JP6217242B2 - Method for producing porous support-zeolite membrane composite - Google Patents

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Description

本発明は、多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法に関する。本発明の製造方法により得られる多孔質支持体−ゼオライト膜複合体は複数の成分からなる気体または液体の混合物から、透過性の高い物質を透過して分離し、透過性の低い物質を濃縮することができるものである。   The present invention relates to a method for producing a porous support-zeolite membrane composite. The porous support-zeolite membrane composite obtained by the production method of the present invention permeates and separates a highly permeable substance from a gas or liquid mixture composed of a plurality of components, and concentrates the low permeable substance. It is something that can be done.

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

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

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

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

多くのゼオライト膜では、混合物を構成する透過性の低い物質の濃度が高い場合に透過側への透過性の低い物質の透過が増加し、分離性能が低下するという現象が一般的に知られており、透過性の低い物質の濃度が高い場合でも高い分離性能を持つゼオライト膜の実現が望まれていた。
本発明の目的は、かかる従来技術の問題点が解決された、無機材料分離膜による分離、濃縮において、実用上十分な処理量と分離性能を両立する多孔質支持体−ゼオライト膜複合体、該ゼオライト膜複合体を用いた分離、濃縮方法を提供することにある。
It is generally known that in many zeolite membranes, when the concentration of the low-permeability substance constituting the mixture is high, the permeation of the low-permeability substance to the permeate side increases and the separation performance decreases. Therefore, it has been desired to realize a zeolite membrane having a high separation performance even when the concentration of a low-permeability substance is high.
The object of the present invention is to solve the problems of the prior art, and in the separation and concentration by an inorganic material separation membrane, a porous support-zeolite membrane composite that has both a practically sufficient throughput and separation performance, An object of the present invention is to provide a separation and concentration method using a zeolite membrane composite.

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、ゼオライト膜の表面を特定の化合物で処理することにより、ゼオライト膜の分離性能が飛躍的に向上することを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて成し遂げられたものである。
即ち、本発明の要旨は、次の(1)〜()に存する。
(1) 気体または液体の混合物の分離または濃縮に用いられる、多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜を有する多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法であって、 多孔質支持体上にゼオライト膜を形成した後、分子内にSi原子を2以上有する材料で該ゼオライト膜を処理することを特徴とする、多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法。
(2) 該処理が、浸漬処理、滴下処理または噴霧処理である、(1)に記載の多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法。
(3) 該処理後のゼオライト膜を30℃以上の温度で加熱する、(1)または(2)に記載の多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法。
(4) 分子内にSi原子を2以上有する材料が、アルコキシシラン、有機ケイ素化合物及びシリケートオリゴマーから選ばれる、(1)〜(3)のいずれかに記載の多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the separation performance of the zeolite membrane is dramatically improved by treating the surface of the zeolite membrane with a specific compound. The present invention has been accomplished based on these findings.
That is, the gist of the present invention resides in the following (1) to ( 4 ).
(1) A method for producing a porous support-zeolite membrane composite having a zeolite membrane formed on a porous support , which is used for separation or concentration of a gas or liquid mixture , on the porous support A method for producing a porous support-zeolite membrane composite comprising: forming a zeolite membrane on the substrate, and then treating the zeolite membrane with a material having 2 or more Si atoms in the molecule.
(2) The method for producing a porous support-zeolite membrane composite according to (1), wherein the treatment is immersion treatment, dropping treatment or spraying treatment.
(3) The method for producing a porous support-zeolite membrane composite according to (1) or (2), wherein the treated zeolite membrane is heated at a temperature of 30 ° C. or higher.
(4) The porous support-zeolite membrane composite according to any one of (1) to (3), wherein the material having two or more Si atoms in the molecule is selected from alkoxysilanes, organosilicon compounds, and silicate oligomers. Manufacturing method.

本発明によれば、複数の成分からなる気体または液体の混合物から特定の物質を分離、濃縮する際に、実用上も十分に大きい処理量を有し、かつ十分な分離性能を有するゼオライト膜をもつ多孔質支持体−ゼオライト膜複合体が提供される。このゼオライト膜複合体を、分離手段として用いることにより、十分な処理量と分離性能を両立する、複数の成分からなる気体または液体の混合物から透過性の高い物質の分離、混合物の濃縮が可能となる。   According to the present invention, when separating and concentrating a specific substance from a gas or liquid mixture composed of a plurality of components, a zeolite membrane having a sufficiently large processing amount for practical use and sufficient separation performance is obtained. A porous support-zeolite membrane composite is provided. By using this zeolite membrane composite as a separation means, it is possible to separate a highly permeable substance from a gas or liquid mixture consisting of a plurality of components and to concentrate the mixture, with both sufficient throughput and separation performance. Become.

気体分離に用いた測定装置の概略図Schematic diagram of measuring device used for gas separation ベーパーパーミエーション法に用いた測定装置の概略図Schematic diagram of the measuring device used for the vapor permeation method

以下、本発明の実施の形態について更に詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例であり、本発明はこれらの内容に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
本発明の多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法は、多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜を有する多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法であって、多孔質支持体上にゼオライト膜を形成した後、分子内にSi原子を2以上有する材料で該ゼオライト膜を処理することを特徴とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail. However, the description of the constituent elements described below is an example of embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these contents. Various modifications can be made within the scope of the gist.
The method for producing a porous support-zeolite membrane composite of the present invention is a method for producing a porous support-zeolite membrane composite having a zeolite membrane formed on a porous support, the porous support After forming a zeolite membrane on the top, the zeolite membrane is treated with a material having 2 or more Si atoms in the molecule.

以下に、先ず、本発明の特徴となる、無機多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜について説明する。
なお、本明細書において、無機多孔質支持体と、その上に形成されたゼオライト膜を「ゼオライト膜複合体」と言う場合があり、これを「膜複合体」と略称することがある。また、「無機多孔質支持体」を「多孔質支持体」または「支持体」と略称することがある。
First, the zeolite membrane formed on the inorganic porous support, which is a feature of the present invention, will be described.
In the present specification, the inorganic porous support and the zeolite membrane formed thereon may be referred to as “zeolite membrane composite”, which may be abbreviated as “membrane composite”. In addition, the “inorganic porous support” may be abbreviated as “porous support” or “support”.

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

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

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

多孔質支持体表面の平均細孔径は特に制限されないが、細孔径が制御されているものが好ましい。支持体表面の平均細孔径は、通常0.02μm以上、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.1μm以上であり、通常20μm以下、好ましくは10μm以下、より好ましくは5μm以下である。平均細孔径が小さすぎると透過量が小さくなる傾向があり、大きすぎると支持体自体の強度が不十分になり、支持体表面の細孔の割合が増えて緻密なゼオライト膜が形成されにくくなる傾向がある。   The average pore diameter on the surface of the porous support is not particularly limited, but those having a controlled pore diameter are preferred. The average pore diameter on the surface of the support is usually 0.02 μm or more, preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and usually 20 μm or less, preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less. If the average pore diameter is too small, the amount of permeation tends to be small, and if it is too large, the strength of the support itself is insufficient, and the proportion of pores on the surface of the support increases, making it difficult to form a dense zeolite membrane. Tend.

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

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

<ゼオライト膜複合体>
本発明において、上記多孔質支持体上にゼオライト膜を形成させて、ゼオライト膜複合体を得る。
ゼオライト膜を構成する成分としては、ゼオライト以外にシリカ、アルミナなどの無機
バインダー、ポリマーなどの有機化合物、あるいは下記詳述するようなゼオライト表面を修飾するSi原子を2以上有する材料またはその反応物などを必要に応じ含んでいてもよい。また、本発明におけるゼオライト膜は、一部アモルファス成分などを含んでいてもよい。
<Zeolite membrane composite>
In the present invention, a zeolite membrane is formed on the porous support to obtain a zeolite membrane composite.
In addition to zeolite, the components constituting the zeolite membrane include inorganic binders such as silica and alumina, organic compounds such as polymers, or materials having two or more Si atoms that modify the zeolite surface as detailed below, or their reaction products, etc. May be included as necessary. Further, the zeolite membrane in the present invention may partially contain an amorphous component.

ゼオライト膜の厚さは特に制限されないが、通常0.1μm以上、好ましくは0.6μm以上、より好ましくは1.0μm以上であり、通常100μm以下、好ましくは60μm以下、より好ましくは20μm以下の範囲である。膜厚が大きすぎると透過量が低下する傾向があり、小さすぎると選択性が低下したり、膜強度が低下したりする傾向がある。
ゼオライトの粒子径は特に限定されないが、小さすぎると粒界が大きくなるなどして透過選択性などを低下させる傾向がある。それゆえ、通常30nm以上、好ましくは50nm以上、より好ましくは100nm以上であり、上限は膜の厚さ以下である。さらに、ゼオライトの粒子径が膜の厚さと同じである場合が特に好ましい。ゼオライトの粒子径が膜の厚さと同じであるとき、ゼオライトの粒界が最も小さくなる。後に述べる水熱合成で得られたゼオライト膜は、ゼオライトの粒子径と膜の厚さが同じになる場合があるので特に好ましい。
The thickness of the zeolite membrane is not particularly limited, but is usually 0.1 μm or more, preferably 0.6 μm or more, more preferably 1.0 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 60 μm or less, more preferably 20 μm or less. It is. If the film thickness is too large, the amount of permeation tends to decrease, and if it is too small, the selectivity tends to decrease or the film strength tends to decrease.
The particle diameter of the zeolite is not particularly limited, but if it is too small, the grain boundary tends to increase, and the permeation selectivity tends to decrease. Therefore, it is usually 30 nm or more, preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, and the upper limit is the film thickness or less. Furthermore, it is particularly preferred that the zeolite particle size is the same as the membrane thickness. When the zeolite particle size is the same as the membrane thickness, the zeolite grain boundary is smallest. Zeolite membranes obtained by hydrothermal synthesis described later are particularly preferred because the zeolite particle size and membrane thickness may be the same.

