織布、金属粉焼結多孔体、金属穿孔体等が、その物性上からは耐熱性や耐食性を有する金属や合金、例えばニッケル、ステンレス鋼等がそれぞれ挙げられる。これらの多孔質金属は単独で用いてもよく、2以上を混合して用いてもよい。   Regarding the porous metal, from the viewpoint of its structure, a metal non-woven fabric, a metal powder sintered porous body, a metal perforated body, etc., from the viewpoint of its physical properties, metals and alloys having heat resistance and corrosion resistance, such as nickel, stainless steel, etc. Respectively. These porous metals may be used alone or in combination of two or more.

本発明に用いる多孔質基材の形態は、特に限定されず、所望により適宜選択してよく、例えば、管状(筒状又はチューブ状)、又は板状等であってもよい。
本発明において、多孔質基材の「片側」は、例えば、多孔質基材が管状である場合、管の内側でもよく、外側でもよい。
前記多孔質基材の細孔の孔径は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、通常、約0.001〜約20μmであり、好ましくは約0.004〜約1μmである。
The form of the porous substrate used in the present invention is not particularly limited, and may be appropriately selected as desired. For example, it may be tubular (tubular or tubular), plate-shaped, or the like.
In the present invention, the “one side” of the porous substrate may be, for example, the inside or the outside of the tube when the porous substrate is tubular.
The pore diameter of the porous substrate is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, but is usually about 0.001 to about 20 μm, preferably about 0.004 to about 1 μm.

本発明のひとつの態様において、前記複合体の製造方法は、
(1)多孔質基材の細孔内に、金属イオン(A)を含有するpH約4以下の溶液を充填する工程
を含む。
In one embodiment of the present invention, the method for producing the composite comprises:
(1) A step of filling the pores of the porous substrate with a solution having a pH of about 4 or less containing the metal ion (A) is included.

本発明において、「金属イオン」とは、電荷が0でない状態で存在する金属原子を包含する。   In the present invention, the “metal ion” includes a metal atom present in a state where the charge is not zero.

前記金属イオン(A)の金属種は、特に限定されないが、例えば遷移金属等が挙げられ、遷移金属として、例えば、周期表の4族、5族、8族、9族、10族または11族の金属等が挙げられる。中でも、銀、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、金、白金、イリジウム、オスミウム、銅、ニッケル、コバルト、鉄、バナジウムまたはチタン等が好ましく、パラジウム、白金、金がさらに好ましい。金属イオン(A)の金属種は、好ましくは、無電解めっきにおいて、触媒活性を有するものであり、より好ましくは、パラジウム、銅及び銀から選ばれ、特に好ましくはパラジウムである。   The metal species of the metal ion (A) is not particularly limited, and examples thereof include transition metals. Examples of transition metals include groups 4, 5, 8, 9, 10, and 11 of the periodic table. The metal etc. are mentioned. Among these, silver, palladium, rhodium, ruthenium, gold, platinum, iridium, osmium, copper, nickel, cobalt, iron, vanadium, titanium, and the like are preferable, and palladium, platinum, and gold are more preferable. The metal species of the metal ion (A) is preferably one having catalytic activity in electroless plating, more preferably selected from palladium, copper and silver, and particularly preferably palladium.

前記工程(1)において、多孔質基材の細孔内に金属イオン(A)を充填させる方法は特に限定されず、例えば、金属イオン(A)を含有する溶液に多孔質基材を浸漬させることにより行ってもよい。なお、以降本明細書において、「金属イオン(A)を含有する溶液」を「溶液A」ともいう。
溶液AのpHは特に限定されず、酸性、中性又はアルカリ性等のいずれの状態であってもよく、最終的に金属イオン(A)がpH約4以下の状態で多孔質基材の細孔内に充填されていればよい。したがって、pH約4以下の溶液Aに多孔質基材を浸漬させることにより、細孔内に金属イオン(A)を充填してもよく、pH約4以上の溶液Aに多孔質基材を浸漬させ、細孔内に金属イオン(A)を充填したのちに該多孔質基材を酸性溶液に浸漬させる等して、細孔内のpHを約4以下に調整してもよい。
溶液Aの濃度は、所望により適宜選択してよく、特に限定されないが、通常約0.00001〜約10mol/L、製造効率及び得られる膜の性能を制御する等の観点から、好ましくは約0.00005〜約0.1mol/L程度である。
In the step (1), the method for filling the metal ions (A) into the pores of the porous substrate is not particularly limited. For example, the porous substrate is immersed in a solution containing the metal ions (A). It may be done by. Hereinafter, in this specification, “a solution containing a metal ion (A)” is also referred to as “solution A”.
The pH of the solution A is not particularly limited, and may be any state such as acidic, neutral or alkaline, and finally the pores of the porous substrate with the metal ion (A) being about pH 4 or less. What is necessary is just to be filled in. Therefore, metal ions (A) may be filled in the pores by immersing the porous substrate in the solution A having a pH of about 4 or less, and the porous substrate is immersed in the solution A having a pH of about 4 or more. Then, after filling the metal ions (A) in the pores, the pH in the pores may be adjusted to about 4 or less by immersing the porous substrate in an acidic solution.
The concentration of the solution A may be appropriately selected as desired, and is not particularly limited. However, it is generally about 0.00001 to about 10 mol / L, preferably about 0 from the viewpoint of controlling the production efficiency and the performance of the obtained film. About 0.0005 to about 0.1 mol / L.

また、本発明のひとつの態様において、溶液Aに多孔質基材を浸漬させて、細孔内に金属イオン(A)を充填させる際に、多孔質基材の片側のみを溶液Aに浸漬させてもよく、多孔質基材の両側を溶液Aに浸漬させてもよい。例えば、多孔質基材が管状である場合、(i)例えば、一方の口に栓をして管の内側に溶液A以外の液体を充填し、管の外側を溶液Aに浸漬させ、管の外側表面から溶液Aを多孔質基材の細孔内に浸透させることにより充填させてもよく、又は(ii)例えば、一方の口に栓をして管の外側を溶液A以外の液体に浸漬させ、管の内側に溶液Aを充填し、管の内側表面から溶液Aを多孔質基材の細孔内に浸透させることにより充填させてもよく、あるいは(iii)管に栓をせずに、管を溶液Aに浸漬させて、管の内側表面及び外側表面の両方から溶液Aを細孔内に浸透させることにより充填させてもよい。上記(i)又は(ii)のように、多孔質基材の片側表面のみから溶液Aを浸透させる場合、多孔質基材全体の細孔内に溶液Aが充填されている必要はなく、溶液Aに浸漬させた多孔質基材の片側表面から一定の深さまでの細孔内にのみ、溶液Aが充填されていてもよい。
なお、多孔質基材が板状である場合、多孔質基材の片側のみを溶液Aに浸漬させる方法としては、例えば、容器を完全に2つの空間に仕切る様に板状の多孔質基材を設置し、仕切った容器の一方に溶液A以外の液体を充填し、反対側に溶液Aを充填する方法等が挙げられる。
また、本態様における上記「溶液A以外の液体」は、特に限定されず、水、酸性溶液、中性溶液、又はアルカリ性溶液等であってもよい。また、「溶液A以外の液体」は後記する溶液(H)と同じであってもよい。
In one embodiment of the present invention, when the porous substrate is immersed in the solution A and the metal ions (A) are filled in the pores, only one side of the porous substrate is immersed in the solution A. Alternatively, both sides of the porous substrate may be immersed in the solution A. For example, when the porous substrate is tubular, (i) For example, one of the ports is plugged, the inside of the tube is filled with a liquid other than the solution A, the outside of the tube is immersed in the solution A, and the tube The solution A may be filled by permeating into the pores of the porous substrate from the outer surface, or (ii) for example, one end is plugged and the outside of the tube is immersed in a liquid other than the solution A The solution A may be filled inside the tube and the solution A may be filled into the pores of the porous substrate from the inner surface of the tube, or (iii) without plugging the tube The tube may be immersed in solution A and filled by allowing solution A to penetrate into the pores from both the inner and outer surfaces of the tube. When the solution A is infiltrated only from one surface of the porous substrate as in the above (i) or (ii), the solution A does not need to be filled in the pores of the entire porous substrate. The solution A may be filled only in the pores from one side surface of the porous base material immersed in A to a certain depth.
In addition, when the porous substrate is plate-shaped, as a method of immersing only one side of the porous substrate in the solution A, for example, a plate-shaped porous substrate is used so that the container is completely partitioned into two spaces. There is a method in which one of the partitioned containers is filled with a liquid other than the solution A, and the other side is filled with the solution A.
The “liquid other than the solution A” in the present embodiment is not particularly limited, and may be water, an acidic solution, a neutral solution, an alkaline solution, or the like. The “liquid other than the solution A” may be the same as the solution (H) described later.

本発明のひとつの態様において、溶液Aは、前記金属イオン(A)を含有する溶液であればよく、特に限定されないが、前記金属イオン(A)の金属種がパラジウムである場合、溶液Aは、パラジウム(II)イオンを含有するものであることが好ましく、この場合溶液Aとしては、例えば、塩化パラジウム(II)溶液、硝酸パラジウム(II)溶液、硫酸パラジウム(II)溶液、酢酸パラジウム(II)溶液、テトラアンミンパラジウム(II)水酸塩溶液、ジアンミンジニトロパラジウム(II)溶液、ビス(アセチルアセトナト)パラジウム(II)溶液、trans-ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)溶液等が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組合せて用いてもよい。中でも、パラジウム(II)イオンを含有する溶液は、扱い易さ及び価格等の観点から、塩化パラジウム(II)溶液、硝酸パラジウム(II)溶液、硫酸パラジウム(II)溶液、及び酢酸パラジウム(II)溶液から選ばれるものが好ましい。   In one embodiment of the present invention, the solution A may be a solution containing the metal ion (A) and is not particularly limited. However, when the metal species of the metal ion (A) is palladium, the solution A is In this case, examples of the solution A include palladium chloride (II) solution, palladium nitrate (II) solution, palladium sulfate (II) solution, palladium acetate (II). ) Solution, tetraamminepalladium (II) hydrochloride solution, diamminedinitropalladium (II) solution, bis (acetylacetonato) palladium (II) solution, trans-dichlorobis (triphenylphosphine) palladium (II) solution, etc. . You may use these individually or in combination of 2 or more types. Among these, solutions containing palladium (II) ions are palladium (II) chloride solution, palladium (II) nitrate solution, palladium (II) sulfate solution, and palladium (II) acetate from the viewpoint of ease of handling and price. Those selected from solutions are preferred.

本発明のひとつの態様において、前記工程(1)において、必須ではないが、溶液Aを多孔質基材の細孔内に充填する際に、無電解めっきで一般的に行われるセンシタイジング(感応化)−アクチベーティング(活性化)法又はキャタライジング−アクセラレーティング法等の処理を行ってもよい。センシタイジング−アクチベーティング法又はキャタライジング−アクセラレーティング法は従来十分に確立されており、本発明においても、公知の方法、自体公知の方法又はそれらに準じる方法に従ってよい。
また、本発明の前記工程(1)において、センシタイジング−アクチベーティング法又はキャタライジング−アクセラレーティング法等の処理は繰返し行ってもよく、繰返して行う場合、その回数は特に限定されず、通常2〜10回、製造効率等の観点から、好ましくは2〜6回程度である。また、センシタイジング−アクチベーティング法又はキャタライジング−アクセラレーティング法等の処理は、多孔質基材の片側のみを処理することで行ってもよく、両側を処理してもよい。多孔質基材の片側のみを処理する場合、例えば、多孔質基材の片側を処理に用いる溶液とは異なる溶液(例えば、後記する溶液(H)等)に浸漬させておき、反対側のみを処理液に浸漬させる等して、処理を行ってもよい。
上記の処理を行うことで、好ましくは、得られる膜の均一性が向上する。
In one embodiment of the present invention, in the step (1), although not essential, when the solution A is filled in the pores of the porous substrate, the sensitizing (generally performed by electroless plating) ( Sensitization) -activating (activation) method or catalyzing-accelrating method may be performed. Sensitizing-activating method or catalyzing-accelrating method has been well established, and in the present invention, a known method, a method known per se, or a method analogous thereto may be used.
In the step (1) of the present invention, the sensitizing / activating method or the catalyzing / accelrating method may be repeated, and when it is repeated, the number of times is not particularly limited, Usually, 2 to 10 times, preferably from 2 to 6 times from the viewpoint of production efficiency. Further, the treatment such as the sensitizing-activating method or the catalyzing-accelrating method may be performed by treating only one side of the porous substrate, or both sides may be treated. When processing only one side of the porous substrate, for example, one side of the porous substrate is immersed in a solution different from the solution used for processing (for example, a solution (H) described later), and only the opposite side is immersed. The treatment may be performed by immersing in a treatment liquid.
By performing the above treatment, the uniformity of the obtained film is preferably improved.