ゼオライト膜複合体の形状は特に限定されず、管状、中空糸状、モノリス型、ハニカム型などあらゆる形状を採用できる。また大きさも特に限定されず、例えば、管状の場合は、通常長さ2cm以上200cm以下、内径0.05cm以上2cm以下、厚さ0.5mm以上4mm以下が実用的で好ましい。
ゼオライト膜の分離機能の一つは、分子ふるいとしての分離であり、用いるゼオライトの有効細孔径以上の大きさを有する気体分子とそれ以下の気体とを好適に分離することができる。なお分離に供される分子に上限はないが、分子の大きさは、通常100Å程度以下である。
The shape of the zeolite membrane composite is not particularly limited, and any shape such as a tubular shape, a hollow fiber shape, a monolith type, and a honeycomb type can be adopted. Also, the size is not particularly limited. For example, in the case of a tubular shape, a length of 2 cm to 200 cm, an inner diameter of 0.05 cm to 2 cm, and a thickness of 0.5 mm to 4 mm are practical and preferable.
One of the separation functions of the zeolite membrane is separation as a molecular sieve, and gas molecules having a size greater than or equal to the effective pore diameter of the zeolite to be used can be suitably separated. There is no upper limit to the molecules used for separation, but the size of the molecules is usually about 100 mm or less.

尚、ゼオライトとしては、アルミノ珪酸塩であるものが好ましい。
ゼオライト膜表面のSiO/Alモル比は、X線光電子分光法(XPS)のより得られる数値である。XPSは膜表面の情報を得る分析法であり、この分析法により、膜表面のSARを求めることができる。
ゼオライト 膜表面のSiO/Alモル比は、25以上であることが好ましく
、より好ましくは28以上、さらに好ましくは30以上、特に好ましくは32以上であり、また、好ましくは3000以下、より好ましくは2000以下、さらに好ましくは1000以下、特に好ましくは500以下である。ゼオライト 膜表面のSiO/Al
モル比が25以上であることにより膜表面の膜表面の細孔径が狭小化しており分離性能が向上すると考えられる。また、膜表面のSARが上限以下であることにより、吸着性の点で、透過度が小さくならないというメリットがある。
The zeolite is preferably an aluminosilicate.
The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio on the zeolite membrane surface is a numerical value obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). XPS is an analysis method for obtaining information on the film surface, and the SAR on the film surface can be obtained by this analysis method.
The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane surface is preferably 25 or more, more preferably 28 or more, further preferably 30 or more, particularly preferably 32 or more, and preferably 3000 or less, More preferably, it is 2000 or less, More preferably, it is 1000 or less, Most preferably, it is 500 or less. Zeolite membrane surface SiO 2 / Al 2 O
It is considered that when the 3 molar ratio is 25 or more, the pore diameter of the membrane surface is narrowed and the separation performance is improved. Further, since the SAR on the film surface is not more than the upper limit, there is an advantage that the permeability is not reduced in terms of adsorptivity.

ゼオライト膜自体のSiO/Alモル比は、好ましくは5以上、より好ましくは8以上、さらに好ましくは10以上、特に好ましくは12以上であり、好ましくは2000以下、より好ましくは1000以下、さらに好ましくは500以下、さらに好ましくは100以下、特に好ましくは50以下である。膜自体のSARが下限以上であることにより耐久性が向上する傾向があり、上限以下であることにより、吸着性の点で透過度が小さくならないというメリットがある。 The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane itself is preferably 5 or more, more preferably 8 or more, still more preferably 10 or more, particularly preferably 12 or more, preferably 2000 or less, more preferably 1000 or less. More preferably, it is 500 or less, more preferably 100 or less, particularly preferably 50 or less. When the SAR of the membrane itself is equal to or higher than the lower limit, durability tends to be improved. When the SAR is equal to or lower than the upper limit, there is an advantage that the permeability is not reduced in terms of adsorptivity.

ゼオライト膜自体のSiO/Alモル比は、走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分光法(SEM−EDX)により得られた数値である。SEM−EDXにおいて、X線の加速電圧を10kV程度として測定することにより、数ミクロンの膜のみの情報を得ることができる。ゼオライト膜は均一に形成されているので、この測定により、膜自体のSARを求めることができる。 The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane itself is a numerical value obtained by scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX). In SEM-EDX, information of only a film of several microns can be obtained by measuring the acceleration voltage of X-rays at about 10 kV. Since the zeolite membrane is uniformly formed, the SAR of the membrane itself can be obtained by this measurement.

また、本発明において、膜表面のSARは膜自体のSARより20以上大きい値であることが好ましいが、この値(膜表面のSARから膜自体のSARを差し引いた値)は、より好ましくは22以上、さらに好ましくは25以上、特に好ましくは30以上である。また、この値の上限は特に限定されないが、通常1000以下、好ましくは700以下、より好ましくは500以下、特に好ましくは400以下である。   In the present invention, the SAR on the film surface is preferably 20 or more larger than the SAR on the film itself, but this value (a value obtained by subtracting the SAR on the film itself from the SAR on the film surface) is more preferably 22 Above, more preferably 25 or more, particularly preferably 30 or more. The upper limit of this value is not particularly limited, but is usually 1000 or less, preferably 700 or less, more preferably 500 or less, and particularly preferably 400 or less.

上記値(膜表面のSARから膜自体のSARを差し引いた値)が20以上であることにより、膜表面の細孔径が狭小化しており分離性能が向上すると考えられる。
ゼオライト膜を構成する主たるゼオライトは、酸素8員環以下の細孔構造を有するゼオライトを含むものが好ましく、酸素6〜8員環の細孔構造を有するゼオライトを含むものがより好ましい。
When the above value (the value obtained by subtracting the SAR of the membrane itself from the SAR of the membrane surface) is 20 or more, it is considered that the pore diameter on the membrane surface is narrowed and the separation performance is improved.
The main zeolite constituting the zeolite membrane preferably contains a zeolite having a pore structure with an oxygen 8-membered ring or less, and more preferably contains a zeolite having a pore structure with an oxygen 6- to 8-membered ring.

ここでいう酸素n員環を有するゼオライトのnの値は、ゼオライト骨格を形成する酸素とT元素(骨格を構成する酸素以外の元素)で構成される細孔の中で最も酸素の数が大きいものを示す。例えば、MOR型ゼオライトのように酸素12員環と8員環の細孔が存在する場合は、酸素12員環のゼオライトとみなす。
酸素8員環以下の細孔構造を有するゼオライトとしては、例えば、AEI、AFG、ANA、BRE、CAS、CDO、CHA、DDR、DOH、EAB、EPI、ERI、ESV、FAR、FRA、GIS、GIU、GOO、ITE、KFI、LEV、LIO、LOS、LTA、LTN、MAR、MEP、MER、MEL、MON、MSO、MTF、MTN、NON、PAU、PHI、RHO、RTE、RTH、RUT、SGT、SOD、TOL、TSC、UFI、VNI、YUGなどが挙げられる。
Here, the value of n of the zeolite having an oxygen n-membered ring has the largest number of oxygen in the pores composed of oxygen forming the zeolite skeleton and T element (element other than oxygen constituting the skeleton). Show things. For example, when there are 12-membered and 8-membered pores of oxygen, such as MOR type zeolite, it is regarded as a 12-membered ring zeolite.
Examples of the zeolite having a pore structure having an oxygen 8-membered ring or less include, for example, AEI, AFG, ANA, BRE, CAS, CDO, CHA, DDR, DOH, EAB, EPI, ERI, ESV, FAR, FRA, GIS, GIU , GOO, ITE, KFI, LEV, LIO, LOS, LTA, LTN, MAR, MEP, MER, MEL, MON, MSO, MTF, MTN, NON, PAU, PHI, RHO, RTE, RTH, RUT, SGT, SOD , TOL, TSC, UFI, VNI, YUG and the like.

酸素6〜8員環構造を有するゼオライトとしては、例えば、AEI、AFG、ANA、CHA、EAB、ERI、ESV、FAR、FRA、GIS、ITE、KFI、LEV、LIO、LOS、LTA、LTN、MAR、PAU、RHO、RTH、SOD、TOL、UFIなどが挙げられる。
なお、本明細書において、ゼオライトの構造は、上記のとおり、International Zeolite Association(IZA)が定めるゼオライトの構造を規定するコードで示す。
Examples of the zeolite having an oxygen 6-8 membered ring structure include AEI, AFG, ANA, CHA, EAB, ERI, ESV, FAR, FRA, GIS, ITE, KFI, LEV, LIO, LOS, LTA, LTN, MAR. , PAU, RHO, RTH, SOD, TOL, UFI and the like.
In addition, in this specification, the structure of a zeolite is shown with the code | symbol which prescribes | regulates the structure of the zeolite which International Zeolite Association (IZA) defines as above-mentioned.

酸素n員環構造はゼオライトの細孔のサイズを決定するものであり、酸素6員環よりも小さいゼオライトではHO分子のKinetic直径よりも細孔径が小さく、透過する気体成分や液体成分の透過度が小さくなり実用的でない場合がある。また、酸素8員環構造よりも大きい場合は細孔径が大きくなり、サイズの小さな気体成分や液体成分では分離性能が低下することがあり、用途が限定的になる場合がある。 The oxygen n-membered ring structure determines the size of the pores of the zeolite. In the case of zeolite smaller than the oxygen 6-membered ring, the pore diameter is smaller than the kinetic diameter of the H 2 O molecule. In some cases, the transmittance is small and not practical. In addition, when it is larger than the oxygen 8-membered ring structure, the pore diameter becomes large, and a gas component or liquid component having a small size may deteriorate the separation performance, and the use may be limited.

ゼオライトのフレームワーク密度(T/1000Å)は特に制限されないが、通常17以下、好ましくは16以下、より好ましくは15.5以下、特に好ましくは15以下であり、通常10以上、好ましくは11以上、より好ましくは12以上である。
フレームワーク密度とは、ゼオライトの1000Åあたりの、骨格を構成する酸素以外の元素(T元素)の数を意味し、この値はゼオライトの構造により決まる。なおフレームワーク密度とゼオライトとの構造の関係はATLAS OF ZEOLITE FRAMEWORK TYPES Sixth Revised Edition 2007 ELSEVIERに示されている。
The framework density (T / 1000 3 ) of the zeolite is not particularly limited, but is usually 17 or less, preferably 16 or less, more preferably 15.5 or less, particularly preferably 15 or less, usually 10 or more, preferably 11 or more. More preferably, it is 12 or more.
The framework density means the number of elements (T element) other than oxygen constituting the framework per 1000 3 of the zeolite, and this value is determined by the structure of the zeolite. The relationship between the framework density and the structure of zeolite is shown in ATLAS OF ZEOLITE FRAMEWORK TYPES Sixth Revised Edition 2007 ELSEVIER.

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

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

CHA型ゼオライトのフレームワーク密度(T/1000Å)は14.5である。また、SiO/Alモル比は上記と同様である。
本発明において、ゼオライト膜複合体は、ゼオライト膜がCHA型ゼオライトを含む場合、X線回折のパターンにおいて、2θ=17.9°付近のピークの強度が2θ=20.8°付近のピークの強度の0.5倍以上の大きさであることが好ましい。
The framework density (T / 1000 3 ) of the CHA-type zeolite is 14.5. The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is the same as described above.
In the present invention, when the zeolite membrane contains CHA-type zeolite, the intensity of the peak around 2θ = 17.9 ° is the intensity of the peak around 2θ = 20.8 ° in the X-ray diffraction pattern. It is preferable that the size is 0.5 times or more.

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

また、ゼオライト膜複合体は、ゼオライト膜がCHA型ゼオライトを含む場合、X線回折のパターンにおいて、2θ=9.6°付近のピークの強度が2θ=20.8°付近のピークの強度の2倍以上の大きさであることが好ましい。
(2θ=9.6°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)で表されるピーク強度比(以下これを「ピーク強度比B」ということがある。)でいえば、通常2以上、好ましくは2.5以上、より好ましくは3以上、より好ましくは4以上、さらに好ましくは6以上、特に好ましくは8以上、もっとも好ましくは10以上である。上限は特に限定されないが、通常1000以下である。
When the zeolite membrane contains CHA-type zeolite, the intensity of the peak near 2θ = 9.6 ° is 2 of the peak intensity around 2θ = 20.8 ° in the X-ray diffraction pattern. The size is preferably twice or more.
Peak intensity ratio represented by (Intensity of peak near 2θ = 9.6 °) / (Intensity of peak near 2θ = 20.8 °) (hereinafter, this may be referred to as “peak intensity ratio B”) In other words, it is usually 2 or more, preferably 2.5 or more, more preferably 3 or more, more preferably 4 or more, still more preferably 6 or more, particularly preferably 8 or more, and most preferably 10 or more. Although an upper limit is not specifically limited, Usually, it is 1000 or less.

ここでいう、X線回折パターンとは、ゼオライトが主として付着している側の表面にCuKαを線源とするX線を照射して、走査軸をθ/2θとして得るものである。測定するサンプルの形状としては、膜複合体のゼオライトが主として付着している側の表面にX線が照射できるような形状なら何でもよく、膜複合体の特徴をよく表すものとして、作製した膜複合体そのままのもの、あるいは装置によって制約される適切な大きさに切断したものが好ましい。   Here, the X-ray diffraction pattern is obtained by irradiating the surface on which zeolite is mainly attached with X-rays using CuKα as a radiation source to obtain a scanning axis of θ / 2θ. The shape of the sample to be measured may be any shape that can irradiate the surface of the membrane composite to which the zeolite is mainly attached, with X-ray irradiation. The body itself or the one cut into an appropriate size restricted by the apparatus is preferable.

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

2θ=20.8°付近のピークとは、基材に由来しないピークのうち20.8°±0.6°の範囲に存在するピークで最大のものを指す。
2θ=9.6°付近のピークとは、基材に由来しないピークのうち9.6°±0.6°の範囲に存在するピークのうち最大のものを指す。
X線回折パターンで2θ=9.6°付近のピークは、COLLECTION OF SIMULATED XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIER(以下これを、「非
特許文献1」ということがある。)によればrhombohedral settingで空間群を
The peak in the vicinity of 2θ = 20.8 ° refers to the maximum peak in the range of 20.8 ° ± 0.6 ° among the peaks not derived from the base material.
The peak in the vicinity of 2θ = 9.6 ° refers to the maximum of the peaks present in the range of 9.6 ° ± 0.6 ° among the peaks not derived from the base material.
According to COLLECTION OF SIMULATED XRD POWTER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIER (hereinafter sometimes referred to as “Non-Patent Document 1”), the peak near 2θ = 9.6 ° in the X-ray diffraction pattern is rhombohedral. Set the space group

Figure 0006217242
Figure 0006217242

(No.166)とした時にCHA構造において指数が(1,0,0)の面に由来するピークである。
また、X線回折パターンで2θ=17.9°付近のピークは、非特許文献1によればrhombohedral settingで空間群を
(No. 166), it is a peak derived from the plane having an index of (1, 0, 0) in the CHA structure.
Further, in the X-ray diffraction pattern, the peak around 2θ = 17.9 ° is a space group in rhombohedral setting according to Non-Patent Document 1.

Figure 0006217242
Figure 0006217242

(No.166)とした時にCHA構造において指数が(1,1,1)の面に由来するピークである。
X線回折パターンで2θ=20.8°付近のピークは、非特許文献1によればrhombohedral settingで空間群を
(No. 166) is a peak derived from the (1,1,1) index in the CHA structure.
According to Non-Patent Document 1, the peak near 2θ = 20.8 ° in the X-ray diffraction pattern is a space group in the rhombohedral setting.

Figure 0006217242
Figure 0006217242

(No.166)とした時にCHA構造において指数が(2,0,−1)の面に由来するピークである。
CHA型アルミノ珪酸塩のゼオライト膜における(1,0,0)面由来のピークの強度の(2,0,−1)の面に由来のピーク強度の典型的な比(ピーク強度比B)は、Halil Kalipcilar et al., "Synthesis and Separation Performance of SSZ-13 Zeolite Membranes on Tubular Supports", Chem. Mater. 2002, 14, 3458-3464(以下これを、「非特
許文献2」ということがある。)よれば2未満である。
(No. 166) is a peak derived from the (2, 0, -1) index in the CHA structure.
The typical ratio (peak intensity ratio B) of the peak intensity derived from the (2, 0, -1) plane of the peak intensity derived from the (1, 0, 0) plane in the CHA type aluminosilicate zeolite membrane is Halil Kalipcilar et al., “Synthesis and Separation Performance of SSZ-13 Zeolite Membranes on Tubular Supports”, Chem. Mater. 2002, 14, 3458-3464 (hereinafter sometimes referred to as “Non-Patent Document 2”). ) Is less than 2.

それゆえ、この比が2以上であるということは、例えば、CHA構造をhombohedral settingとした場合の(1,0,0)面が膜複合体の表面と平行に近い向きになるようにゼ
オライト結晶が配向して成長していることを意味すると考えられる。ゼオライト膜複合体においてゼオライト結晶が配向して成長することは分離性能の高い緻密な膜が出来るという点で有利である。
Therefore, this ratio of 2 or more means that, for example, the zeolite crystal is oriented so that the (1, 0, 0) plane when the CHA structure is a hombohedral setting is oriented almost parallel to the surface of the membrane composite. Is considered to mean that the crystals are oriented and growing. Orientation and growth of zeolite crystals in the zeolite membrane composite is advantageous in that a dense membrane with high separation performance can be formed.

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

このように、ピーク強度比A、Bのいずれかが、上記した特定の範囲の値であるということは、ゼオライト結晶が配向して成長し、分離性能の高い緻密な膜が形成されていることを示すものである。
ピーク強度比A、Bはその値が大きいほど配向の程度が強いことを示し、一般的に配向の程度が強いほど緻密な膜が形成されていることを示す。一般的には配向が強いほど分離
性能が高い傾向があるが、分離対象の混合物によっては分離性能が高くなる最適な配向の程度は異なるので分離対象の混合物によって適宜、配向の程度が最適なゼオライト膜複合体を選択して使用することが望ましい。
As described above, the fact that any one of the peak intensity ratios A and B is a value in the above-mentioned specific range means that the zeolite crystals are oriented and grow, and a dense membrane with high separation performance is formed. Is shown.
The peak intensity ratios A and B indicate that the larger the value, the stronger the degree of orientation, and generally the stronger the degree of orientation, the more dense the film is formed. In general, the stronger the orientation, the higher the separation performance tends to be. However, the optimum degree of orientation in which the separation performance becomes higher differs depending on the mixture to be separated. It is desirable to select and use the membrane complex.

<ゼオライト膜複合体の製造方法>
本発明では、例えば、水熱合成により、無機多孔質支持体上にゼオライト膜を形成させた後、分子内にSi原子を2以上有する材料で該ゼオライト膜を処理することを特徴とする。
具体的には、例えば、ゼオライト膜複合体は、組成を調整して均一化した水熱合成用の反応混合物(以下これを「水性反応混合物」ということがある。)を、多孔質支持体を内部に緩やかに固定した、オートクレーブなどの耐熱耐圧容器に入れて密閉して、一定時間加熱することにより調製できる。
<Method for producing zeolite membrane composite>
In the present invention, for example, a zeolite membrane is formed on an inorganic porous support by hydrothermal synthesis, and then the zeolite membrane is treated with a material having two or more Si atoms in the molecule.
Specifically, for example, a zeolite membrane composite is prepared by mixing a reaction mixture for hydrothermal synthesis (hereinafter sometimes referred to as an “aqueous reaction mixture”) having a uniform composition and a porous support. It can be prepared by placing in a heat-resistant pressure-resistant container such as an autoclave, which is gently fixed inside, and sealing and heating for a certain time.

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

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

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

具体的には、例えば、1−アダマンタンアミンから誘導されるカチオン、3−キナクリジナールから誘導されるカチオン、3−exo−アミノノルボルネンから誘導されるカチオン等の脂環式アミンから誘導されるカチオンが挙げられる。これらの中で、1−アダマンタンアミンから誘導されるカチオンがより好ましい。1−アダマンタンアミンから誘導されるカチオンを有機テンプレートとしたとき、緻密な膜を形成し得るCHA型ゼオライトが結晶化する。緻密な膜となることにより、分離性能が高いCHA型ゼオライトが得られる。   Specific examples include cations derived from alicyclic amines such as cations derived from 1-adamantanamine, cations derived from 3-quinacridinal, and cations derived from 3-exo-aminonorbornene. It is done. Among these, a cation derived from 1-adamantanamine is more preferable. When a cation derived from 1-adamantanamine is used as an organic template, CHA-type zeolite capable of forming a dense film is crystallized. By forming a dense membrane, a CHA-type zeolite with high separation performance can be obtained.