本発明の好ましいひとつの態様において、センシタイジング−アクチベーティング法は、例えば、溶液Aがパラジウム(II)イオン、銀イオン又は銅イオンを含有する溶液である場合、例えば、スズ(II)イオン(Sn2+)を多孔質基材の細孔内に吸着(センシタイジング、又は感応化)させ、次いで前記細孔内を溶液Aで処理して、一部の金属イオンを還元し、金属を析出(アクチベーティング、又は活性化)させることにより行ってもよい。本態様において、上記センシタイジングを行う際のセンシタイジング液は、特に限定されず、例えば、国際公開WO2010/023895パンフレットに記載されているような、SnCl、Sn(CHCOCHCOCH、SnBr、SnI、及びSnSOから選ばれる1種以上のSn化合物を含有する溶液等が挙げられる。
センシタイジング液の濃度は、所望により適宜選択してよく、特に限定されないが、通常約0.0001〜約1mol/L、製造効率及び得られる複合体の性能等の観点から、好ましくは、約0.001〜約0.5mol/Lである。
In a preferred embodiment of the present invention, the sensitizing-activating method is performed, for example, when the solution A is a solution containing palladium (II) ions, silver ions or copper ions, for example, tin (II) ions. (Sn 2+ ) is adsorbed (sensitized or sensitized) into the pores of the porous substrate, and then the inside of the pores is treated with solution A to reduce some metal ions, You may carry out by making it precipitate (activate or activate). In this embodiment, the sensitizing solution used in the above sensitizing is not particularly limited. For example, SnCl 2 , Sn (CH 3 COCHCOCH 3 ) 2 as described in International Publication WO 2010/023895 pamphlet. , A solution containing one or more Sn compounds selected from SnBr 2 , SnI 2 , and SnSO 4 .
The concentration of the sensitizing solution may be appropriately selected as desired, and is not particularly limited. However, from the viewpoint of usually about 0.0001 to about 1 mol / L, production efficiency, and performance of the obtained composite, etc., 0.001 to about 0.5 mol / L.

本発明の別の好ましいひとつの態様において、キャタライジング−アクセラレーティング法は、例えば、スズ(IV)化合物で保護されたパラジウム(II)の保護コロイドが分散した溶液に多孔質基材を浸漬させて、多孔質基材の細孔内にパラジウム(II)の保護コロイドを吸着させ、次いで塩酸などの酸溶液で細孔内を処理し、コロイドのスズ化合物を溶解させて、パラジウム(II)を活性化(アクセラレーティング)させることにより行ってもよい。   In another preferred embodiment of the present invention, the catalyzing-accelrating method includes, for example, immersing a porous substrate in a solution in which a protective colloid of palladium (II) protected with a tin (IV) compound is dispersed. The palladium (II) protective colloid is adsorbed in the pores of the porous substrate, and then the inside of the pores is treated with an acid solution such as hydrochloric acid to dissolve the colloidal tin compound to activate the palladium (II). (Acceleration rating) may be performed.

本発明の特に好ましいひとつの態様において、センシタイジング−アクチベーティング法による処理は、例えば、以下の手順により行ってもよい:
<1>多孔質基材の片側を溶液(H)に浸漬させ、反対側をスズ(II)イオンを含有するセンシタイジング液に浸漬させて、多孔質基材の細孔内にセンシタイジング液を浸透させ感応化処理を行う;
<2>その後、センシタイジング液に浸漬させた多孔質基材の片側を、センシタイジング液に替えて溶液Aに浸漬させ、感応化処理された多孔質基材の細孔内に溶液Aを浸透させ活性化処理を行う。
上記<1>及び<2>の処理は2〜10回程度繰り返し行うことが好ましく、2〜6回程度繰り返し行うことがより好ましい。多孔質基材をセンシタイジング液及び溶液Aに浸漬させる時間は、特に限定されず、多孔質基材の材質、大きさ、形状、多孔質基材の細孔の大きさ、処理液の種類、又は処理温度等により適宜選択することができるが、通常それぞれ約5秒〜約10時間であってよく、製造効率等の観点から、好ましくは約10秒〜約5時間、より好ましくは約10秒〜約1時間である。処理温度は、特に限定されないが、通常、約5℃〜約60℃であってよく、製造効率の観点から、好ましくは約10℃〜約40℃、より好ましくは約15℃〜約35℃である。
本態様において、前記溶液Aは、特に限定されないが、好ましくはパラジウム(II)イオンを含有するものであり、より好ましくは、塩化パラジウム(II)溶液、硝酸パラジウム(II)溶液、硫酸パラジウム(II)溶液、及び酢酸パラジウム(II)溶液から選ばれる1種以上である。前記溶液(H)は、特に限定されないが、pH約4以下の酸性溶液であることが好ましい。pH約4以下の酸性溶液としては、特に限定されないが、酸を含有する水溶液が挙げられ、酸は無機酸であっても有機酸であってもよい。無機酸としては、例えば、塩酸、硝酸、リン酸、硫酸、ホウ酸、フッ化水素酸等が挙げられ、有機酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、乳酸、クエン酸、シュウ酸、コハク酸、有機スルホン酸等が挙げられ、これらは単独で又は2種以上を組合せて用いてもよい。
さらに、本態様において、必須ではないが、上記<1>の処理の後に、センシタイジング液に浸漬させた側の多孔質基材表面を溶液(H)に浸漬する工程、又は、前記表面に溶液(H)を掛け流す工程である、工程<1’>が含まれていてもよい。この工程を行うことにより、好ましくは多孔質基材表面に付着したスズ(II)イオンを除去することができる。また、同様に、必須ではないが、上記<2>の処理の後に、溶液Aに浸漬させた側の多孔質基材表面を溶液(H)に浸漬する、又は、前記表面に溶液(H)を掛け流す工程<2’>が含まれていてもよい。この工程を行うことにより、好ましくは多孔質基材表面に付着したパラジウム(II)イオンを除去することができる。上記工程<1’>及び<2’>を行うことで、好ましくは得られる膜の均一性が向上する。
上記のようにしてセンシタイジング−アクチベーティング処理を2〜10回程度、好ましくは2〜6回程度繰り返し行った多孔質基材を、下記に詳述する工程(2)に用いることができる。
In one particularly preferred embodiment of the present invention, the treatment by the sensitizing-activating method may be performed, for example, by the following procedure:
<1> One side of the porous substrate is immersed in the solution (H), and the other side is immersed in a sensitizing solution containing tin (II) ions, and sensitized in the pores of the porous substrate. Infiltrate the liquid and perform the sensitization treatment;
<2> Thereafter, one side of the porous substrate immersed in the sensitizing solution is immersed in the solution A instead of the sensitizing solution, and the solution A is placed in the pores of the sensitized porous substrate. Infiltrate and activate.
The processes <1> and <2> are preferably repeated about 2 to 10 times, more preferably about 2 to 6 times. The time for immersing the porous substrate in the sensitizing solution and the solution A is not particularly limited, and the material, size, and shape of the porous substrate, the pore size of the porous substrate, and the type of treatment liquid Or, it can be appropriately selected depending on the processing temperature, etc., but each time may be usually from about 5 seconds to about 10 hours, preferably from about 10 seconds to about 5 hours, more preferably about 10 from the viewpoint of production efficiency and the like. Seconds to about 1 hour. The treatment temperature is not particularly limited, but may usually be about 5 ° C. to about 60 ° C., and is preferably about 10 ° C. to about 40 ° C., more preferably about 15 ° C. to about 35 ° C. from the viewpoint of production efficiency. is there.
In this embodiment, the solution A is not particularly limited, but preferably contains palladium (II) ions, more preferably palladium (II) chloride solution, palladium (II) nitrate solution, palladium sulfate (II). ) Solution and at least one selected from palladium (II) acetate solution. The solution (H) is not particularly limited, but is preferably an acidic solution having a pH of about 4 or less. The acidic solution having a pH of about 4 or less is not particularly limited, and examples thereof include an aqueous solution containing an acid. The acid may be an inorganic acid or an organic acid. Examples of the inorganic acid include hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, boric acid, and hydrofluoric acid. Examples of the organic acid include formic acid, acetic acid, lactic acid, citric acid, oxalic acid, succinic acid, An organic sulfonic acid etc. are mentioned, These may be used individually or in combination of 2 or more types.
Furthermore, in this embodiment, although not essential, after the treatment of <1> above, the step of immersing the porous substrate surface on the side immersed in the sensitizing solution in the solution (H), or on the surface Step <1 ′>, which is a step of pouring the solution (H), may be included. By performing this step, it is possible to remove tin (II) ions that are preferably attached to the surface of the porous substrate. Similarly, although not essential, the surface of the porous substrate immersed in the solution A is immersed in the solution (H) after the treatment <2>, or the solution (H) is immersed in the surface. The step <2 ′> for pouring may be included. By performing this step, it is possible to remove palladium (II) ions that are preferably attached to the surface of the porous substrate. By performing the above steps <1 ′> and <2 ′>, the uniformity of the obtained film is preferably improved.
The porous substrate obtained by repeating the sensitizing / activating process as described above about 2 to 10 times, preferably about 2 to 6 times, can be used in the step (2) described in detail below. .

なお、本発明において、前記溶液(H)の濃度は、所望により適宜選択してよく、特に限定されないが、例えば、通常約0.01〜約10mol/L、製造効率及び得られる複合体の性能等の観点から、好ましくは約0.05〜約5mol/L、より好ましくは約0.1〜約1.5mol/Lである。
また、本発明者らは、本発明の検討において、予想外にも、溶液(H)の濃度を制御することで、本発明の多孔質基材の内部に薄膜化した金属充填層を有する複合体の、金属充填層が形成する位置を制御できるという、本発明に特有の顕著にして有用な知見を得た。すなわち、溶液(H)の濃度を上記範囲内で低くすると、多孔質基材表面から金属充填層までの距離が長くなり、溶液(H)の濃度を上記範囲内で高くすると、多孔質基材表面から金属充填層までの距離が短くなるという新知見を得た。溶液(H)の濃度を調整することにより、金属充填層の形成される位置を制御する方法も、本発明のひとつの態様に含まれる。
In the present invention, the concentration of the solution (H) may be appropriately selected as desired and is not particularly limited. For example, the concentration is usually about 0.01 to about 10 mol / L, production efficiency and performance of the obtained composite From the viewpoint of the above, it is preferably about 0.05 to about 5 mol / L, more preferably about 0.1 to about 1.5 mol / L.
In addition, the inventors of the present invention unexpectedly, in the study of the present invention, by controlling the concentration of the solution (H), the composite having a thin metal-filled layer inside the porous substrate of the present invention. A remarkable and useful finding unique to the present invention has been obtained that the position of the body where the metal-filled layer is formed can be controlled. That is, when the concentration of the solution (H) is lowered within the above range, the distance from the surface of the porous substrate to the metal-filled layer is increased, and when the concentration of the solution (H) is raised within the above range, the porous substrate is obtained. The new knowledge that the distance from the surface to the metal filling layer becomes short was acquired. A method of controlling the position where the metal filling layer is formed by adjusting the concentration of the solution (H) is also included in one aspect of the present invention.

本発明のひとつの態様において、前記複合体の製造方法は、
(2)前記工程(1)で得られた多孔質基材の一方の表面をpH約4以下の溶液(H)と接触させながら、該多孔質基材の反対側の表面から、還元剤を含む溶液(C)を浸透させ、該多孔質基材の細孔内に金属種核を担持させる工程
を含む。
In one embodiment of the present invention, the method for producing the composite comprises:
(2) While bringing one surface of the porous substrate obtained in the step (1) into contact with a solution (H) having a pH of about 4 or less, a reducing agent is introduced from the surface on the opposite side of the porous substrate. A step of impregnating the containing solution (C) and supporting metal seed nuclei in the pores of the porous substrate.

工程(2)で用いる前記「pH約4以下の溶液(H)」は、特に限定されないが、上記した溶液(H)と同じであってもよい。また、「多孔質基材の一方の表面を液体と接触させる」とは、「多孔質基材の片側を液体に浸漬させる」ことを包含する。   The “solution (H) having a pH of about 4 or less” used in the step (2) is not particularly limited, but may be the same as the solution (H) described above. Further, “contacting one surface of the porous substrate with the liquid” includes “immersing one side of the porous substrate in the liquid”.

前記還元剤としては、アスコルビン酸、アスコルビン酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、ジメチルアミンボラン、トリメチルアミンボラン、クエン酸、クエン酸ナトリウム、タンニン酸、ジボラン、ヒドラジン、アルデヒド類(例えば、ホルムアルデヒド等)、ギ酸、グルコース、塩化スズ等が挙げられる。前記還元剤を適当な溶媒に溶解して、還元剤を含む溶液(C)が得られる。還元剤を溶解させる溶媒としては、特に限定されないが、例えば、水、エタノール、クロロホルム等が挙げられ、これらを単独で、又は2種以上を混合して用いてよい。   Examples of the reducing agent include ascorbic acid, sodium ascorbate, sodium borohydride, potassium borohydride, dimethylamine borane, trimethylamine borane, citric acid, sodium citrate, tannic acid, diborane, hydrazine, aldehydes (for example, formaldehyde Etc.), formic acid, glucose, tin chloride and the like. The reducing agent is dissolved in an appropriate solvent to obtain a solution (C) containing the reducing agent. Although it does not specifically limit as a solvent which dissolves a reducing agent, For example, water, ethanol, chloroform etc. are mentioned, These may be used individually or in mixture of 2 or more types.