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

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

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

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

SiO/Alモル比がこの範囲内にあるときゼオライト膜が緻密に生成し、分離性能が高い膜となる。更に生成したゼオライトに適度にAl原子が存在するため、Alに対して吸着性を示す気体成分や液体成分では分離能が向上する。またAlがこの範囲にある場合には耐酸性、耐水蒸気が高いゼオライト膜が得られる。
水性反応混合物中のシリカ源と有機テンプレートの比は、SiOに対する有機テンプレートのモル比(有機テンプレート/SiOモル比)で、通常0.005以上、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.02以上であり、通常1以下、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.2以下である。
When the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is within this range, the zeolite membrane is densely formed, and the membrane has high separation performance. In addition, since moderately Al atoms are present in the produced zeolite, the separation performance is improved with a gas component or a liquid component exhibiting adsorptivity to Al. When Al is within this range, a zeolite membrane having high acid resistance and high water vapor resistance can be obtained.
The ratio of the silica source and an organic template in the aqueous reaction mixture, the molar ratio of the organic template for SiO 2 (organic template / SiO 2 molar ratio), usually 0.005 or higher, preferably at least 0.01, more preferably 0 0.02 or more, usually 1 or less, preferably 0.4 or less, more preferably 0.2 or less.

有機テンプレート/SiOモル比が上記範囲にあるとき、緻密なゼオライト膜が生成し得ることに加えて、生成したゼオライトが耐酸性、耐水蒸気性に強くなる。
Si元素源とアルカリ源の比は、M(2/n)O/SiO(ここで、Mはアルカリ金属またはアルカリ土類金属を示し、nはその価数1または2を示す。)モル比で、通常0.02以上、好ましくは0.04以上、より好ましくは0.05以上であり、通常0.5以下、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.3以下である。
When the organic template / SiO 2 molar ratio is in the above range, in addition to being able to produce a dense zeolite membrane, the produced zeolite has strong acid resistance and water vapor resistance.
The ratio of the Si element source to the alkali source is M (2 / n) 2 O / SiO 2 (where M represents an alkali metal or alkaline earth metal, and n represents the valence 1 or 2). In general, it is 0.02 or more, preferably 0.04 or more, more preferably 0.05 or more, and usually 0.5 or less, preferably 0.4 or less, more preferably 0.3 or less.

CHA型ゼオライト膜を形成する場合、アルカリ金属の中でKを含む場合がより緻密で結晶性の高い膜を生成させるという点で好ましい。その場合のKと、Kを含むすべてのアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属とのモル比は、通常0.01以上1以下、好ましくは0.1以上1以下、さらに好ましくは0.3以上1以下である。
水性反応混合物中へのKの添加は、前記のとおり、rhombohedral settingで空間群を
In the case of forming a CHA-type zeolite membrane, it is preferable that K is contained in the alkali metal because a denser and highly crystalline membrane is formed. In this case, the molar ratio of K to all alkali metals and / or alkaline earth metals containing K is usually 0.01 or more and 1 or less, preferably 0.1 or more and 1 or less, more preferably 0.3 or more. 1 or less.
As described above, the addition of K to the aqueous reaction mixture is performed by changing the space group in the rhombohedral setting.

Figure 0006217242
Figure 0006217242

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

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

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

ゼオライト膜複合体を製造する場合は、支持体上に種結晶を付着させておくことが好ましい。支持体上に予め種結晶を付着させておくことで緻密で分離性能良好なゼオライト膜が生成しやすくなる。
使用する種結晶としては、結晶化を促進するゼオライトであれば種類は問わないが、効率よく結晶化させるためには形成するゼオライト膜と同じ結晶型であることが好ましい。CHA型ゼオライト膜を形成する場合は、CHA型ゼオライトの種結晶を用いることが好ましい。
When producing a zeolite membrane composite, it is preferable to attach a seed crystal on the support. By attaching a seed crystal in advance to the support, a dense zeolite membrane with good separation performance can be easily formed.
The seed crystal to be used is not limited as long as it is a zeolite that promotes crystallization, but it is preferably the same crystal type as the zeolite membrane to be formed for efficient crystallization. When forming a CHA type zeolite membrane, it is preferable to use seed crystals of CHA type zeolite.

種結晶の粒子径は、通常0.5nm以上、好ましくは1nm以上、より好ましくは2nm以上であり、通常20μm以下、好ましくは15μm以下、より好ましくは10μm以下である。
支持体上に種結晶を付着させる方法は特に限定されず、例えば、種結晶を水などの溶媒に分散させてその分散液に支持体を浸けて種結晶を付着させるディップ法や、種結晶を水などの溶媒と混合してスラリー状にしたものや種結晶そのものを支持体上に塗りこむ方法などを用いることができる。種結晶の付着量を制御し、再現性よく膜複合体を製造するにはディップ法が望ましい。
The particle diameter of the seed crystal is usually 0.5 nm or more, preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more, and is usually 20 μm or less, preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less.
The method for attaching the seed crystal on the support is not particularly limited. For example, a dip method in which the seed crystal is dispersed in a solvent such as water and the support is immersed in the dispersion to attach the seed crystal, or a seed crystal is attached. For example, a slurry mixed with a solvent such as water or a seed crystal itself may be coated on a support. The dip method is desirable for controlling the amount of seed crystals attached and producing a membrane composite with good reproducibility.

種結晶を分散させる溶媒は特に限定されないが、特に水が好ましい。
分散させる種結晶の量は特に限定されず、分散液の全質量に対して、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上であり、通常20質量%以下、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、さらに好ましくは4質量%以下、とくに好ましくは3質量%以下である。
The solvent for dispersing the seed crystal is not particularly limited, but water is particularly preferable.
The amount of the seed crystal to be dispersed is not particularly limited, and is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, based on the total mass of the dispersion. Usually, it is 20 mass% or less, Preferably it is 10 mass% or less, More preferably, it is 5 mass% or less, More preferably, it is 4 mass% or less, Most preferably, it is 3 mass% or less.

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

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

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

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

加熱時間は特に限定されないが、通常1時間以上、好ましくは5時間以上、更に好ましくは10時間以上であり、通常10日間以下、好ましくは5日以下、より好ましくは3日以下、さらに好ましくは2日以下である。反応時間が短すぎるとゼオライトが結晶化し難くなることがある。反応時間が長すぎると、求めるゼオライトとは異なるタイプのゼオライトが生成し易くなることがある。   The heating time is not particularly limited, but is usually 1 hour or more, preferably 5 hours or more, more preferably 10 hours or more, and usually 10 days or less, preferably 5 days or less, more preferably 3 days or less, and even more preferably 2 Less than a day. If the reaction time is too short, the zeolite may be difficult to crystallize. If the reaction time is too long, a zeolite of a type different from the desired zeolite may be easily generated.

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

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

テンプレートの焼成を目的とする場合には、加熱処理の温度が低すぎると有機テンプレートが残っている割合が多くなる傾向があり、ゼオライトの細孔が少なく、そのために分離・濃縮の際の透過度が減少する可能性がある。加熱処理温度が高すぎると支持体とゼオ
ライトの熱膨張率の差が大きくなるためゼオライト膜に亀裂が生じやすくなる可能性があり、ゼオライト膜の緻密性が失われ分離性能が低くなることがある。
When firing the template, if the temperature of the heat treatment is too low, the proportion of the remaining organic template tends to increase, and the zeolite has fewer pores, and therefore the permeability during separation and concentration. May decrease. If the heat treatment temperature is too high, the difference in coefficient of thermal expansion between the support and the zeolite becomes large, so the zeolite membrane may be easily cracked, and the denseness of the zeolite membrane may be lost, resulting in poor separation performance. .

加熱時間は、ゼオライト膜が十分に乾燥、またはテンプレートが焼成する時間であれば特に限定されず、好ましくは0.5時間以上、より好ましくは1時間以上である。上限は特に限定されず、通常200時間以内、好ましくは150時間以内、より好ましくは100時間以内である。テンプレートの焼成を目的とする場合の加熱処理は空気雰囲気で行えばよいが、Nなどの不活性気体や酸素を付加した雰囲気で行ってもよい。 The heating time is not particularly limited as long as the zeolite membrane is sufficiently dried or the template is calcined, and is preferably 0.5 hours or more, more preferably 1 hour or more. The upper limit is not particularly limited, and is usually within 200 hours, preferably within 150 hours, and more preferably within 100 hours. The heat treatment for the purpose of firing the template may be performed in an air atmosphere, but may be performed in an atmosphere to which an inert gas such as N 2 or oxygen is added.

水熱合成を有機テンプレートの存在下で行った場合、得られたゼオライト膜複合体を、水洗した後に、例えば、加熱処理や抽出などにより、好ましくは加熱処理、すなわち焼成により有機テンプレートを取り除くことが適当である。
テンプレートの焼成を目的とする加熱処理の際の昇温速度は、支持体とゼオライトの熱膨張率の差がゼオライト膜に亀裂を生じさせることを少なくするために、なるべく遅くすることが望ましい。昇温速度は、通常5℃/分以下、好ましくは2℃/分以下、さらに好ましくは1℃/分以下、特に好ましくは0.5℃/分以下である。通常、作業性を考慮し0.1℃/分以上である。
When hydrothermal synthesis is performed in the presence of an organic template, the obtained zeolite membrane composite can be washed with water, and then the organic template can be removed by, for example, heat treatment or extraction, preferably by heat treatment, that is, baking. Is appropriate.
It is desirable that the temperature increase rate during the heat treatment for firing the template is as slow as possible in order to reduce the difference in the thermal expansion coefficient between the support and the zeolite from causing cracks in the zeolite membrane. The temperature rising rate is usually 5 ° C./min or less, preferably 2 ° C./min or less, more preferably 1 ° C./min or less, and particularly preferably 0.5 ° C./min or less. Usually, it is 0.1 ° C./min or more in consideration of workability.

また、焼成後の降温速度もゼオライト膜に亀裂が生じることを避けるためにコントロールする必要がある。昇温速度と同様、遅ければ遅いほど望ましい。降温速度は、通常5℃/分以下、好ましくは2℃/分以下、より好ましくは1℃/分以下、特に好ましくは0.5℃/分以下である。通常、作業性を考慮し0.1℃/分以上である。
ゼオライト膜は、必要に応じてイオン交換してもよい。イオン交換は、テンプレートを用いて合成した場合は、通常、テンプレートを除去した後に行う。イオン交換するイオンとしては、プロトン、Na、K、Liなどのアルカリ金属イオン、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+などの第2族元素イオン、Fe、Cuなどの遷移金属のイオン、Al、Ga、Znなどのその他の金属のイオンなどが挙げられる。これらの中で、プロトン、Na、K、Liなどのアルカリ金属イオン、Fe、Al、Gaのイオンが好ましい。
Moreover, it is necessary to control the temperature drop rate after firing in order to avoid cracks in the zeolite membrane. Similar to the rate of temperature increase, the slower the better. The temperature lowering rate is usually 5 ° C./min or less, preferably 2 ° C./min or less, more preferably 1 ° C./min or less, and particularly preferably 0.5 ° C./min or less. Usually, it is 0.1 ° C./min or more in consideration of workability.
The zeolite membrane may be ion exchanged as necessary. In the case of synthesizing using a template, ion exchange is usually performed after removing the template. Ions to be ion-exchanged include protons, alkali metal ions such as Na + , K + and Li + , Group 2 element ions such as Ca 2+ , Mg 2+ , Sr 2+ and Ba 2+, and transition metals such as Fe and Cu. Examples include ions, ions of other metals such as Al, Ga, and Zn. Among these, protons, alkali metal ions such as Na + , K + , and Li +, and ions of Fe, Al, and Ga are preferable.

イオン交換は、焼成後(テンプレートを使用した場合など)のゼオライト膜を、NHNO、NaNOなどアンモニウム塩あるいは交換するイオンを含む水溶液、場合によっては塩酸などの酸で、通常、室温から100℃の温度で処理後、水洗する方法などにより行えばよい。さらに、必要に応じて200℃〜500℃で焼成してもよい。
かくして得られる多孔質支持体−ゼオライト膜複合体(加熱処理後のゼオライト膜複合体)の空気透過量[L/(m・h)]は、通常1400L/(m・h)以下、好ましくは1000L/・BR>Im・h)以下、より好ましくは700L/(m・h)以下、より好ましくは600L/(m・h)以下、さらに好ましくは500L/(m・h)以下、特に好ましくは300L/(m・h)以下、もっとも好ましくは200L/(m・h)以下である。透過量の下限は特に限定されないが、通常0.01L/(m・h)以上、好ましくは0.1L/(m・h)以上、より好ましくは1L/(m・h)以上である。
ここで、空気透過量とは、後述するとおり、ゼオライト膜複合体を絶対圧5kPaの真空ラインに接続した時の空気の透過量[L/(m・h)]である。
In ion exchange, the zeolite membrane after calcination (such as when a template is used) is replaced with an ammonium salt such as NH 4 NO 3 or NaNO 3 or an aqueous solution containing ions to be exchanged, and in some cases an acid such as hydrochloric acid. What is necessary is just to perform by the method of washing with water after processing at the temperature of 100 degreeC. Furthermore, you may bake at 200 to 500 degreeC as needed.
The air permeation [L / (m 2 · h)] of the porous support-zeolite membrane composite (zeolite membrane composite after heat treatment) thus obtained is usually 1400 L / (m 2 · h) or less, preferably Is 1000 L / · BR> Im 2 · h) or less, more preferably 700 L / (m 2 · h) or less, more preferably 600 L / (m 2 · h) or less, and even more preferably 500 L / (m 2 · h). Hereinafter, it is particularly preferably 300 L / (m 2 · h) or less, most preferably 200 L / (m 2 · h) or less. In lower limit of the transmission amount is not particularly limited, it is generally 0.01L / (m 2 · h) or more, preferably 0.1L / (m 2 · h) or more, more preferably 1L / (m 2 · h) or higher is there.
Here, the air permeation amount is the air permeation amount [L / (m 2 · h)] when the zeolite membrane composite is connected to a vacuum line having an absolute pressure of 5 kPa, as will be described later.

<Si原子を2原子以上含む材料による処理>
続いて、形成されたゼオライトを、Si原子を2原子以上含む材料で処理をする。これにより、ゼオライト膜表面がSi化合物などのSi原子を2原子以上含む材料により修飾される。
<Treatment with a material containing two or more Si atoms>
Subsequently, the formed zeolite is treated with a material containing two or more Si atoms. Thereby, the zeolite membrane surface is modified with a material containing two or more Si atoms such as a Si compound.

例えば、ゼオライト膜表面にSi層を形成することにより、ゼオライトが本来もつ細孔径よりも小さい開口径となり、分離性能を向上させることができると考えられる。分子内に2つ以上のSi原子を含む材料では分子内にSi原子が1つの材料よりも分子サイズが大きいことが多く、効果的に開口径を狭小化することができる。開口径をより小さくするためにSiは他のSiと例えばO原子を介して結合を形成し、Siネットワークを形成する必要があるが、分子内に2以上のSi原子を含む材料では効率的に処理が進行すると考えられる。   For example, by forming a Si layer on the zeolite membrane surface, it is considered that the opening diameter is smaller than the pore diameter originally possessed by the zeolite and the separation performance can be improved. A material containing two or more Si atoms in the molecule often has a larger molecular size than a material having one Si atom in the molecule, and the aperture diameter can be effectively narrowed. In order to make the aperture diameter smaller, Si needs to form a bond with other Si via, for example, O atoms to form a Si network, but it is efficient for a material containing two or more Si atoms in the molecule. It is thought that processing will progress.

また、ゼオライト膜表面をSi原子を2原子以上含む材料により修飾することで膜表面に存在する微細な欠陥をふさぐ効果が副次的に得られることがある。欠陥はゼオライトが有する細孔よりも大きなサイズであり、例えばCHA構造の膜であれば3.8Åより大きなものと考えられるが、Si−0−Si結合のSi同士の距離はTECHNO-COSMOS 2007 Mar. Vol.20によれば3.1Åであることから、欠陥をふさぐにはSi原子は2つ以上必要となる。このため分子内に2以上のSi原子を含む材料で処理をすることで、Siが1つ含まれる分子よりも効率的に欠陥がふさがると考えられる。
ここで、Si原子を2原子以上含む材料とは、2つ以上のSi原子とSi原子以外の少なくとも1つ以上の原子から構成される物質であって、それぞれの原子はいずれかの原子と化学的な結合を形成しているものである。
Further, by modifying the zeolite membrane surface with a material containing two or more Si atoms, an effect of closing fine defects present on the membrane surface may be obtained as a secondary effect. The defects are larger in size than the pores of the zeolite. For example, if the film has a CHA structure, it is considered to be larger than 3.8 mm, but the distance between Si of Si-0-Si bonds is TECHNO-COSMOS 2007 Mar. According to Vol.20, it is 3.1 Å, so two or more Si atoms are required to close the defect. For this reason, it is considered that defects are more efficiently blocked by treating with a material containing two or more Si atoms in the molecule than a molecule containing one Si.
Here, the material containing two or more Si atoms is a substance composed of two or more Si atoms and at least one atom other than Si atoms, and each atom is chemically coupled with any atom. Forming a natural bond.

分子内のSi原子の数は2以上であれば特に限定されず、求められる開口径やふさぐ欠陥のサイズによって適当なものを選択すればよいが、好ましくは3以上、さらに好ましくは4以上である。また通常120以下、好ましくは90以下、さらに好ましくは70以下、特に好ましくは50以下である。分子内のSiがこの範囲にあるときに効果的に開口径を狭小化し、欠陥をふさぐことができる。分子内のSi原子が少なすぎると開口径が十分に小さくならない可能性、欠陥が十分にふさがらない可能性がある。分子内のSi原子の数が多すぎると細孔入口がふさがれ、透過性の高い気体成分、液体成分の透過度が低下したりすることがある。また欠陥サイズによっては分子が大きいために欠陥内部に侵入できず、欠陥を十分にふさげないことがある。   The number of Si atoms in the molecule is not particularly limited as long as it is 2 or more, and an appropriate one may be selected depending on the required opening diameter and the size of the defect to be blocked, but is preferably 3 or more, more preferably 4 or more. . Moreover, it is 120 or less normally, Preferably it is 90 or less, More preferably, it is 70 or less, Most preferably, it is 50 or less. When the Si in the molecule is within this range, the aperture diameter can be effectively narrowed and defects can be closed. If the number of Si atoms in the molecule is too small, the opening diameter may not be sufficiently small, and defects may not be sufficiently blocked. If the number of Si atoms in the molecule is too large, the pore entrance may be blocked, and the permeability of highly permeable gas and liquid components may be reduced. In addition, depending on the defect size, the molecules are large, so that they cannot enter the inside of the defect, and the defect may not be sufficiently blocked.

Si原子を2原子以上含む材料の粘度は、通常0.5mPas以上、好ましくは2mPas以上、さらに好ましくは3mPasである。また、通常150mPas以下、好ましくは120mPas以下、さらに好ましくは100mPas以下、特に好ましくは80mPas以下である。粘度が低すぎると、後述のSi原子を2原子以上含む材料を少なくとも含む液体に浸漬、あるいはSi化合物を含む液体を滴下または噴霧後に加熱を行って処理する方法において、ゼオライト膜表面にSi化合物が表面に十分とどまらないことがある。粘度が高すぎる場合には引き上げ時、またはその後にゼオライト膜の上部と下部でSi化合物の付着量に差が生じ、均一な処理とならない場合がある。粘度は溶媒を加えることで、Si化合物を含む溶液として調整することが可能である。   The viscosity of the material containing 2 or more Si atoms is usually 0.5 mPas or more, preferably 2 mPas or more, and more preferably 3 mPas. Moreover, it is 150 mPas or less normally, Preferably it is 120 mPas or less, More preferably, it is 100 mPas or less, Most preferably, it is 80 mPas or less. If the viscosity is too low, the surface of the zeolite membrane has a Si compound that is immersed in a liquid containing at least a material containing two or more Si atoms, which will be described later, or heated by dropping or spraying a liquid containing a Si compound. May not stay on the surface. If the viscosity is too high, there may be a difference in the amount of Si compound adhering between the upper part and the lower part of the zeolite membrane at the time of pulling up or thereafter, and the uniform treatment may not be achieved. The viscosity can be adjusted as a solution containing a Si compound by adding a solvent.

Si原子を2原子以上含む材料として具体的には、1,1,3,3−テトラメトキシ−1,3−ジメチルプロパンジシロキサンなどのアルコキシシラン、ヘキサメチルジシロキサンなどのシロキサンを有する有機ケイ素化合物、ヘキサメチルジシラザンのようなシラザンを有する有機ケイ素化合物、メチルシリケートオリゴマー、エチルシリケートオリゴマーなどのシリケートオリゴマー用いることができる。反応性の面、Siのネットワークを形成するという観点からアルコキシシラン、シリケートオリゴマーが好ましい。   Specifically, as a material containing two or more Si atoms, an organosilicon compound having an alkoxysilane such as 1,1,3,3-tetramethoxy-1,3-dimethylpropanedisiloxane and a siloxane such as hexamethyldisiloxane Further, organosilicon compounds having silazane such as hexamethyldisilazane, silicate oligomers such as methyl silicate oligomer and ethyl silicate oligomer can be used. From the viewpoint of reactivity and the formation of a Si network, alkoxysilanes and silicate oligomers are preferred.