本発明において、前記溶液(C)の濃度は、所望により適宜選択してよく、特に限定されないが、例えば、通常約0.001〜約1mol/L、製造効率及び得られる複合体の性能等の観点から、好ましくは約0.01〜約0.5mol/Lである。
また、本発明者らは、本発明の検討において、予想外にも、溶液(C)の濃度を制御することで、本発明の多孔質基材の内部に薄膜化した金属充填層を有する複合体の、金属充填層が形成する位置を制御できるという、本発明に特有の顕著にして有用な知見を得た。すなわち、溶液(C)の濃度を上記範囲内で低くすると、多孔質基材表面から金属充填層までの距離が長くなり、溶液(H)の濃度を上記範囲内で高くすると、多孔質基材表面から金属充填層までの距離が短くなるという新知見を得た。溶液(C)の濃度を調整することにより、金属充填層の形成される位置を制御する方法も、本発明のひとつの態様に含まれる。
In the present invention, the concentration of the solution (C) may be appropriately selected as desired, and is not particularly limited. For example, the concentration is usually about 0.001 to about 1 mol / L, production efficiency, performance of the obtained composite, and the like. From the viewpoint, it is preferably about 0.01 to about 0.5 mol / L.
In addition, the inventors of the present invention unexpectedly, in the study of the present invention, by controlling the concentration of the solution (C), the composite having a thin metal-filled layer inside the porous substrate of the present invention. A remarkable and useful finding unique to the present invention has been obtained that the position of the body where the metal-filled layer is formed can be controlled. That is, when the concentration of the solution (C) is lowered within the above range, the distance from the surface of the porous substrate to the metal-filled layer is increased, and when the concentration of the solution (H) is raised within the above range, the porous substrate is obtained. The new knowledge that the distance from the surface to the metal filling layer becomes short was acquired. A method of controlling the position where the metal filling layer is formed by adjusting the concentration of the solution (C) is also included in one aspect of the present invention.

本発明のひとつの好ましい態様において、前記工程(2)は以下の手順により行ってもよい:前記工程(1)で得られた、細孔に溶液Aが充填された多孔質基材の片側を溶液(H)に浸漬させ、該多孔質基材の反対側を溶液(C)に浸漬させる。
本態様において、多孔質基材を溶液(C)に浸漬させる時間は、特に限定されず、多孔質基材の材質、大きさ、形状、多孔質基材の細孔の大きさ、溶液(C)の種類、又は処理温度等により適宜選択することができるが、通常約5秒〜約10時間であってよく、製造効率等の観点から、好ましくは約10秒〜約5時間、より好ましくは約10秒〜約1時間である。処理温度は、特に限定されないが、通常、約5℃〜約60℃であってよく、製造効率の観点から、好ましくは約10℃〜約40℃、より好ましくは約15℃〜約35℃である。
溶液(C)が細孔内に浸透し、細孔内のpHが約4以上となることで溶液Aの金属イオン(A)が還元されて金属種核が形成され、多孔質基材の細孔内に金属種核を担持させることができる。
In one preferred embodiment of the present invention, the step (2) may be carried out by the following procedure: one side of the porous substrate obtained by the step (1) and having pores filled with the solution A It is immersed in the solution (H), and the opposite side of the porous substrate is immersed in the solution (C).
In this embodiment, the time for immersing the porous substrate in the solution (C) is not particularly limited, and the material, size and shape of the porous substrate, the pore size of the porous substrate, and the solution (C ), Or the processing temperature, etc., but it may usually be from about 5 seconds to about 10 hours, preferably from about 10 seconds to about 5 hours, more preferably from the viewpoint of production efficiency and the like. About 10 seconds to about 1 hour. The treatment temperature is not particularly limited, but may usually be about 5 ° C. to about 60 ° C., and is preferably about 10 ° C. to about 40 ° C., more preferably about 15 ° C. to about 35 ° C. from the viewpoint of production efficiency. is there.
When the solution (C) penetrates into the pores and the pH in the pores is about 4 or more, the metal ions (A) in the solution A are reduced to form metal seed nuclei, and the porous substrate is finely divided. Metal seed nuclei can be supported in the pores.

本発明の前記工程(2)によって得られる多孔質基材と金属種核の複合体は、金属種核が多孔質基材の表面にほとんど又は全く付着しておらず、金属種核は、多孔質基材表面から、好ましくは一定の深さにある細孔内に、好ましくは均一に存在する。
したがって、本発明の複合体の製造方法は、保護材を積層させる工程、又は特許第5155343号公報に記載されているような、表面及び表面付近の細孔に付着した金属種核を溶解させて除去する工程等の、多孔質基材の表面に保護層を形成させるための煩雑な工程を要しない。
In the composite of the porous substrate and metal seed nucleus obtained by the step (2) of the present invention, the metal seed nucleus is hardly or not attached to the surface of the porous substrate, and the metal seed nucleus is porous. From the surface of the porous substrate, preferably present uniformly in the pores at a certain depth.
Therefore, in the method for producing a composite of the present invention, the step of laminating a protective material, or the metal seed nucleus attached to the surface and the pores near the surface as described in Japanese Patent No. 5155343 is dissolved. The complicated process for forming a protective layer on the surface of a porous base material, such as the process of removing, is not required.

本発明の別のひとつの好ましい態様において、前記工程(1)が前記工程<1>、<1’>、<2>及び<2’>を含む場合、前記工程(2)は以下の手順により行ってもよい:
前記工程<2’>において溶液(H)でパラジウム(II)イオンを除去した側の多孔質基材表面を、溶液(C)に浸漬させ、細孔内に溶液(C)を浸透させる。この工程において、細孔内に存在するパラジウム(II)イオンは、還元剤と接触してpH約4以上となることで還元され、パラジウム金属となって析出し、多孔質基材の細孔内にパラジウム核を形成する。なお、本態様において溶液(C)、多孔質基材の表面を溶液(C)と浸漬させる時間又は温度は上記と同様であってよい。
In another preferred embodiment of the present invention, when the step (1) includes the steps <1>, <1 ′>, <2> and <2 ′>, the step (2) is performed according to the following procedure. You may go:
The surface of the porous substrate from which palladium (II) ions have been removed with the solution (H) in the step <2 ′> is immersed in the solution (C), and the solution (C) is infiltrated into the pores. In this step, palladium (II) ions present in the pores are reduced by being brought into contact with the reducing agent and having a pH of about 4 or more, and are precipitated as palladium metal, and are deposited in the pores of the porous substrate. To form palladium nuclei. In this embodiment, the time or temperature for immersing the solution (C) and the surface of the porous substrate with the solution (C) may be the same as described above.

本発明のひとつの態様において、前記複合体の製造方法は、
(3)前記工程(2)で得られた金属種核を担持した多孔質基材を、金属イオン(B)を含有するめっき液により無電解めっき処理する工程
を含む。
工程(3)における無電解めっき処理により、金属種核を成長させ、多孔質基材の細孔を成長した金属により閉塞させて金属充填層(金属膜)を形成させることができる。
In one embodiment of the present invention, the method for producing the composite comprises:
(3) including a step of subjecting the porous substrate carrying the metal seed nucleus obtained in the step (2) to an electroless plating treatment with a plating solution containing a metal ion (B).
By the electroless plating treatment in the step (3), the metal seed nucleus can be grown and the pores of the porous substrate can be closed with the grown metal to form a metal filled layer (metal film).

本発明の前記工程(3)における無電解めっき処理の方法としては、通常用いられる方法であれば、特に限定されず、前記特許文献8(特開2006−95521号公報)、特開2005−248192号公報等に示される方法と同様にして行うことができる。   The method of the electroless plating treatment in the step (3) of the present invention is not particularly limited as long as it is a commonly used method, and is described in Patent Document 8 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-95521) and Japanese Patent Laid-Open No. 2005-248192. The method can be performed in the same manner as in the method described in Japanese Patent Publication No. Gazette.

本発明のひとつの態様において、前記めっき液として、金属イオン(B)、錯形成剤、還元剤、溶剤を含むものを用いるのが好ましい。金属イオン(B)は、適当な金属塩、例えば酢酸塩、塩化物、硝酸塩、又は硫酸塩等のめっき液成分として供される。   In one embodiment of the present invention, the plating solution preferably contains a metal ion (B), a complexing agent, a reducing agent, and a solvent. The metal ion (B) is provided as a plating solution component such as an appropriate metal salt, for example, acetate, chloride, nitrate, or sulfate.

前記金属イオン(B)の金属種は、特に限定されないが、例えば遷移金属等が挙げられ、遷移金属として、例えば、周期表の4族、5族、8族、9族、10族または11族の金属等が挙げられる。中でも、銀、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、金、白金、イリジウム、オスミウム、銅、ニッケル、コバルト、鉄、バナジウムまたはチタン等が好ましく、パラジウム、銅、銀、白金、金がさらに好ましい。
また本発明において、金属イオン(B)の金属種は、前記金属イオン(A)と同一であってもよく、異なってもよく、得られる複合体の用途等に応じて、所望により適宜選択してよい。
The metal species of the metal ion (B) is not particularly limited, and examples thereof include transition metals. Examples of the transition metal include groups 4, 5, 8, 9, 10, or 11 of the periodic table. The metal etc. are mentioned. Among these, silver, palladium, rhodium, ruthenium, gold, platinum, iridium, osmium, copper, nickel, cobalt, iron, vanadium, titanium, and the like are preferable, and palladium, copper, silver, platinum, and gold are more preferable.
In the present invention, the metal species of the metal ion (B) may be the same as or different from the metal ion (A), and may be appropriately selected according to the use of the resulting composite. It's okay.

前記錯形成剤としては、金属イオン(B)を安定に溶存させるものであればよく、その例として好ましくはアンモニアとキレート剤との組合せ、中でもアンモニアとEDTAとの組合せが挙げられ、キレート剤としては、EDTAの他、NTA(ニトリロトリ酢酸)や、クエン酸、酒石酸等の脂肪族オキシ酸等が挙げられる。無電解めっき処理に用いる還元剤としては、上記した溶液(C)と同様のものが使用できる。無電解めっき処理に用いる溶剤としては、錯形成剤の種類等により適宜選択してよく、例えば、水、あるいはアセトニトリル、ベンゼン、又はクロロホルム等の有機溶媒等が挙げられる。   The complexing agent is not particularly limited as long as it can stably dissolve the metal ion (B), and an example thereof is preferably a combination of ammonia and a chelating agent, particularly a combination of ammonia and EDTA. In addition to EDTA, NTA (nitrilotriacetic acid), aliphatic oxyacids such as citric acid and tartaric acid, and the like can be mentioned. As the reducing agent used in the electroless plating treatment, the same one as the solution (C) described above can be used. The solvent used for the electroless plating treatment may be appropriately selected depending on the type of complexing agent, and examples thereof include water, organic solvents such as acetonitrile, benzene, and chloroform.

めっき液組成について、例えば金属イオン(B)、キレート剤、アンモニアおよび還元剤を含有する場合、各濃度は、それぞれ、金属イオン(B)を約0.001〜約0.05mol/L、キレート剤を約0.01〜約0.5mol/L、アンモニアを約5〜約15mol/L、還元剤を約0.005〜約0.05mol/Lとするのがよい。めっき液を調製する場合、前記無電解めっき処理の直前に還元剤を加えることが好ましい。   Regarding the plating solution composition, for example, when a metal ion (B), a chelating agent, ammonia and a reducing agent are contained, each concentration is about 0.001 to about 0.05 mol / L of the metal ion (B), and the chelating agent. Is about 0.01 to about 0.5 mol / L, ammonia is about 5 to about 15 mol / L, and the reducing agent is about 0.005 to about 0.05 mol / L. When preparing a plating solution, it is preferable to add a reducing agent immediately before the electroless plating treatment.

前記無電解めっき処理の温度は、所望により適宜設定してよく、特に限定されないが、例えば、通常約1〜約80℃であり、より好ましくは約2〜約75℃程度である。無電解めっき処理時間はめっき液温度や膜厚に応じて適宜選択してよく、特に限定されないが、例えば、通常約1分〜約100時間、好ましくは約1〜72時間程度である。前記無電解めっき処理後、常法により、得られた複合体を洗浄し、乾燥させて本発明の複合体が得られる。   The temperature of the electroless plating treatment may be appropriately set as desired, and is not particularly limited. For example, it is usually about 1 to about 80 ° C., more preferably about 2 to about 75 ° C. The electroless plating treatment time may be appropriately selected according to the plating solution temperature and film thickness, and is not particularly limited. For example, it is usually about 1 minute to about 100 hours, preferably about 1 to 72 hours. After the electroless plating treatment, the obtained composite is washed and dried by a conventional method to obtain the composite of the present invention.

本発明の別のひとつの好ましい態様において、前記工程(1)が前記工程<1>、<1’>、<2>及び<2’>を含む場合、前記工程(3)は、例えば、以下の手順により行ってもよい:前記工程(2)において、細孔内に金属種核を担持した多孔質基材と、浸漬させていた溶液(H)及び溶液(C)とを分離し、所望により該多孔質基材の表面を水等で洗浄した後、該多孔質基材をめっき液に浸漬させる。無電解めっき処理後、得られた複合体とめっき液を分離し、所望により、温水等で該複合体の表面を洗浄してもよい。
本態様において、めっき液の組成、金属イオン(B)、無電解めっき処理の温度又は時間等は、上記と同様であってよい。
In another preferred embodiment of the present invention, when the step (1) includes the steps <1>, <1 ′>, <2> and <2 ′>, the step (3) includes, for example, In the step (2), the porous base material carrying the metal seed nucleus in the pores, the solution (H) and the solution (C) that have been immersed are separated and desired After washing the surface of the porous substrate with water or the like, the porous substrate is immersed in a plating solution. After the electroless plating treatment, the obtained composite and the plating solution may be separated, and the surface of the composite may be washed with warm water or the like as desired.
In this aspect, the composition of the plating solution, the metal ion (B), the temperature or time of the electroless plating treatment, and the like may be the same as described above.

本発明のひとつの態様において、所望により、前記工程(3)の無電解めっき処理の後に、(4)複合体を焼成する工程が含まれていてもよい。焼成温度は、特に限定されないが、例えば、通常約400℃〜約1500℃、好ましくは約500℃〜約1400℃、より好ましくは約500℃〜約1350℃である。焼成時間は、特に限定されないが、例えば、通常約1〜約72時間、好ましくは約1〜約48時間、より好ましくは約1〜約40時間である。また、焼成は空気雰囲気下で行ってもよく、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で行ってもよい。さらに、焼成時の昇温速度は、特に限定されないが、約0.1〜約1℃/分が好ましい。また、前記工程(4)は、焼成処理の後に、複合体を還元処理する工程を含んでいてもよい。還元処理を行うことで、好ましくは、得られる膜の性能が向上する。複合膜の還元処理は、前記溶液(C)に複合体を浸漬することにより実施してもよく、又は複合体を水素ガス気流中で昇温させながら水素還元する方法等で実施してもよい。水素還元は、従来十分に確立されており、本発明によっても公知方法、自体公知の方法又はそれらに準じる方法に従ってよい。   In one embodiment of the present invention, if desired, (4) a step of firing the composite may be included after the electroless plating treatment in the step (3). Although a calcination temperature is not specifically limited, For example, about 400 degreeC-about 1500 degreeC normally, Preferably it is about 500 degreeC-about 1400 degreeC, More preferably, it is about 500 degreeC-about 1350 degreeC. The firing time is not particularly limited, and is, for example, usually about 1 to about 72 hours, preferably about 1 to about 48 hours, and more preferably about 1 to about 40 hours. The firing may be performed in an air atmosphere or an inert gas atmosphere such as nitrogen gas. Furthermore, the rate of temperature increase during firing is not particularly limited, but is preferably about 0.1 to about 1 ° C./min. Further, the step (4) may include a step of reducing the composite after the baking treatment. By performing the reduction treatment, the performance of the obtained film is preferably improved. The reduction treatment of the composite membrane may be performed by immersing the composite in the solution (C), or may be performed by a method of reducing hydrogen while raising the temperature of the composite in a hydrogen gas stream. . Hydrogen reduction has been well established in the past, and may be carried out according to the present invention by a known method, a method known per se, or a method analogous thereto.

本発明のひとつの態様において、前記工程(4)の焼成処理の後に、得られた複合体中の金属層の緻密化向上を目的として、所望により、さらに前記工程(3)と同様の無電解めっき処理を行ってもよい。本態様において前記工程(3)を再度行う場合、前記工程(2)から繰り返してもよく、前記工程(1)から繰り返してもよい。本発明の好ましいひとつの態様において、一度目の工程(3)における無電解めっき処理を短時間(例えば、約5分〜約1時間)で行い、工程(4)の処理を行った後、続く2度目の工程(3)における無電解めっき処理を、1度目よりも長い時間(例えば、約1時間〜約5時間)で行ってもよい。   In one embodiment of the present invention, after the firing treatment in the step (4), for the purpose of improving the densification of the metal layer in the obtained composite, the same electroless method as in the step (3) may be further desired. Plating treatment may be performed. In the present embodiment, when the step (3) is performed again, the step (2) may be repeated or the step (1) may be repeated. In a preferred embodiment of the present invention, the electroless plating process in the first step (3) is performed in a short time (for example, about 5 minutes to about 1 hour), followed by performing the process (4). The electroless plating process in the second step (3) may be performed for a longer time (for example, about 1 hour to about 5 hours) than the first time.

本発明の好ましい態様において、多孔質基材の内部に薄膜化した金属充填層を有する複合体の製造方法は、
(1)多孔質基材の細孔内に、金属イオン(A)を含有するpH約4以下の溶液を充填する工程、
(2)前記工程(1)で得られた金属イオン(A)が充填された多孔質基材の一方の表面を、pH約4以下の液体と接触させながら、該多孔質基材の反対側の表面から還元剤を含む溶液(C)を浸透させ、該多孔質基材の細孔内に金属種核を担持させる工程、及び
(3)前記工程(2)で得られた金属種核を担持した多孔質基材を、金属イオン(B)を含有するめっき液により無電解めっき処理する工程、
を含む。
本態様において、前記金属イオン(A)及び前記金属イオン(B)は同一であっても異なっていてもよく、金属イオン(A)及び金属イオン(B)の金属種は、上記と同様であってよい。また、pH約4以下の液体、還元剤、溶液(C)、めっき液、無電解めっき処理条件等は、上記と同様であってよい。
In a preferred embodiment of the present invention, a method for producing a composite having a thin metal-filled layer inside a porous substrate comprises:
(1) A step of filling the pores of the porous substrate with a solution having a pH of about 4 or less containing the metal ion (A),
(2) While contacting one surface of the porous substrate filled with the metal ion (A) obtained in the step (1) with a liquid having a pH of about 4 or less, the opposite side of the porous substrate Impregnating a solution (C) containing a reducing agent from the surface of the substrate, and supporting the metal seed nucleus in the pores of the porous substrate; and (3) the metal seed nucleus obtained in the step (2). A process of electroless plating the supported porous substrate with a plating solution containing metal ions (B);
including.
In this embodiment, the metal ion (A) and the metal ion (B) may be the same or different, and the metal species of the metal ion (A) and the metal ion (B) are the same as described above. It's okay. Further, the liquid having a pH of about 4 or less, the reducing agent, the solution (C), the plating solution, the electroless plating treatment conditions, and the like may be the same as described above.

本発明の別の好ましい態様において、多孔質基材の内部に薄膜化した金属充填層を有する複合体の製造方法は、
(1)多孔質基材の細孔内に、金属イオン(A)を含有するpH約4以下の溶液を充填する工程、
(2)前記工程(1)で得られた金属イオン(A)が充填された多孔質基材の一方の表面を、pH約4以下の液体と接触させながら、該多孔質基材の反対側の表面から還元剤を含む溶液(C)を浸透させ、該多孔質基材の細孔内に金属種核を担持させる工程、
(3)前記工程(2)で得られた金属種核を担持した多孔質基材を、金属イオン(B)を含有するめっき液により無電解めっき処理する工程、及び、
(4)前記工程(3)で得られた複合体を、焼成する工程、
を含む。
本態様において、前記金属イオン(A)及び前記金属イオン(B)は同一であっても異なっていてもよく、金属イオン(A)及び金属イオン(B)の金属種は、上記と同様であってよい。また、pH約4以下の液体、還元剤、溶液(C)、めっき液、無電解めっき処理条件、焼成条件等は、上記と同様であってよい。
In another preferred embodiment of the present invention, a method for producing a composite having a metal-filled layer formed into a thin film inside a porous substrate comprises:
(1) A step of filling the pores of the porous substrate with a solution having a pH of about 4 or less containing the metal ion (A),
(2) While contacting one surface of the porous substrate filled with the metal ion (A) obtained in the step (1) with a liquid having a pH of about 4 or less, the opposite side of the porous substrate Impregnating a solution (C) containing a reducing agent from the surface of the substrate, and supporting metal seed nuclei in the pores of the porous substrate;
(3) a step of electroless plating the porous substrate carrying the metal seed nucleus obtained in the step (2) with a plating solution containing a metal ion (B); and
(4) A step of firing the composite obtained in the step (3),
including.
In this embodiment, the metal ion (A) and the metal ion (B) may be the same or different, and the metal species of the metal ion (A) and the metal ion (B) are the same as described above. It's okay. Further, the liquid having a pH of about 4 or less, the reducing agent, the solution (C), the plating solution, the electroless plating treatment conditions, the firing conditions, and the like may be the same as described above.

本発明のさらに別の好ましい態様において、多孔質基材の内部に薄膜化した金属充填層を有する複合体の製造方法は、
(1)多孔質基材の細孔内に、金属イオン(A)を含有するpH約4以下の溶液を充填する工程、
(2)前記工程(1)で得られた金属イオン(A)が充填された多孔質基材の一方の表面を、pH約4以下の液体と接触させながら、該多孔質基材の反対側の表面から還元剤を含む溶液(C)を浸透させ、該多孔質基材の細孔内に金属種核を担持させる工程、
(3)前記工程(2)で得られた金属種核を担持した多孔質基材を、金属イオン(B)を含有するめっき液により無電解めっき処理する工程、
(4)前記工程(3)で得られた複合体を、焼成する工程、及び、
(5)前記工程(4)によって焼成した複合体を、さらに無電解めっき処理する工程、
を含む。
本態様において、前記金属イオン(A)及び前記金属イオン(B)は同一であっても異なっていてもよく、金属イオン(A)及び金属イオン(B)の金属種は、上記と同様であってよい。また、pH約4以下の液体、還元剤、溶液(C)、めっき液、無電解めっき処理条件、焼成条件等は、上記と同様であってよい。
また、前記工程(5)における無電解めっき処理は、前記工程(3)と同様の処理のみ、又は、前記工程(2)及び(3)と同様の処理、あるいは、前記工程(1)、(2)及び(3)と同様の処理によって行ってもよい。さらに、前記工程(5)における無電解めっき処理(2回目の無電解めっき処理)は、前記工程(3)における無電解めっき処理(1回目の無電解めっき処理)よりも長い時間で行うことが好ましい。
In still another preferred embodiment of the present invention, a method for producing a composite having a metal-filled layer formed into a thin film inside a porous substrate comprises:
(1) A step of filling the pores of the porous substrate with a solution having a pH of about 4 or less containing the metal ion (A),
(2) While contacting one surface of the porous substrate filled with the metal ion (A) obtained in the step (1) with a liquid having a pH of about 4 or less, the opposite side of the porous substrate Impregnating a solution (C) containing a reducing agent from the surface of the substrate, and supporting metal seed nuclei in the pores of the porous substrate;
(3) a step of electroless plating the porous substrate carrying the metal seed nucleus obtained in the step (2) with a plating solution containing a metal ion (B);
(4) a step of firing the composite obtained in the step (3), and
(5) A step of further subjecting the composite fired in the step (4) to an electroless plating treatment,
including.
In this embodiment, the metal ion (A) and the metal ion (B) may be the same or different, and the metal species of the metal ion (A) and the metal ion (B) are the same as described above. It's okay. Further, the liquid having a pH of about 4 or less, the reducing agent, the solution (C), the plating solution, the electroless plating treatment conditions, the firing conditions, and the like may be the same as described above.
In addition, the electroless plating treatment in the step (5) is only the same treatment as the step (3), the same treatment as the steps (2) and (3), or the step (1), ( You may perform by the process similar to 2) and (3). Furthermore, the electroless plating treatment (second electroless plating treatment) in the step (5) may be performed in a longer time than the electroless plating treatment (first electroless plating treatment) in the step (3). preferable.

上記した本発明の製造方法により、好ましくは、多孔質基材の内部に、薄膜化した均一な金属充填層を有する複合体が得られる。該複合体の表面は、金属が実質的に充填されていない多孔質基材の層となっており、この層が、金属充填層(金属膜)の保護層として機能するため、本発明の製造方法は、保護層を形成するための特別な工程(例えば、別途保護材を積層する等の工程)を要しない。   By the above-described production method of the present invention, a composite having a uniform metal-filled layer formed into a thin film is preferably obtained inside the porous substrate. The surface of the composite is a layer of a porous substrate substantially not filled with a metal, and this layer functions as a protective layer for the metal-filled layer (metal film). The method does not require a special step (for example, a step of laminating a protective material separately) for forming the protective layer.