処理(以下、表面処理という場合がある)方法は限定されるものではないが、Si原子を2原子以上含む材料(以下、Si化合物という場合がある)を含む溶液または分散液にゼオライト膜複合体を浸漬する浸漬処理、ゼオライト膜複合体にSi原子を2原子以上含む材料を含む溶液を滴下する滴下処理、あるいは噴霧する噴霧処理がある。
浸漬処理等の液体を用いた表面処理を行う場合、この表面処理に用いる液体は、表面処理の条件下でゼオライト膜複合体が処理可能な状態のものであれば特に制限されず、Si化合物に溶媒を加えた溶液であってもよく、溶媒を加えない液体であってもよく、ゾルまたはゲルであってもよい。ここで、溶媒は、水であっても有機溶媒であってもよい。また、沸点以上の温度では、加圧下で液状となっているものも溶媒に含まれる。この場合の圧力は、自生圧でも加圧でもよい。さらに、表面処理用の液体には、少なくともSi化合物を含んでいればよく、その他の元素源(化合物)として、例えばAl化合物を含んでいてもよい。
The method of treatment (hereinafter may be referred to as surface treatment) is not limited, but a zeolite membrane composite in a solution or dispersion containing a material containing 2 or more Si atoms (hereinafter also referred to as Si compound) There are dipping treatment for dipping, a dropping treatment for dropping a solution containing a material containing two or more Si atoms into the zeolite membrane composite, or a spraying treatment for spraying.
When surface treatment using a liquid such as immersion treatment is performed, the liquid used for the surface treatment is not particularly limited as long as the zeolite membrane composite can be treated under the condition of the surface treatment. It may be a solution to which a solvent is added, a liquid to which no solvent is added, or a sol or gel. Here, the solvent may be water or an organic solvent. In addition, solvents that are liquid under pressure at temperatures above the boiling point are also included in the solvent. The pressure in this case may be an autogenous pressure or a pressurization. Furthermore, the surface treatment liquid only needs to contain at least a Si compound, and as another element source (compound), for example, an Al compound may be contained.

浸漬処理を行う場合、処理の方法としては液に浸漬し、浸漬した液の中でSi化合物との化学的な結合を形成させてもよいし、浸漬した後にゼオライト膜を液から出して表面にSi化合物が付着した状態で化学的な結合を形成してもよいし、浸漬中、浸漬後の両方で化学的な結合の形成をしてもよい。
浸漬処理において、溶媒として水を用いる場合について説明する。
When the immersion treatment is performed, the treatment may be performed by immersing in a liquid and forming a chemical bond with the Si compound in the immersed liquid. After immersion, the zeolite membrane is taken out of the liquid to the surface. Chemical bonds may be formed with the Si compound adhered, or chemical bonds may be formed both during and after immersion.
The case where water is used as a solvent in the immersion treatment will be described.

水を溶媒として用いる場合、は溶液の温度は、通常20℃以上、好ましくは60℃以上、より好ましくは80℃以上であり、通常200℃以下、好ましくは150℃以下、より好ましくは130℃以下である。温度が低すぎると、Si化合物と膜表面およびSi化合物間で行われる脱水縮合反応、加水分解反応の進行が不十分でSi化合物による修飾が十分に行われず膜表面の親水性が十分に向上しないことがある。温度が高すぎると、ゼオライトが一部水中に溶出してゼオライト膜が壊れる可能性がある。   When water is used as a solvent, the temperature of the solution is usually 20 ° C. or higher, preferably 60 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, usually 200 ° C. or lower, preferably 150 ° C. or lower, more preferably 130 ° C. or lower. It is. If the temperature is too low, the progress of the dehydration condensation reaction and hydrolysis reaction performed between the Si compound and the film surface and the Si compound is insufficient, and the modification with the Si compound is not performed sufficiently, and the hydrophilicity of the film surface is not sufficiently improved. Sometimes. If the temperature is too high, a part of the zeolite may elute in water and the zeolite membrane may be broken.

浸漬時間は、通常1時間以上、好ましくは4時間以上、より好ましくは8時間以上であり、通常100時間以下、好ましくは50時間以下、より好ましくは24時間以下である。浸漬時間が短すぎると、膜表面の変化が十分に進行せず、十分な効果が得られないことがある。浸漬時間が長すぎると、ゼオライトが一部水中に溶出してゼオライトが壊れる可能性がある。   The immersion time is usually 1 hour or longer, preferably 4 hours or longer, more preferably 8 hours or longer, and is usually 100 hours or shorter, preferably 50 hours or shorter, more preferably 24 hours or shorter. If the immersion time is too short, the change of the film surface does not proceed sufficiently and a sufficient effect may not be obtained. If the soaking time is too long, the zeolite may partially dissolve in water and break the zeolite.

表面処理時の圧力は特に限定されず、大気圧あるいは、密閉容器中に入れた処理溶
液を、上記温度範囲に加熱したときに生じる自生圧力で十分である。さらに必要に応じて、窒素などの不活性気体を加えても差し支えない。
溶液中のSi化合物の含有量は、Si化合物の濃度として、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上であり、通常20質量%以下、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下である。また、Si元素の場合の濃度としては、通常0.01質量%以上、好ましくは0.05質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上であり、通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは2質量%以下である。
The pressure during the surface treatment is not particularly limited, and the atmospheric pressure or the self-generated pressure generated when the treatment solution placed in the sealed container is heated to the above temperature range is sufficient. Further, an inert gas such as nitrogen may be added as necessary.
The content of the Si compound in the solution is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, and usually 20% by mass or less, preferably 10% by mass or less, more preferably as the concentration of the Si compound. Is 5% by mass or less. The concentration in the case of Si element is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.05% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and usually 10% by mass or less, preferably 5% by mass. % Or less, more preferably 2% by mass or less.

溶液中には、ゼオライト表面OH基とSi化合物、Si化合物間の脱水縮合反応、アルコキシ基の加水分解反応の触媒として、酸または塩基を存在させることが好ましい。従って、溶液のpHは、通常0〜12、好ましくは0.5〜10、より好ましくは1〜8程度であればよい。
水中に例えば、NaOH、KOH、アミン等の塩基性物質を添加することで微量のOH−1イオンを積極的に存在させてもよく、その場合、水溶液中のOH−1イオン濃度は、通常0.01mol/l以下、より好ましくは0.005mol/l以下であり、通常0.0001mol/l以上、好ましくは0.0005mol/l以上、より好ましくは0.001mol/l以上である。水中にOH−1イオンが存在することによって、存在しない場合よりも短時間で同等の効果を得ることが可能になる。水中のOH−1イオン濃度が高すぎると、ゼオライト膜が溶解して破壊されやすくなり処理時間の厳密なコントロールが必要となる。
It is preferable that an acid or a base is present in the solution as a catalyst for the zeolite surface OH group and the Si compound, a dehydration condensation reaction between the Si compounds, and an alkoxy group hydrolysis reaction. Accordingly, the pH of the solution may be generally 0 to 12, preferably 0.5 to 10, more preferably about 1 to 8.
For example, by adding a basic substance such as NaOH, KOH, or amine in water, a trace amount of OH −1 ions may be actively present. In that case, the OH −1 ion concentration in the aqueous solution is usually 0. 0.01 mol / l or less, more preferably 0.005 mol / l or less, and usually 0.0001 mol / l or more, preferably 0.0005 mol / l or more, more preferably 0.001 mol / l or more. The presence of OH -1 ions in water makes it possible to obtain the same effect in a shorter time than when no OH -1 ions exist. If the OH -1 ion concentration in water is too high, the zeolite membrane is easily dissolved and broken, and strict control of the treatment time is required.

水溶液中に存在させる酸としては、例えば、カルボン酸、スルホン酸などの有機酸や、硫酸、燐酸などの無機酸等が挙げられる。これらの中で、特にカルボン酸、無機酸が好ましい。
カルボン酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フタル酸、乳酸、クエン酸、アクリル酸などが好ましく、ギ酸、酢酸、乳酸がより好ましく、酢酸が特に好ましい。無機酸としては、例えば、硫酸、硝酸、燐酸、塩酸などが好ましく、硫酸、硝酸、燐酸がより好ましい。
Examples of the acid present in the aqueous solution include organic acids such as carboxylic acid and sulfonic acid, and inorganic acids such as sulfuric acid and phosphoric acid. Among these, carboxylic acid and inorganic acid are particularly preferable.
As the carboxylic acid, for example, formic acid, acetic acid, propionic acid, oxalic acid, malonic acid, maleic acid, phthalic acid, lactic acid, citric acid, acrylic acid and the like are preferable, formic acid, acetic acid and lactic acid are more preferable, and acetic acid is particularly preferable. . As the inorganic acid, for example, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid and the like are preferable, and sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid are more preferable.

水溶液中の酸性物質の濃度は、好ましくは0.01mol/l以上、より好ましくは0.05mol/l以上であり、さらに好ましくは10mol/l以下、特に好ましくは1mol/l以下である。
また、H濃度は、通常1×10−10mol/l以上、好ましくは1×10−8mol/l以上、より好ましくは1×10−7mol/l以上、特に好ましくは1×10−5mol/l以上であり、通常10mol/l以下、好ましくは5mol/l以下、より好ましくは1mol/l以下である。
The concentration of the acidic substance in the aqueous solution is preferably 0.01 mol / l or more, more preferably 0.05 mol / l or more, further preferably 10 mol / l or less, and particularly preferably 1 mol / l or less.
The H + concentration is usually 1 × 10 −10 mol / l or more, preferably 1 × 10 −8 mol / l or more, more preferably 1 × 10 −7 mol / l or more, and particularly preferably 1 × 10 −5. 5 mol / l or more, usually 10 mol / l or less, preferably 5 mol / l or less, more preferably 1 mol / l or less.