本発明に係る複合体は上記の通り、多孔質基材の細孔に金属が充填されているとともに、該金属により細孔が閉塞されており、しかも該金属が多孔質基材の表面ではなく、基材の表面より内側に層を成して存在する。   As described above, the composite according to the present invention is filled with metal in the pores of the porous substrate, and the pores are blocked by the metal, and the metal is not the surface of the porous substrate. , Existing in layers from the surface of the substrate.

本発明の複合体における金属充填層の厚さは、特に限定されないが、通常約1〜約20μm、好ましくは約1〜約18μm、より好ましくは約1〜約15μmとすることが好ましい。本発明の製造方法によって得られた複合体は、多孔質基材の空隙率が30%程度であるため、充填金属(例えば、パラジウム)の使用量を低減させることが可能となる。   The thickness of the metal-filled layer in the composite of the present invention is not particularly limited, but is usually about 1 to about 20 μm, preferably about 1 to about 18 μm, more preferably about 1 to about 15 μm. Since the composite obtained by the production method of the present invention has a porosity of the porous base material of about 30%, it is possible to reduce the amount of filler metal (for example, palladium) used.

次に、本発明の製造方法によって製造された複合体を水素分離膜として使用した場合の水素分離方法について説明する。本発明の水素分離方法は、水素を含有する混合ガス(以下、水素混合ガスという)を前記複合体に接触させて、水素を選択的に透過させることを特徴とする。   Next, a hydrogen separation method when the composite produced by the production method of the present invention is used as a hydrogen separation membrane will be described. The hydrogen separation method of the present invention is characterized in that hydrogen is selectively permeated by bringing a mixed gas containing hydrogen (hereinafter referred to as hydrogen mixed gas) into contact with the composite.

本方法の具体的な態様としては、前記複合体の片側(例えば、管状複合体の場合、内側)に水素混合ガスを置き、その反対側(例えば、管状複合体の場合、外側)の水素分圧を水素混合ガスの水素分圧以下にすれば、複合体中を水素が選択的に透過し、水素混合ガス中にある水素を反対側に分離することができる。この水素分離方法は通常室温〜約700℃、好ましくは約300〜約600℃の温度で好適に実施することができる。   As a specific embodiment of this method, a hydrogen mixed gas is placed on one side of the composite (for example, the inner side in the case of a tubular composite), and the hydrogen content on the opposite side (for example, the outer side in the case of a tubular composite). If the pressure is set to be equal to or lower than the hydrogen partial pressure of the hydrogen mixed gas, hydrogen can selectively permeate through the composite and hydrogen in the hydrogen mixed gas can be separated to the opposite side. This hydrogen separation method can be suitably carried out at a temperature of usually room temperature to about 700 ° C., preferably about 300 to about 600 ° C.

前記水素混合ガスとしては、水素を含有しているガスであれば特に限定されず、例えば、水素と、酸素、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン、フッ素、塩素、臭素、一酸化炭素、二酸化炭素、一酸化窒素、二酸化窒素、アンモニア、二酸化イオウ、硫化水素、塩化水素、水(水蒸気)、メタノール、エタノール、トルエン、パラフィン系炭化水素またはオレフィン系炭化水素等との混合ガスが挙げられる。なお、前記パラフィン系炭化水素は、飽和鎖式炭化水素、アルカンまたはメタン系炭化水素とも呼ばれ、このようなパラフィン系炭化水素としては、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、メチルシクロヘキサン等が挙げられる。   The hydrogen mixed gas is not particularly limited as long as it contains hydrogen. For example, hydrogen and oxygen, nitrogen, helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, fluorine, chlorine, bromine, one Mixed gas with carbon oxide, carbon dioxide, nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, ammonia, sulfur dioxide, hydrogen sulfide, hydrogen chloride, water (steam), methanol, ethanol, toluene, paraffinic hydrocarbon or olefinic hydrocarbon Can be mentioned. The paraffinic hydrocarbons are also called saturated chain hydrocarbons, alkanes, or methane hydrocarbons. Examples of such paraffinic hydrocarbons include methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, and heptane. , Octane, methylcyclohexane and the like.

本発明の好ましいひとつの態様において、上記の製造方法によって得られる複合体は、約600℃における水素選択性が通常約30万以上(窒素が検出限度以下)である。したがって、約600℃における水素選択性が通常約30万以上である、多孔質基材の内部に薄膜化したパラジウム金属層を有する複合体も、本発明の態様に包含される。
なお、本発明において「水素選択性が30万以上」とは、図13に示す装置を用いて行うガス透過試験において、水素の透過度を窒素の透過度で除した値で表す。
下記に、ガス透過試験におけるガスクロマトグラフィー測定の、測定条件を示す:
ガス:ガスクロマトグラフィー;GC(TCD)
カラム:Porapak−N 2m、molecular Sieve 13X 2m(GLサイエンス株式会社)
キャリアガス:Ar
テストガス:H2/N2=75:25
ガス流量:1000ml/分
入口ガス圧力:150kPa(透過側との差圧150kPa)。
ガス透過試験のより詳しい条件は、後記する試験例1を参考としてよい。
In one preferred embodiment of the present invention, the complex obtained by the above production method usually has a hydrogen selectivity at about 600 ° C. of about 300,000 or more (nitrogen is below the detection limit). Accordingly, a composite having a thin palladium metal layer inside a porous substrate and having a hydrogen selectivity at about 600 ° C. of usually about 300,000 or more is also included in the embodiment of the present invention.
In the present invention, “hydrogen selectivity is 300,000 or more” is a value obtained by dividing the hydrogen permeability by the nitrogen permeability in a gas permeation test using the apparatus shown in FIG.
The measurement conditions for gas chromatography measurement in the gas permeation test are shown below:
Gas: Gas chromatography; GC (TCD)
Column: Porapak-N 2m, molecular Sieve 13X 2m (GL Science Co., Ltd.)
Carrier gas: Ar
Test gas: H2 / N2 = 75:25
Gas flow rate: 1000 ml / min Inlet gas pressure: 150 kPa (differential pressure 150 kPa from the permeate side).
For more detailed conditions of the gas permeation test, reference may be made to Test Example 1 described later.

さらに、本発明の多孔質基材の内部に薄膜化した金属充填層を有する複合体における、金属充填層が銀である場合、該複合体を電磁場シールド、滅菌コートとして用いることができる。   Furthermore, when the metal filling layer is silver in the composite having a thin metal filling layer inside the porous base material of the present invention, the composite can be used as an electromagnetic field shield and a sterilization coat.

次に、実験例、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。   Next, the present invention will be described more specifically with reference to experimental examples and examples. However, the present invention is not limited to these examples, and many modifications are within the technical idea of the present invention. This is possible by those with ordinary knowledge in the field.

なお、以下の実施例において、多孔質基材は、細孔径0.1μm、直径10mm、内径7mmのαアルミナ製のチューブ状(日本ガイシ株式会社製)の多孔質基材(以下、「アルミナ基板」と略称する)を使用した。   In the following examples, the porous substrate is an α-alumina tubular substrate (manufactured by NGK Co., Ltd.) having a pore diameter of 0.1 μm, a diameter of 10 mm, and an inner diameter of 7 mm (hereinafter referred to as “alumina substrate”). For short).

[実施例1]
以下のようにして複合体を製造した。工程(1)〜(3)の合成スキームを図1に示す。
[Example 1]
A composite was produced as follows. A synthesis scheme of the steps (1) to (3) is shown in FIG.

〔工程(1)〕
パラジウムの種結晶の原料となる塩化パラジウム溶液は、以下の手順で調製した。0.10gの塩化パラジウム(II)(和光純薬工業株式会社製、以降、単に「塩化パラジウム」と表記する。)を12.5μLの塩酸(和光純薬株式会社製)に溶解させ、脱イオン水を20mL加えて攪拌し、塩化パラジウムを溶解させた。溶解させた塩化パラジウムを5mlとり、脱イオン水を加えて全量を200mLとすることにより塩化パラジウム溶液を調製した。還元剤となる塩化スズ溶液は、0.20gの塩化スズ(II)(和光純薬工業株式会社、純度97%、以降、単に「塩化スズ」と表記する。)を0.20mLの塩酸に溶解させ、脱イオン水を加えて全量を200mLとすることにより調製した。塩酸溶液は20mlの塩酸に脱イオン水を加えて全量を200mLとすることにより調製した。これを塩酸溶液1(1.2mol/L)とする。塩酸溶液1とは別に、2mlの塩酸に脱イオン水を加えて全量を20mLとした塩酸溶液2(1.2mol/L)を調製した。調製した塩酸溶液2をアルミナ基板の内筒側に注入した。調製した塩化パラジウム溶液、塩化スズ溶液、塩酸溶液1を丸底φ40×350mmのガラス試験管中にそれぞれ入れ、塩酸溶液2を充填したアルミナ基板を塩化スズ溶液、塩酸溶液1、塩化パラジウム溶液、塩酸溶液1の順に、室温で各1分の浸漬を3回くり返し行った。
[Step (1)]
A palladium chloride solution used as a raw material for the seed crystal of palladium was prepared by the following procedure. 0.10 g of palladium (II) chloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., hereinafter simply referred to as “palladium chloride”) was dissolved in 12.5 μL of hydrochloric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and deionized. 20 mL of water was added and stirred to dissolve palladium chloride. A palladium chloride solution was prepared by taking 5 ml of dissolved palladium chloride and adding deionized water to a total volume of 200 mL. The tin chloride solution used as the reducing agent was 0.20 g of tin (II) chloride (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 97%, hereinafter simply referred to as “tin chloride”) dissolved in 0.20 mL of hydrochloric acid. And was prepared by adding deionized water to a total volume of 200 mL. The hydrochloric acid solution was prepared by adding deionized water to 20 ml of hydrochloric acid to make a total volume of 200 mL. This is designated as hydrochloric acid solution 1 (1.2 mol / L). Separately from hydrochloric acid solution 1, hydrochloric acid solution 2 (1.2 mol / L) was prepared by adding deionized water to 2 ml of hydrochloric acid to make a total volume of 20 mL. The prepared hydrochloric acid solution 2 was poured into the inner cylinder side of the alumina substrate. The prepared palladium chloride solution, tin chloride solution, and hydrochloric acid solution 1 were put in a glass test tube having a round bottom φ40 × 350 mm, respectively, and the alumina substrate filled with hydrochloric acid solution 2 was tin chloride solution, hydrochloric acid solution 1, palladium chloride solution, hydrochloric acid. In the order of Solution 1, immersion for 1 minute each at room temperature was repeated three times.

〔工程(2)〕
多孔質アルミナ基板へのパラジウム複合化は以下の手順にて実施した。還元剤としてヒドラジン水溶液を用いた。ヒドラジン水溶液は2mLのヒドラジン一水和物(和光純薬工業社製)を脱イオン水で希釈し、全量を200mLとすることにより調製した。工程(1)で得られたアルミナ基板をヒドラジン水溶液に、室温で1分間浸漬させることでパラジウムの還元処理を行い、パラジウム種核を形成させた。還元処理後、アルミナ基板の内筒側に注入した塩酸溶液を除き、脱イオン水にて、十分に洗浄を行った。
[Step (2)]
The palladium composite to the porous alumina substrate was carried out by the following procedure. A hydrazine aqueous solution was used as a reducing agent. The aqueous hydrazine solution was prepared by diluting 2 mL of hydrazine monohydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) with deionized water to a total volume of 200 mL. The alumina substrate obtained in the step (1) was immersed in an aqueous hydrazine solution at room temperature for 1 minute to reduce palladium to form palladium seed nuclei. After the reduction treatment, the hydrochloric acid solution poured into the inner cylinder side of the alumina substrate was removed, and the substrate was sufficiently washed with deionized water.

〔工程(3)〕
パラジウム種核形成後、パラジウム充填率の向上を目的として、以下のようにして、アルミナ多孔質基板へ無電解めっき処理を実施した。めっき液は市販のパラジウムめっき液であるパラトップ(商品名、還元剤:ギ酸ナトリウム、奥野製薬工業株式会社)を規定の濃度に希釈して使用した。すなわち、20mLのパラトップA液および20mLのパラトップB液に脱イオン水を加え、全量を200mLとして使用した。めっき温度は50℃、めっき時間は30分として反応を行った。
[Step (3)]
After the formation of the palladium seed nuclei, an electroless plating treatment was performed on the alumina porous substrate as follows for the purpose of improving the palladium filling rate. The plating solution used was a commercially available palladium plating solution, Paratop (trade name, reducing agent: sodium formate, Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.) diluted to a prescribed concentration. That is, deionized water was added to 20 mL of Paratop A solution and 20 mL of Paratop B solution, and the total amount was used as 200 mL. The reaction was performed at a plating temperature of 50 ° C. and a plating time of 30 minutes.

〔工程(4)〕
無電解めっき後、複合体を50℃の脱イオン水に浸漬させ、めっき液の洗浄を行ったのち、1250℃の空気条件で24時間焼成し、パラジウムの焼結処理を行った。得られた複合体をヒドラジン水溶液に一晩浸漬して還元処理を行った。ヒドラジン水溶液は1mLのヒドラジン一水和物(和光純薬工業社製)を脱イオン水で希釈し、全量を200mLとすることにより調製した。還元処理を行った後に、50℃、1時間30分の条件で二次めっき処理を行った。なお、一次めっき及び二次めっきは奥野製薬工業株式会社製のパラトップを規定の条件で調製しためっき液を使用した。
[Step (4)]
After the electroless plating, the composite was immersed in deionized water at 50 ° C., washed with the plating solution, and then fired for 24 hours under air conditions at 1250 ° C. to perform palladium sintering. The obtained composite was immersed in a hydrazine aqueous solution overnight to perform a reduction treatment. The aqueous hydrazine solution was prepared by diluting 1 mL of hydrazine monohydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) with deionized water to a total volume of 200 mL. After performing the reduction treatment, the secondary plating treatment was performed at 50 ° C. for 1 hour and 30 minutes. The primary plating and the secondary plating used a plating solution prepared by a paratop manufactured by Okuno Pharmaceutical Co., Ltd. under specified conditions.

(結果)
実施例1で作製した複合体(複合膜)の構造をレーザー顕微鏡(VK−8500:商品名、株式会社キーエンス製)にて観察した。レーザー顕微鏡観察の観察結果を図2(a)および(b)に示す。無電解めっきにより形成されたパラジウム複合層がアルミナ基板内に選択的に形成されていることが確認された。これは、無電解めっきの反応場となるパラジウム核が、あらかじめアルミナ基板内に選択的に配されていることによるものと考えられる。
(result)
The structure of the composite (composite film) produced in Example 1 was observed with a laser microscope (VK-8500: trade name, manufactured by Keyence Corporation). The observation results of the laser microscope observation are shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). It was confirmed that the palladium composite layer formed by electroless plating was selectively formed in the alumina substrate. This is considered to be due to the fact that palladium nuclei serving as a reaction field for electroless plating are selectively arranged in advance in an alumina substrate.

また、図3(a)に実施例1で作製した複合体のSEM(S−5000:日立高分解能電界放出形走査顕微鏡、株式会社日立ハイテクノロジーズ製)による観察画像、図3(b)および図3(c)にエネルギー分散型X線分析装置(EDX、製品名:Genesis−XM2、エダックス・ジャパン株式会社)により分析した画像を示す。図3に示した結果から、本発明により、アルミナ基板内に金属を選択的に充填可能であることが確認された。無電解めっきにより形成されたパラジウム複合層の厚さは9μmであり、アルミナ基板表面から充填層までの距離は15.4μmであった。   Further, FIG. 3A shows an observation image of the composite produced in Example 1 by SEM (S-5000: Hitachi high-resolution field emission scanning microscope, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), FIG. 3B and FIG. 3 (c) shows an image analyzed by an energy dispersive X-ray analyzer (EDX, product name: Genesis-XM2, Edax Japan Co., Ltd.). From the result shown in FIG. 3, it was confirmed that the metal can be selectively filled in the alumina substrate according to the present invention. The thickness of the palladium composite layer formed by electroless plating was 9 μm, and the distance from the alumina substrate surface to the filling layer was 15.4 μm.

本発明は、実施例1の工程(1)における塩酸の濃度を変えることにより、アルミナ基板表面からのパラジウム複合層の位置を制御することが可能である。実施例2〜4に詳細を記載する。   In the present invention, the position of the palladium composite layer from the surface of the alumina substrate can be controlled by changing the concentration of hydrochloric acid in step (1) of Example 1. Details are described in Examples 2-4.

[実施例2]
工程(1)における塩酸溶液を0.3mol/Lとし、工程(2)におけるヒドラジン水溶液(200mL)中のヒドラジン一水和物の量を70μLとする以外は、実施例1の工程(1)〜(3)と同様にして、複合体(複合膜)を作製した。なお、本実施例においては、実施例1の工程(4)は実施しなかった。
[実施例3]
工程(1)における塩酸溶液を0.6mol/Lとする以外は、実施例2と同様にして、複合体(複合膜)を作製した。
[実施例4]
工程(1)における塩酸溶液を1.2mol/Lとする以外は、実施例2と同様にして、複合体(複合膜)を作製した。
[Example 2]
Step (1) to Step 1 of Example 1 except that the hydrochloric acid solution in Step (1) is 0.3 mol / L and the amount of hydrazine monohydrate in the aqueous hydrazine solution (200 mL) in Step (2) is 70 μL. A composite (composite film) was prepared in the same manner as (3). In this example, step (4) of Example 1 was not performed.
[Example 3]
A composite (composite membrane) was produced in the same manner as in Example 2 except that the hydrochloric acid solution in step (1) was changed to 0.6 mol / L.
[Example 4]
A composite (composite membrane) was produced in the same manner as in Example 2 except that the hydrochloric acid solution in step (1) was changed to 1.2 mol / L.

(結果)
実施例2〜4で作製した複合体(複合膜)の断面の構造を、レーザー顕微鏡にて観察した。レーザー顕微鏡の観察結果を図4に示す。塩酸溶液が0.3mol/Lの複合体(実施例2、図4(a))はアルミナ基板表面からパラジウム複合膜までの距離が73μmであった。塩酸溶液が0.6mol/Lの複合体(実施例3、図4(b))は、アルミナ基板表面からパラジウム複合膜までの距離が63μmであった。塩酸溶液が1.2mol/Lの複合体(実施例4、図4(c))は、アルミナ基板表面からパラジウム複合膜までの距離が50μmであった。図4に示した結果から、塩酸の濃度を変えることにより、複合層を任意の位置に制御することが可能であることが確認された。
(result)
The cross-sectional structure of the composite (composite film) produced in Examples 2 to 4 was observed with a laser microscope. The observation result of the laser microscope is shown in FIG. In the composite (Example 2, FIG. 4 (a)) having a hydrochloric acid solution of 0.3 mol / L, the distance from the alumina substrate surface to the palladium composite film was 73 μm. In the composite (Example 3, FIG. 4 (b)) in which the hydrochloric acid solution was 0.6 mol / L, the distance from the alumina substrate surface to the palladium composite film was 63 μm. In the composite (Example 4, FIG. 4 (c)) in which the hydrochloric acid solution was 1.2 mol / L, the distance from the alumina substrate surface to the palladium composite film was 50 μm. From the results shown in FIG. 4, it was confirmed that the composite layer can be controlled to an arbitrary position by changing the concentration of hydrochloric acid.

本発明において、実施例1の工程(2)におけるドラジンの濃度を変えることにより、アルミナ基板表面からのパラジウム複合層の位置を制御することが可能である。実施例5及び6に詳細を記載する。   In the present invention, it is possible to control the position of the palladium composite layer from the surface of the alumina substrate by changing the concentration of drazine in step (2) of Example 1. Details are described in Examples 5 and 6.

[実施例5]
工程(2)におけるヒドラジン水溶液(200mL)中のヒドラジン一水和物を0.2mLとする以外は、実施例1の工程(1)〜(3)と同様にして、複合体を作製した。なお、本実施例において工程(4)は実施しなかった。
[実施例6]
工程(2)におけるヒドラジン水溶液中のヒドラジン一水和物を1mLとする以外は、実施例5と同様にして、複合体を作製した。
[Example 5]
A composite was produced in the same manner as in steps (1) to (3) of Example 1 except that the amount of hydrazine monohydrate in the aqueous hydrazine solution (200 mL) in step (2) was 0.2 mL. In this example, step (4) was not performed.
[Example 6]
A composite was prepared in the same manner as in Example 5 except that 1 mL of hydrazine monohydrate in the hydrazine aqueous solution in step (2) was used.

(結果)
実施例1、5及び6で作製した複合体の断面のレーザー顕微鏡の観察結果を、図5に示す。ヒドラジン水溶液200ml中のヒドラジン一水和物が0.2mlの複合体(実施例5、図5(a))はアルミナ基板表面からパラジウム複合膜までの距離が60μmであった。含水ヒドラジンが1mlの複合体(実施例6、図5(b))は、アルミナ基板表面からパラジウム複合膜までの距離が30μmであった。含水ヒドラジンが2mlの複合体(実施例1、図5(c))は、アルミナ基板表面からパラジウム複合膜までの距離が15μmであった。図5に示した結果から、ヒドラジンの濃度を変えることにより、複合層を任意の位置に制御することが可能であることが確認された。これは、理由は定かではないが、ヒドラジンの濃度を変えることにより中和点がアルミナ基板表面に近づき、中和点において良好なパラジウムコロイドが生成するためであると考えられる。
(result)
The observation result of the cross section of the composite produced in Examples 1, 5 and 6 with a laser microscope is shown in FIG. The composite (Example 5, FIG. 5 (a)) in which the hydrazine monohydrate in 200 ml of the hydrazine aqueous solution was 0.2 ml had a distance from the alumina substrate surface to the palladium composite film of 60 μm. In the composite containing 1 ml of hydrated hydrazine (Example 6, FIG. 5B), the distance from the alumina substrate surface to the palladium composite film was 30 μm. The composite containing 2 ml of hydrous hydrazine (Example 1, FIG. 5C) had a distance of 15 μm from the alumina substrate surface to the palladium composite membrane. From the results shown in FIG. 5, it was confirmed that the composite layer can be controlled to an arbitrary position by changing the concentration of hydrazine. Although the reason is not clear, it is considered that by changing the concentration of hydrazine, the neutralization point approaches the surface of the alumina substrate, and good palladium colloid is generated at the neutralization point.

本発明に用いることが可能な金属は、パラジウムに限定するものではなく、他金属に対しても有効である。実施例7〜9に各複合体の製造方法を説明する。   The metal that can be used in the present invention is not limited to palladium, but is effective for other metals. The manufacturing method of each composite_body | complex is demonstrated to Examples 7-9.

[実施例7]
実施例1と同様にして工程(1)及び(2)を実施した。パラジウム種核形成後、以下のようにしてアルミナ基板へ銅の無電解めっき処理を実施した。めっき液は市販の銅めっき液であるOPC−750電解銅M−A、BおよびC(商品名、還元剤:ホルムアルデヒド、奥野製薬工業株式会社)を規定の濃度に希釈して使用した。すなわち、20mLのOPC−750無電解銅M−A液および20mLのOPC−750無電解銅M−B液および0.4mLのOPC−750無電解銅M−C液に脱イオン水を加え、全量を200mLとして使用した。めっき温度は室温、めっき時間は30分として反応を行った。
[実施例8]
実施例1と同様にして工程(1)及び(2)を実施した。パラジウム種核形成後、アルミナ基板へパラジウム無電解めっき処理を実施した。めっき液は市販のパラジウムめっき液であるパラトップを規定の濃度に希釈して使用した。めっき温度は50℃、めっき時間は10分として反応を行った。パラジウムめっき後のアルミナ基板をヒドラジン溶液に30秒間浸漬した。ヒドラジン水溶液は1mLのヒドラジン一水和物を、水で希釈し200mLに調製した。アルミナ基板をヒドラジン水溶液に浸漬後、脱イオン水でアルミナ基板を洗浄し、銀の無電解めっき処理を実施した。めっき液は硝酸銀0.972g、ジクロロテトラアンミンパラジウム0.108g、2Na・EDTA 6.72g、アンモニア水溶液(28%)130mL、ヒドラジン一水和物70μLを200mlのメスフラスコに入れ、水を加えて全量を200mLとした。めっき温度は50℃、めっき時間は10分として反応を行った。
[実施例9]
実施例1と同様にして工程(1)及び(2)を実施した。パラジウム種核形成後、アルミナ基板への白金無電解めっき処理を実施した。めっき液は、ジクロロテトラアンミン白金一水和物0.088g、アンモニア水溶液(28%)0.8mL、エチレンジアミン0.03mL、ヒドラジン0.2mLを200mlのメスフラスコに入れ、水を加えて全量を200mLとした。めっき温度は75℃、めっき時間は30分として反応を行った。
[Example 7]
Steps (1) and (2) were carried out in the same manner as in Example 1. After the formation of palladium seed nuclei, electroless plating of copper was performed on the alumina substrate as follows. As the plating solution, OPC-750 electrolytic copper M-A, B and C (trade name, reducing agent: formaldehyde, Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.), which are commercially available copper plating solutions, were diluted to a prescribed concentration and used. That is, deionized water was added to 20 mL of OPC-750 electroless copper MA solution, 20 mL of OPC-750 electroless copper MB solution, and 0.4 mL of OPC-750 electroless copper MC solution, and the total amount Was used as 200 mL. The reaction was carried out at a plating temperature of room temperature and a plating time of 30 minutes.
[Example 8]
Steps (1) and (2) were carried out in the same manner as in Example 1. After the formation of palladium seed nuclei, an electroless plating treatment of palladium was performed on the alumina substrate. As the plating solution, Paratop which is a commercially available palladium plating solution was diluted to a prescribed concentration and used. The reaction was performed at a plating temperature of 50 ° C. and a plating time of 10 minutes. The alumina substrate after palladium plating was immersed in a hydrazine solution for 30 seconds. The aqueous hydrazine solution was prepared by diluting 1 mL of hydrazine monohydrate with water to 200 mL. After immersing the alumina substrate in an aqueous hydrazine solution, the alumina substrate was washed with deionized water and subjected to silver electroless plating. The plating solution is 0.972 g of silver nitrate, 0.108 g of dichlorotetraamminepalladium, 6.72 g of 2Na · EDTA, 130 mL of aqueous ammonia (28%), and 70 μL of hydrazine monohydrate in a 200 mL volumetric flask. 200 mL. The reaction was performed at a plating temperature of 50 ° C. and a plating time of 10 minutes.
[Example 9]
Steps (1) and (2) were carried out in the same manner as in Example 1. After the formation of palladium seed nuclei, platinum electroless plating was performed on the alumina substrate. The plating solution was 0.088 g of dichlorotetraammine platinum monohydrate, 0.8 mL of aqueous ammonia (28%), 0.03 mL of ethylenediamine, and 0.2 mL of hydrazine in a 200 mL volumetric flask, and water was added to make a total volume of 200 mL. did. The reaction was performed at a plating temperature of 75 ° C. and a plating time of 30 minutes.