濃度が上記の範囲となるように塩基性物質を共存させてもよい。塩基性物質としては、例えば、NaOH、KOH、アミン等が挙げられる。
次に、浸漬処理において、有機溶媒を用いる浸漬処理について説明する。
この場合、溶液の温度は、通常20℃以上、好ましくは60℃以上、より好ましくは80℃以上であり、通常200℃以下、好ましくは150℃以下、より好ましくは110℃以下である。温度が低すぎると、Si化合物と膜表面およびSi化合物間で行われる脱水縮合反応、加水分解反応の進行が不十分でSi化合物による修飾が十分に行われず分離性能が十分に向上しないことがある。温度が高すぎるとゼオライト膜が壊れる可能性がある。
A basic substance may coexist so that the H + concentration falls within the above range. Examples of the basic substance include NaOH, KOH, amine and the like.
Next, the immersion treatment using an organic solvent in the immersion treatment will be described.
In this case, the temperature of the solution is usually 20 ° C. or higher, preferably 60 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, and is usually 200 ° C. or lower, preferably 150 ° C. or lower, more preferably 110 ° C. or lower. If the temperature is too low, the progress of the dehydration condensation reaction and hydrolysis reaction performed between the Si compound and the membrane surface and the Si compound is insufficient, and the modification with the Si compound is not performed sufficiently, and the separation performance may not be sufficiently improved. . If the temperature is too high, the zeolite membrane may be broken.

浸漬時間は、通常0.5時間以上、好ましくは1時間以上、より好ましくは3時間以上であり、通常50時間以下、好ましくは24時間以下、より好ましくは10時間以下である。浸漬時間が短すぎると、膜表面の変化が十分に進行せず、十分な効果が得られないことがある。浸漬時間が長すぎると、ゼオライトが一部水中に溶出してゼオライトが壊れる可能性がある。   The immersion time is usually 0.5 hours or longer, preferably 1 hour or longer, more preferably 3 hours or longer, and usually 50 hours or shorter, preferably 24 hours or shorter, more preferably 10 hours or shorter. If the immersion time is too short, the change of the film surface does not proceed sufficiently and a sufficient effect may not be obtained. If the soaking time is too long, the zeolite may partially dissolve in water and break the zeolite.

表面処理時の圧力は特に限定されず、必要に応じて還流条件下で大気圧行うことが
出来る。あるいは必要に応じて密閉容器中に入れた処理溶液を、上記温度範囲に加熱したときに生じる自生圧力下で処理を行ってもよい。さらに必要に応じて、窒素などの不活性気体加えても差し支えない。
用い得る有機溶媒としては、例えば、トルエン、ヘキサン等の非極性溶媒、アニソール、イソプロピルアルコール等のアルコール溶媒、および、アセトンなどの極性溶媒が挙げられる。これらの中で、トルエン、イソプロピルアルコールが特に好ましい。これらの有機溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合せて用いてもよい。
The pressure during the surface treatment is not particularly limited, and atmospheric pressure can be performed under reflux conditions as necessary. Or you may process under the self-generated pressure which arises when the processing solution put into the airtight container was heated to the said temperature range as needed. Further, if necessary, an inert gas such as nitrogen may be added.
Examples of the organic solvent that can be used include nonpolar solvents such as toluene and hexane, alcohol solvents such as anisole and isopropyl alcohol, and polar solvents such as acetone. Of these, toluene and isopropyl alcohol are particularly preferable. These organic solvents may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

さらに、有機溶媒を用いる場合には、水を系内に添加してもよい。添加し得る水の濃度は、通常0.001質量%以上、好ましくは0.05質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上であり、通常5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下である。
溶液中のSi化合物の含有量は、Si元素濃度として、通常0.01質量%以上、好ましくは0.05質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上であり、通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは2質量%以下である。また、Al化合物の含有量は、Al元素濃度として、通常0.01質量%以上、好ましくは0.05質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上であり、通常10質量%以下、好ましくは5質量%
以下、より好ましくは1質量%以下である。
Further, when an organic solvent is used, water may be added into the system. The concentration of water that can be added is usually 0.001% by mass or more, preferably 0.05% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, and usually 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, More preferably, it is 2 mass% or less.
The content of the Si compound in the solution is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.05% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and usually 10% by mass or less, as the Si element concentration. Preferably it is 5 mass% or less, More preferably, it is 2 mass% or less. The content of the Al compound is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.05% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and usually 10% by mass or less, preferably as Al element concentration. Is 5% by mass
Hereinafter, it is more preferably 1% by mass or less.

表面処理においては、Si化合物を少なくとも含む液体に浸漬、あるいはSi化合物を少なくとも含む液体を滴下または噴霧し、その後加熱を行って処理することもできる。この場合には溶媒を加えずに処理することも出来る。特に、Si化合物としてシリケートオリゴマーを用いる場合には、溶媒をさらに加えなくてもよい。溶媒をさらに加えない場合においてもその他の元素源(化合物)として、例えばAl化合物を含んでいてもよい。   In the surface treatment, the surface treatment can be performed by immersing in a liquid containing at least an Si compound, or dropping or spraying a liquid containing at least an Si compound, and then heating. In this case, it can also process without adding a solvent. In particular, when a silicate oligomer is used as the Si compound, it is not necessary to add a solvent. Even when the solvent is not further added, as another element source (compound), for example, an Al compound may be included.

この場合の浸漬、あるいは滴下、噴霧温度は、通常1℃以上、好ましくは5℃以上、より好ましくは10℃以上、特に好ましくは15℃以上であり、通常200℃以下、好ましくは150℃以下、より好ましくは130℃以下、特に好ましくは100℃以下、最も好ましくは80℃以下である。温度が低すぎると、Si化合物の流動性が低くなり、ゼオライト膜複合体表面に均一にSi化合物が付着せずに、修飾が部分的になることがある。温度が高すぎると、Si化合物同士の反応が早く進行し、ゼオライト膜複合体表面への付着、反応が十分進行しない場合がある。   The immersion, dropping, or spraying temperature in this case is usually 1 ° C. or higher, preferably 5 ° C. or higher, more preferably 10 ° C. or higher, particularly preferably 15 ° C. or higher, and usually 200 ° C. or lower, preferably 150 ° C. or lower. More preferably, it is 130 degrees C or less, Most preferably, it is 100 degrees C or less, Most preferably, it is 80 degrees C or less. If the temperature is too low, the fluidity of the Si compound becomes low, and the Si compound does not uniformly adhere to the surface of the zeolite membrane composite, and the modification may become partial. If the temperature is too high, the reaction between the Si compounds proceeds quickly, and the adhesion to the surface of the zeolite membrane composite and the reaction may not proceed sufficiently.

浸漬時間は、通常0.5秒以上、好ましくは1秒以上、より好ましくは2秒以上、特に好ましくは3秒以上であり、通常10時間以下、好ましくは7時間以下、より好ましくは5時間以下、さらに好ましくは3時間以下、特に好ましくは1時間以下である。
表面処理時の圧力は特に限定されず、大気圧、あるいは密閉容器中に入れた処理溶
液を、上記温度範囲に加熱したときに生じる自生圧力で十分である。さらに必要に応じて、窒素などの不活性気体を加えても差し支えない。
The immersion time is usually 0.5 seconds or more, preferably 1 second or more, more preferably 2 seconds or more, particularly preferably 3 seconds or more, and usually 10 hours or less, preferably 7 hours or less, more preferably 5 hours or less. More preferably, it is 3 hours or less, particularly preferably 1 hour or less.
The pressure during the surface treatment is not particularly limited, and the atmospheric pressure or the self-generated pressure generated when the treatment solution placed in the sealed container is heated to the above temperature range is sufficient. Further, an inert gas such as nitrogen may be added as necessary.

Si化合物を含む液体に浸漬後あるいはSi化合物を含む液体を滴下または噴霧に加熱処理をする場合には、ゼオライト膜複合体を、Si化合物を含む液体に浸漬する際に、管状のゼオライト膜複合体の場合、下のみあるいは上下をシリコンゴム栓やテフロン(登録商標)テープなどでふさぐことにより、支持体に多量のSi化合物が浸透するのを妨げることが望ましい。ゼオライト膜の表面のみにSi化合物を接触させ、支持体部分への浸透を防ぐことで、高い透過量を維持したまま、効率的にゼオライト膜の表面を表面処理できる。   When the zeolite membrane composite is immersed in the liquid containing the Si compound after being immersed in the liquid containing the Si compound or when the liquid containing the Si compound is dropped or sprayed, the tubular zeolite membrane composite is immersed in the liquid containing the Si compound. In this case, it is desirable to prevent a large amount of Si compound from penetrating into the support by covering only the bottom or top and bottom with a silicon rubber stopper or Teflon (registered trademark) tape. By contacting the Si compound only on the surface of the zeolite membrane and preventing penetration into the support portion, the surface of the zeolite membrane can be efficiently surface-treated while maintaining a high permeation amount.

浸漬後あるいはSi化合物を含む液体を滴下または噴霧後の加熱温度としては、通常30℃以上、好ましくは50℃以上、より好ましくは70℃以上であり、通常300℃以下、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下、特に好ましくは150℃以下である。温度がこの範囲より低い場合にはゼオライト膜表面のSi化合物による修飾が十分に固定化されない場合がある。温度がこの範囲より高い場合にはSi化合物の沸点にもよるがSi化合物が表面から揮発し修飾が十分行われなくなる場合がある。   The heating temperature after dipping or dropping or spraying the liquid containing the Si compound is usually 30 ° C. or higher, preferably 50 ° C. or higher, more preferably 70 ° C. or higher, and usually 300 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower. More preferably, it is 200 degrees C or less, Most preferably, it is 150 degrees C or less. When the temperature is lower than this range, the modification with the Si compound on the surface of the zeolite membrane may not be sufficiently immobilized. When the temperature is higher than this range, although depending on the boiling point of the Si compound, the Si compound volatilizes from the surface and the modification may not be performed sufficiently.

浸漬後あるいはSi化合物を含む液体を滴下または噴霧後に加熱する際には、加熱時間は通常30分以上、好ましくは1時間以上、より好ましくは1.5時間以上、さらに好ましくは2時間以上であり、通常30時間以下、好ましくは25時間以下、より好ましくは20時間以下、さらに好ましくは15時間以下である。時間がこの範囲より短い場合にはゼオライト膜表面のSi化合物による修飾が十分に固定化されない場合がある。時間がこの範囲より長い場合には、Si化合物による修飾が十分に固定化される以上に加熱することになりエネルギー的に不利である。   When heating after immersion or dropping or spraying the liquid containing the Si compound, the heating time is usually 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer, more preferably 1.5 hours or longer, more preferably 2 hours or longer. Usually, it is 30 hours or less, preferably 25 hours or less, more preferably 20 hours or less, and further preferably 15 hours or less. When the time is shorter than this range, the modification with the Si compound on the zeolite membrane surface may not be sufficiently immobilized. When the time is longer than this range, the modification with the Si compound is heated more than sufficiently fixed, which is disadvantageous in terms of energy.