(結果)
実施例7〜9で作製した複合体(複合膜)の断面の構造を、レーザー顕微鏡及びEDXにて観察、分析した。結果を図6〜8に示した。
実施例7で作製した複合体のレーザー顕微鏡での観察結果を図6(a)に、EDXの分析結果を図6(b)及び図6(c)に示す。図6に示した結果から、本発明の製造方法により、アルミナ基板内に銅複合体を形成することが可能であることが確認された。
実施例8で作製した複合体(複合膜)のレーザー顕微鏡での観察結果を図7(a)に、EDXの分析結果を図7(b)及び図7(c)に示す。図7に示した結果から、本発明の製造方法により、アルミナ基板内に銀複合体を形成することが可能であることが確認された。
実施例9で作製した複合体(複合膜)のレーザー顕微鏡での観察結果を図8(a)に、EDXの分析結果を図8(b)及び図8(c)に示す。図8に示した結果から、本発明の製造方法により、アルミナ基板内に白金複合体を形成することが可能であることが確認された。
(result)
The cross-sectional structure of the composites (composite films) prepared in Examples 7 to 9 was observed and analyzed with a laser microscope and EDX. The results are shown in FIGS.
The observation result of the composite produced in Example 7 with a laser microscope is shown in FIG. 6 (a), and the analysis result of EDX is shown in FIG. 6 (b) and FIG. 6 (c). From the results shown in FIG. 6, it was confirmed that the copper composite can be formed in the alumina substrate by the production method of the present invention.
The observation result of the composite (composite film) produced in Example 8 with a laser microscope is shown in FIG. 7A, and the analysis result of EDX is shown in FIG. 7B and FIG. 7C. From the results shown in FIG. 7, it was confirmed that a silver composite can be formed in an alumina substrate by the production method of the present invention.
The observation result of the composite (composite film) produced in Example 9 with a laser microscope is shown in FIG. 8A, and the analysis result of EDX is shown in FIG. 8B and FIG. 8C. From the results shown in FIG. 8, it was confirmed that a platinum composite can be formed in an alumina substrate by the production method of the present invention.

本発明に用いることが可能な多孔質基材は、アルミナ基板に限定されるものではなく、他の多孔質基材に対しても有効である。以下のようにして、他多孔質基材に対してパラジウム複合体を製造した。実施例10に詳細を記載する。   The porous substrate that can be used in the present invention is not limited to the alumina substrate, but is effective for other porous substrates. A palladium composite was produced for other porous substrates as follows. Details are described in Example 10.

[実施例10]
実施例1で用いたアルミナ基板をムライト基板に変える以外は、実施例1と同様にして工程(1)〜(3)を実施して、複合体(複合膜)を作製した。「ムライト基板」とは直径12mm、内径9mm、細孔径1.2μmのムライト(酸化アルミニウムと二酸化ケイ素の混合物)製のチューブ状多孔質基材(株式会社ニッカトー製)である。
なお、本実施例において、工程(4)は実施しなかった
[Example 10]
Except for changing the alumina substrate used in Example 1 to a mullite substrate, steps (1) to (3) were performed in the same manner as in Example 1 to produce a composite (composite film). The “mullite substrate” is a tubular porous substrate (made by Nikkato Corporation) made of mullite (mixture of aluminum oxide and silicon dioxide) having a diameter of 12 mm, an inner diameter of 9 mm, and a pore diameter of 1.2 μm.
In this example, step (4) was not performed.

(結果)
実施例10で作製した複合体(複合膜)の構造をレーザー顕微鏡で観察した。観察結果を図9(a)に示す。また、EDXの分析結果を図9(b)及び図9(c)に示す。ムライト基板表面からパラジウム複合膜までの距離は、14μm程度であった。図9に示した結果から、本発明の製造方法によれば、ムライト基板に対しても、基板内に複合膜を選択的に形成することが可能であることが確認された。
(result)
The structure of the composite (composite film) produced in Example 10 was observed with a laser microscope. The observation results are shown in FIG. Moreover, the analysis result of EDX is shown in FIG.9 (b) and FIG.9 (c). The distance from the surface of the mullite substrate to the palladium composite film was about 14 μm. From the results shown in FIG. 9, it was confirmed that the composite film can be selectively formed in the mullite substrate according to the manufacturing method of the present invention.

本発明に用いることが可能な酸性溶液は塩酸に限定されず、他の酸性溶液でも有効である。実施例11及び12に詳細を記載する。   The acidic solution that can be used in the present invention is not limited to hydrochloric acid, and other acidic solutions are also effective. Details are described in Examples 11 and 12.

[実施例11]
実施例1で用いた塩酸1及び2を、硝酸(和光純薬工業株式会社製)1.2mol/Lに変更する以外は、実施例1と同様にして工程(1)〜(3)を実施し、複合体(複合膜)を作製した。なお、本実施例において、工程(4)は実施しなかった。
[実施例12]
硝酸(和光純薬工業株式会社製)1.2mol/Lを、硫酸(和光純薬株式会社)0.6mol/Lに変更する以外は、実施例11と同様にして、複合体(複合膜)を作製した。
[Example 11]
The steps (1) to (3) were carried out in the same manner as in Example 1 except that hydrochloric acid 1 and 2 used in Example 1 were changed to nitric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 1.2 mol / L. Thus, a composite (composite film) was produced. In this example, step (4) was not performed.
[Example 12]
A composite (composite membrane) was carried out in the same manner as in Example 11 except that nitric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 1.2 mol / L was changed to 0.6 mol / L of sulfuric acid (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Was made.

(結果)
実施例11及び12で作製した複合体(複合膜)の断面のレーザー顕微鏡での観察の結果を図10に示す。硝酸を用いた場合(実施例11、図10(a))でもパラジウム複合体の形成が可能であることが確認された。アルミナ基板表面からパラジウム複合膜までの距離は38μmであった。また、硫酸を用いた場合(実施例12、図10(b))でもパラジウム複合体の形成が可能であることが確認された。アルミナ基板表面からパラジウム複合体までの距離は11μmであった。実施例11及び12の結果から、本発明の製造方法に用いる酸性溶液は塩酸に限定されず、他の酸性溶液でも基板内に複合膜を形成することが可能であることが確認された。
(result)
The result of observation with a laser microscope of the cross section of the composite (composite film) produced in Examples 11 and 12 is shown in FIG. Even when nitric acid was used (Example 11, FIG. 10 (a)), it was confirmed that a palladium complex could be formed. The distance from the alumina substrate surface to the palladium composite film was 38 μm. Further, it was confirmed that a palladium complex can be formed even when sulfuric acid is used (Example 12, FIG. 10B). The distance from the alumina substrate surface to the palladium composite was 11 μm. From the results of Examples 11 and 12, it was confirmed that the acidic solution used in the production method of the present invention is not limited to hydrochloric acid, and other acidic solutions can form a composite film in the substrate.

本発明に用いる還元剤はヒドラジンに限定されず、他の還元剤でも有効である。実施例13、14に詳細を記載する。   The reducing agent used in the present invention is not limited to hydrazine, and other reducing agents are also effective. Details are described in Examples 13 and 14.

[実施例13]
実施例1で用いた還元剤を、ヒドラジン水溶液に換えてホルムアルデヒド(0.2mol/L)とする以外は、実施例1と同様にして工程(1)〜(3)を実施し、複合体(複合膜)を作製した。なお、本実施例において、工程(4)は実施しなかった。
[実施例14]
ホルムアルデヒド(0.2mol/L)を、トリメチルアミンボラン(0.02mol/L)とする以外は、実施例13と同様にして複合体(複合膜)を作製した。
[Example 13]
The steps (1) to (3) were carried out in the same manner as in Example 1 except that the reducing agent used in Example 1 was replaced with hydrazine aqueous solution to formaldehyde (0.2 mol / L). Composite membrane). In this example, step (4) was not performed.
[Example 14]
A composite (composite film) was prepared in the same manner as in Example 13 except that formaldehyde (0.2 mol / L) was changed to trimethylamine borane (0.02 mol / L).

(結果)
実施例13及び14で作製した複合体(複合膜)の断面のレーザー顕微鏡での観察の結果を図11に示す。ホルムアルデヒドを用いた場合(実施例13、図11(a))でもパラジウム複合体の形成が可能であることが確認された。アルミナ基板表面からの距離は43μmであった。また、トリメチルアミンボランを用いた場合(実施例14、図11(b))でもパラジウム複合体の形成が可能であることが確認された。アルミナ基板表面からの距離は30μmであった。実施例13、14の結果から、本発明の製造方法に用いる還元剤はヒドラジンに限定されず、他の還元剤でも基板内に複合膜を形成することが可能であることが確認された。
(result)
The results of observation with a laser microscope of the cross section of the composite (composite film) produced in Examples 13 and 14 are shown in FIG. Even when formaldehyde was used (Example 13, FIG. 11 (a)), it was confirmed that a palladium complex could be formed. The distance from the surface of the alumina substrate was 43 μm. It was also confirmed that the formation of a palladium complex was possible even when trimethylamine borane was used (Example 14, FIG. 11B). The distance from the alumina substrate surface was 30 μm. From the results of Examples 13 and 14, it was confirmed that the reducing agent used in the production method of the present invention is not limited to hydrazine, and other reducing agents can form a composite film in the substrate.

[実施例15]
0.10gの塩化パラジウム(和光純薬工業株式会社)を12.5μLの塩酸に溶解させ、脱イオン水を20mL加えて攪拌し、塩化パラジウムを溶解させた。続いて、1.2mol/Lの塩酸溶液を調製した。調製した塩化パラジウム溶液5mLと塩酸溶液15mLを混合し、全体を20mLとした。この混合溶液をアルミナ基板内部に注入した。混合溶液を充填したアルミナ基板を水で洗浄した。その後実施例1の工程(2)、(3)と同様の操作を実施し、複合体(複合膜)を作製した。なお、本実施例において工程(2)を実施する際には、実施例1と同様に塩酸溶液2をアルミナ基板内側に充填させた。また、本実施例において、工程(4)は実施しなかった。
(結果)
本実施例においても、アルミナ基板内に金属充填層を持つ複合体を作製することができた。
[Example 15]
0.10 g of palladium chloride (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 12.5 μL of hydrochloric acid, and 20 mL of deionized water was added and stirred to dissolve palladium chloride. Subsequently, a 1.2 mol / L hydrochloric acid solution was prepared. The prepared palladium chloride solution (5 mL) and hydrochloric acid solution (15 mL) were mixed to make a total of 20 mL. This mixed solution was injected into the alumina substrate. The alumina substrate filled with the mixed solution was washed with water. Thereafter, the same operations as in steps (2) and (3) of Example 1 were performed to produce a composite (composite film). In addition, when implementing a process (2) in a present Example, the hydrochloric acid solution 2 was filled inside the alumina substrate similarly to Example 1. FIG. In this example, step (4) was not performed.
(result)
Also in this example, a composite having a metal-filled layer in an alumina substrate could be produced.

[比較例1]
実施例1の工程(1)と同様の方法により塩化スズ溶液、及び塩化パラジウム溶液を調製した。本比較例1においては、実施例1とは異なり、アルミナ基板の内側に塩酸溶液を充填せず、以下の処理を実施した:アルミナ基板の両端に栓をし、アルミナ基板の筒外側を塩化スズ溶液、脱イオン水、塩化パラジウム、脱イオン水の順に各1分の浸漬を3回繰り返し、(1セット4分間×3回)計12分の処理を行った。次に、塩酸15mlと硝酸5mlを混合したものに水を加えて、全量を100mLとした混合溶液(王水)を調製した。上記した12分間の処理を実施したアルミナ基板をこの混合溶液に1分間浸漬した。その後、実施例1の工程(2)、(3)と同様の操作によって、還元処理(パラジウム種核の形成)及び無電解めっき処理を行った。ただし、実施例1とは異なり、本比較例1においては、工程(2)及び(3)においてもアルミナ基板の内側に塩酸溶液を充填することなく処理を実施した。
[Comparative Example 1]
A tin chloride solution and a palladium chloride solution were prepared by the same method as in step (1) of Example 1. In this Comparative Example 1, unlike Example 1, the following treatment was carried out without filling the inside of the alumina substrate with the hydrochloric acid solution: both ends of the alumina substrate were plugged, and the outside of the cylinder of the alumina substrate was tin chloride. The solution, deionized water, palladium chloride, and deionized water were each immersed for 1 minute three times in this order (1 set 4 minutes x 3 times) for a total of 12 minutes. Next, water was added to a mixture of 15 ml of hydrochloric acid and 5 ml of nitric acid to prepare a mixed solution (aqua regia) with a total amount of 100 ml. The alumina substrate subjected to the treatment for 12 minutes described above was immersed in this mixed solution for 1 minute. Thereafter, reduction treatment (formation of palladium seed nuclei) and electroless plating treatment were performed by the same operations as in steps (2) and (3) of Example 1. However, unlike Example 1, in Comparative Example 1, the process was performed without filling the inside of the alumina substrate with the hydrochloric acid solution in Steps (2) and (3).

(結果)
比較例1で作製した複合体の断面の構造をレーザー顕微鏡にて観察した結果を、図12に示す。アルミナ基板の極表面側に膜の形成が確認できるが、その膜の形成位置、及び膜の厚みは不均一である。
(result)
FIG. 12 shows the result of observation of the cross-sectional structure of the composite produced in Comparative Example 1 with a laser microscope. Although the formation of a film can be confirmed on the extreme surface side of the alumina substrate, the formation position of the film and the thickness of the film are not uniform.

[試験例1]
実施例1で作製したパラジウム複合化アルミナ膜(複合膜)を用いて気体透過試験を行った。600℃から200℃の温度条件下で水素/窒素(H2/N2=75/25(vol/vol))混合ガス試験を下記条件にて実施した。気体透過試験装置の模式図を図13に示す。
図13に示すように、H2/N2混合ガスを、管状炉中で複合体に接触させた。このとき、混合ガスを管状炉内に送気するときの入口ガス圧力は、100kPa、150kPa、または200kPaとした(非透過側(複合膜の筒の外部)と透過側(複合膜の筒の内部)の差圧(ΔP)が100kPa、150kPa、または200kPa)。そして、前記複合体を透過したガス(透過ガス)をサンプリングして、一部は流量計に送気して透過ガスの流量を測定し、一部はガスクロマトグラフィーに送気して下記条件にてガスクロマトグラフィー(GC)測定を行った。なお、H2/N2混合ガスを管状炉中に送気するときの流量は、1000mL/分とした。
600℃から400℃におけるガス透過試験結果を表1〜3に示す。
[Test Example 1]
A gas permeation test was conducted using the palladium-composited alumina membrane (composite membrane) produced in Example 1. A hydrogen / nitrogen (H2 / N2 = 75/25 (vol / vol)) mixed gas test was performed under the following conditions under a temperature condition of 600 to 200 ° C. A schematic diagram of the gas permeation test apparatus is shown in FIG.
As shown in FIG. 13, a H2 / N2 mixed gas was brought into contact with the composite in a tubular furnace. At this time, the inlet gas pressure when feeding the mixed gas into the tubular furnace was set to 100 kPa, 150 kPa, or 200 kPa (non-permeation side (outside of the composite membrane cylinder) and permeation side (inside of the composite membrane cylinder) ) Differential pressure (ΔP) of 100 kPa, 150 kPa, or 200 kPa). Then, the gas permeated through the composite (permeate gas) is sampled, a part is sent to a flow meter to measure the flow rate of the permeate gas, and a part is sent to a gas chromatograph to satisfy the following conditions: Gas chromatography (GC) measurement was performed. The flow rate when the H2 / N2 mixed gas was fed into the tubular furnace was 1000 mL / min.
The gas permeation | transmission test result in 600 to 400 degreeC is shown to Tables 1-3.

(GC測定条件)
ガス分析:ガスクロマトグラフィー;GC(GLサイエンス株式会社)
カラム:Porapak−N 2m、molecular Sieve 13X 2m(GLサイエンス株式会社)
キャリアガス:Ar
テストガス:H2/N2=75:25
検出器:TCD(熱伝導度検出器)
測定温度:200〜600℃(管状炉の温度と同じ温度で測定した)
インジェクター温度:60℃
(GC measurement conditions)
Gas analysis: Gas chromatography; GC (GL Science Co., Ltd.)
Column: Porapak-N 2m, molecular Sieve 13X 2m (GL Science Co., Ltd.)
Carrier gas: Ar
Test gas: H2 / N2 = 75:25
Detector: TCD (thermal conductivity detector)
Measurement temperature: 200-600 ° C (measured at the same temperature as the temperature of the tube furnace)
Injector temperature: 60 ℃

なお、表1〜3の表中、ΔPは、複合膜の筒外(非透過側)圧力と複合膜の筒内(透過側)圧力の差圧を示す。なお、非透過側圧力>透過側圧力である。 In Tables 1 to 3, ΔP represents a differential pressure between the in-cylinder (non-permeation side) pressure of the composite membrane and the in-cylinder (permeation side) pressure of the composite membrane. The non-permeation side pressure> the permeation side pressure.

(結果)
600℃における気体透過試験の結果、(ΔP=150kPaのとき)水素の透過度は3.3×10−8−2−1Pa−1程度であり、水素選択性(α)は初期値300,000以上(窒素は検出限度以下)を示した。600℃から200℃に温度を下げたのち、再び600℃まで昇温させた際の水素の透過度は3.3×10−8−2−1Pa−1であり、300,000以上の水素選択性を保持していた。これはパラジウム層の剥離などによる急激な膜の破壊が起こらなかったためであると考えられる。
(result)
As a result of the gas permeation test at 600 ° C., the hydrogen permeability is about 3.3 × 10 −8 m 3 m −2 s −1 Pa −1 (when ΔP = 150 kPa), and the hydrogen selectivity (α) is The initial value was 300,000 or more (nitrogen was below the detection limit). After the temperature was lowered from 600 ° C. to 200 ° C., the hydrogen permeability when the temperature was raised again to 600 ° C. was 3.3 × 10 −8 m 3 m −2 s −1 Pa −1 , The hydrogen selectivity of 000 or more was maintained. This is presumably because the film was not suddenly broken due to peeling of the palladium layer.

以上の試験例の結果より、本発明の製造方法によれば、得られる複合体を水素分離膜として使用する場合、水素耐久性を向上させ、膜の性能寿命を増加させることが可能である。すなわち、本発明の製造方法によれば、優れた透過速度を有する水素分離膜を作製することが可能である。さらに、本発明の製造方法により得られた水素分離膜は、アルミナ基板内にパラジウム粒子が充填された構造をとっており、耐熱性の向上、膜表面の保護等、実用化面においても有用である。また、作製した複合体の構造から推定される空隙率は20〜30%程度であるため、パラジウムの使用量を低減させることもできる。   From the results of the above test examples, according to the production method of the present invention, when the resulting composite is used as a hydrogen separation membrane, it is possible to improve hydrogen durability and increase the performance life of the membrane. That is, according to the production method of the present invention, a hydrogen separation membrane having an excellent permeation rate can be produced. Further, the hydrogen separation membrane obtained by the production method of the present invention has a structure in which palladium particles are filled in an alumina substrate, which is useful in practical use such as improvement of heat resistance and protection of the membrane surface. is there. Moreover, since the porosity estimated from the structure of the produced composite is about 20 to 30%, the amount of palladium used can be reduced.

本発明によれば、煩雑な操作を必要とせず、多孔質基材内部の所望の位置に均一な金属薄膜を形成させることが可能な、多孔質基材及び金属薄膜の複合体の製造方法を提供することができる。また、本発明の製造方法によれば、前記金属薄膜の多孔質基材内部に形成させる位置を、制御することができる。また、本発明の製造方法によれば、形成する位置及び膜厚の均一な金属薄膜を得ることができる。さらに、前記複合体を水素分離に用いる場合、水素透過性及び耐久性に優れ、なおかつパラジウム等の金属の使用量を大幅に低減し、低コストで製造可能な複合体を提供することができる。そして、本発明の複合体は、水素選択性が非常に高く、本発明によれば、水素分離効率が非常に高い複合体を提供することができる。   According to the present invention, there is provided a method for producing a composite of a porous substrate and a metal thin film capable of forming a uniform metal thin film at a desired position inside the porous substrate without requiring a complicated operation. Can be provided. Moreover, according to the manufacturing method of this invention, the position formed in the porous base material of the said metal thin film can be controlled. Moreover, according to the manufacturing method of this invention, the metal thin film with a uniform position and film thickness can be obtained. Furthermore, when the composite is used for hydrogen separation, it is possible to provide a composite that is excellent in hydrogen permeability and durability, and that can be manufactured at a low cost by greatly reducing the amount of metal such as palladium. And the composite_body | complex of this invention has very high hydrogen selectivity, According to this invention, the composite_body | complex with very high hydrogen separation efficiency can be provided.

Claims (8)

多孔質基材の内部に薄膜化した金属充填層を有する複合体の製造方法であって、
(1)多孔質基材の細孔内に、金属イオン(A)を含有するpH4以下の溶液を充填する工程、
(2)前記工程(1)で得られた金属イオン(A)が充填された多孔質基材の一方の表面を、pH4以下の溶液(H)と接触させながら、該多孔質基材の反対側の表面から還元剤を含む溶液(C)を浸透させ、該多孔質基材の細孔内に金属種核を担持させる工程、及び
(3)前記工程(2)で得られた金属種核を担持した多孔質基材を、金属イオン(B)を含有するめっき液により無電解めっき処理する工程
(ここで、前記金属イオン(A)及び前記金属イオン(B)は同一であっても異なっていてもよい。)、
を含むことを特徴とする、前記複合体の製造方法。
A method for producing a composite having a metal-filled layer formed into a thin film inside a porous substrate,
(1) A step of filling a pore of the porous substrate with a solution having a pH of 4 or less containing the metal ion (A),
(2) While contacting one surface of the porous substrate filled with the metal ion (A) obtained in the step (1) with a solution (H) having a pH of 4 or less, the opposite of the porous substrate A step of infiltrating the solution (C) containing the reducing agent from the surface on the side, and supporting the metal seed nucleus in the pores of the porous substrate, and (3) the metal seed nucleus obtained in the step (2) A step of electroless plating a porous substrate carrying metal with a plating solution containing metal ions (B) (wherein the metal ions (A) and the metal ions (B) are the same or different) May be)
A method for producing the composite, comprising:
前記工程(2)において前記溶液(C)を浸透させる前に、前記溶液(C)を浸透させる側の、多孔質基材表面に付着した金属イオン(A)を除去する工程を含むことを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。   In the step (2), before the solution (C) is infiltrated, the method includes a step of removing the metal ions (A) adhering to the surface of the porous substrate on the side infiltrating the solution (C). The manufacturing method according to claim 1. 前記工程(1)において、金属イオン(A)を多孔体の細孔内に充填させる際に、センシタイジング−アクチベーティング法又はキャタライジング−アクセラレーティング法を用いることを特徴とする請求項1又は2に記載の製造方法。   The sensitizing / activating method or catalyzing / accelrating method is used when the metal ions (A) are filled in the pores of the porous body in the step (1). Or the manufacturing method of 2. 前記金属イオン(A)が、パラジウムイオン(II)であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。   The said metal ion (A) is palladium ion (II), The manufacturing method of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記金属イオン(B)の金属種が、銀、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、金、白金、イリジウム、オスミウム、銅、ニッケル、コバルト、鉄、バナジウムまたはチタンであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。   The metal species of the metal ion (B) is silver, palladium, rhodium, ruthenium, gold, platinum, iridium, osmium, copper, nickel, cobalt, iron, vanadium or titanium. The manufacturing method of any one of these. 前記金属イオン(B)が、パラジウムイオン(II)であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。   The said metal ion (B) is palladium ion (II), The manufacturing method of any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. 前記還元剤が、アスコルビン酸、アスコルビン酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、ジメチルアミンボラン、トリメチルアミンボラン、クエン酸、クエン酸ナトリウム、タンニン酸、ジボラン、ヒドラジン、ホルムアルデヒド、ギ酸、グルコースおよび塩化スズからなる群から選ばれる1以上である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の製造方法。   The reducing agent is ascorbic acid, sodium ascorbate, sodium borohydride, potassium borohydride, dimethylamine borane, trimethylamine borane, citric acid, sodium citrate, tannic acid, diborane, hydrazine, formaldehyde, formic acid, glucose and chloride. The manufacturing method of any one of Claims 1-6 which is 1 or more chosen from the group which consists of tin. 前記溶液(H)及び/又は前記溶液(C)の濃度を制御することにより、前記薄膜化した金属充填層の形成する位置を制御することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法。   The position where the thin metal filling layer is formed is controlled by controlling the concentration of the solution (H) and / or the solution (C). The production method according to item.
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