浸漬後あるいはSi化合物を含む液体を滴下または噴霧後に加熱する際には、加熱する系内に水を共存させることが好ましい。水を共存させることでシリケートオリゴマーなどに含まれるアルコキシシランの加水分解が進行しやすくなり、ゼオライト膜表面の修飾が十分に行われやすくなる。
浸漬後あるいはSi化合物を含む液体を滴下または噴霧後の加熱は通常の乾燥機などで行うことも出来るし、密閉容器中に浸漬後の膜を入れて加熱してもよい。密閉容器中に浸漬後あるいはSi化合物を含む液体を滴下または噴霧後の膜を入れる際には少量の水を膜に接触しないように共存させてもよい。
かくして製造されるゼオライト膜複合体は、上記のとおり優れた特性をもつものであり、本発明の分離または濃縮方法における膜分離手段として好適に用いることができる。
When heating after immersion or dropping or spraying a liquid containing a Si compound, it is preferable that water be present in the heating system. By coexisting water, the hydrolysis of alkoxysilane contained in the silicate oligomer or the like is likely to proceed, and the surface of the zeolite membrane can be sufficiently modified.
Heating after dipping or dropping or spraying the liquid containing the Si compound can be performed with a normal drier or the like, or the film after dipping may be placed in a sealed container and heated. A small amount of water may be allowed to coexist so as not to come into contact with the film when immersed in a sealed container or when the film containing the Si compound is dropped or sprayed.
The zeolite membrane composite thus produced has excellent characteristics as described above, and can be suitably used as a membrane separation means in the separation or concentration method of the present invention.

<分離または濃縮方法>
本発明の分離または濃縮方法は、上記製造方法により得られた多孔質支持体―ゼオライト膜複合体に、複数の成分からなる気体または液体の混合物を接触させて、該混合物から、透過性の高い物質を透過させて分離する、または、該混合物から透過性の高い物質を透過させることにより、透過性の低い物質を濃縮することに特徴をもつものである。
<Separation or concentration method>
In the separation or concentration method of the present invention, a porous support-zeolite membrane composite obtained by the above production method is brought into contact with a gas or liquid mixture comprising a plurality of components, and the mixture is highly permeable. It is characterized by concentrating a low-permeability substance by permeating and separating the substance, or by permeating a high-permeability substance from the mixture.

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

分離または濃縮の対象となる混合物としては、本発明における多孔質支持体−ゼオライト膜複合体によって、分離または濃縮が可能な複数の成分からなる気体または液体の混合物であれば特に制限はなく、如何なる混合物であってもよい。
分離または濃縮の対象となる混合物が、例えば、有機化合物と水との混合物(以下これを、「含水有機化合物」と略称することがある。)の場合、通常水がゼオライト膜に対する透過性が高いので、混合物から水が分離され、有機化合物は元の混合物中で濃縮される。パーベーパレーション法(浸透気化法)、ベーパーパーミエーション法(蒸気透過法)と呼ばれる分離または濃縮方法は、本発明の方法におけるひとつの実施形態である。パーベーパレーション法は、液体の混合物をそのまま分離膜に導入する分離または濃縮方法であるため、分離または濃縮を含むプロセスを簡便なものにすることができる。
The mixture to be separated or concentrated is not particularly limited as long as it is a gas or liquid mixture composed of a plurality of components that can be separated or concentrated by the porous support-zeolite membrane composite in the present invention. It may be a mixture.
When the mixture to be separated or concentrated is, for example, a mixture of an organic compound and water (hereinafter sometimes referred to as “hydrous organic compound”), water is usually highly permeable to the zeolite membrane. So water is separated from the mixture and the organic compound is concentrated in the original mixture. A separation or concentration method called a pervaporation method (permeation vaporization method) or a vapor permeation method (vapor permeation method) is one embodiment of the method of the present invention. The pervaporation method is a separation or concentration method in which a liquid mixture is directly introduced into a separation membrane, so that a process including separation or concentration can be simplified.

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

また、ベーパーパーミエーション法で高温での分離を行う場合、一般的に温度が高いほど、また混合物中の透過性の低い成分の濃度が高いほど、例えば有機化合物と水との混合物の場合、有機化合物の濃度が高いほど分離性能が低下するが、本発明により得られる無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体は、高温でも、混合物中の透過性の低い成分の濃度が高い場合でも高い分離性能を発現することができる。そして通常、ベーパーパーミエーション法は、液体混合物を気化させてから分離するため、通常はパーベーパレーション法よりも過酷な条件での分離となるため、膜複合体の耐久性も要求される。本発明により得られる無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体は、高温条件下でも分離が可能な耐久性を有しているのでベーパーパーミエーション法に好適である。   In addition, when performing separation at a high temperature by the vapor permeation method, in general, the higher the temperature and the higher the concentration of the component having low permeability in the mixture, for example, in the case of a mixture of an organic compound and water, Although the separation performance decreases as the concentration of the compound increases, the inorganic porous support-zeolite membrane composite obtained by the present invention has high separation performance even at high temperatures and even when the concentration of the low-permeability component in the mixture is high. Can be expressed. In general, the vapor permeation method separates the liquid mixture after vaporizing it, and therefore usually the separation is performed under harsher conditions than the pervaporation method. Therefore, durability of the membrane composite is also required. The inorganic porous support-zeolite membrane composite obtained by the present invention is suitable for the vapor permeation method because it has durability capable of being separated even under high temperature conditions.

前記多孔質支持体−ゼオライト膜複合体は、特定の物理化学的性質を有することで、混合物中の透過性の低い成分の濃度が高い場合のみならず、透過性の低い成分の濃度が低い場合でも高い透過性能、選択性を発揮し、耐久性に優れた分離膜としての性能を持つ。例えば有機化合物と水との混合物の場合、水の濃度にかかわらず高い選択性を発揮する。すなわち、本発明の特定の物理化学的性質を有するゼオライト膜複合体は、幅広い濃度範囲の混合物の分離および濃縮に好適である。   The porous support-zeolite membrane composite has specific physicochemical properties, so that not only when the concentration of the low-permeability component in the mixture is high, but also when the concentration of the low-permeability component is low However, it exhibits high permeation performance, selectivity, and performance as a separation membrane with excellent durability. For example, a mixture of an organic compound and water exhibits high selectivity regardless of the concentration of water. That is, the zeolite membrane composite having specific physicochemical properties of the present invention is suitable for separation and concentration of a mixture in a wide concentration range.

ここでいう高い透過性能とは、十分な処理量を示し、例えば、膜を透過する物質の透過流束が、例えば含水率10質量%の酢酸と水の混合物を、90℃において、1気圧(1.01×10Pa)の圧力差で透過させた場合、0.5kg/(m・h)以上、好ましくは1kg/(m・h)以上、より好ましくは1.5kg/(m・h)以上であることをいう。透過流束の上限は特に限定されず、通常20kg/(m・h)以下、好ましくは15kg/(m・h)以下である。 The high permeation performance here indicates a sufficient throughput, for example, a permeation flux of a substance that permeates the membrane is, for example, a mixture of acetic acid and water having a water content of 10% by mass at 90 ° C. at 1 atm ( When permeated with a pressure difference of 1.01 × 10 5 Pa), 0.5 kg / (m 2 · h) or more, preferably 1 kg / (m 2 · h) or more, more preferably 1.5 kg / (m 2 · h) or more. The upper limit of the permeation flux is not particularly limited, and is usually 20 kg / (m 2 · h) or less, preferably 15 kg / (m 2 · h) or less.

また、含水率10質量%のフェノールと水の混合物を、75℃において、1気圧(1.01×10Pa)の圧力差で透過させた場合、膜を透過する物質の透過流束が、0.5kg/(m・h)以上、好ましくは1kg/(m・h)以上、より好ましくは3kg/(m・h)以上であることをいう。透過流束の上限は特に限定されず、通常30kg/(m・h)以下、好ましくは20kg/(m・h)以下である。 Further, when a mixture of phenol and water having a water content of 10% by mass is permeated at 75 ° C. with a pressure difference of 1 atm (1.01 × 10 5 Pa), the permeation flux of the substance that permeates the membrane is It means 0.5 kg / (m 2 · h) or more, preferably 1 kg / (m 2 · h) or more, more preferably 3 kg / (m 2 · h) or more. The upper limit of the permeation flux is not particularly limited, and is usually 30 kg / (m 2 · h) or less, preferably 20 kg / (m 2 · h) or less.

また、含水率30質量%の2−プロパノールまたはN−メチル−2−ピロリドンと水の混合物を、70℃において、1気圧(1.01×10Pa)の圧力差で透過させた場合、1kg/(m・h)以上、好ましくは3kg/(m・h)以上、より好ましくは5kg/(m・h)以上であることをいう。透過流束の上限は特に限定されず、通常20kg/(m・h)以下、好ましくは15kg/(m・h)以下である。 In addition, when a mixture of 2-propanol or N-methyl-2-pyrrolidone having a water content of 30% by mass and water is permeated at 70 ° C. with a pressure difference of 1 atm (1.01 × 10 5 Pa), 1 kg / (M 2 · h) or more, preferably 3 kg / (m 2 · h) or more, more preferably 5 kg / (m 2 · h) or more. The upper limit of the permeation flux is not particularly limited, and is usually 20 kg / (m 2 · h) or less, preferably 15 kg / (m 2 · h) or less.

また、高い透過性能をパーミエンス(Permeance、「透過度」ともいう)で表す事もで
きる。パーミエンスとは、圧力差あたりの透過流束(Pressure normalized flux)を表し、透過する物質量を膜面積と時間と水の分圧差の積で割ったものである。パーミエンスの単位で表した場合、水のパーミエンスとして、例えば含水率10質量%の酢酸と水の混合物を、90℃において、1気圧(1.01×10Pa)の圧力差で透過させた場合、通常3×10−7mol/(m・s・Pa)以上、好ましくは5×10−7mol/(m・s・Pa)以上、より好ましくは1×10−6mol/(m・s・Pa)以上である。パーミエンスの上限は特に限定されず、通常1×10−4mol/(m・s・Pa)以下、好ましくは5×10−5mol/(m・s・Pa)以下である。
Further, high transmission performance can be expressed by permeance (also referred to as “permeance”). Permeance refers to the pressure normalized flux, divided by the product of membrane area, time, and water partial pressure difference. When expressed in units of permeance, for example, a mixture of acetic acid and water having a water content of 10% by mass permeated at 90 ° C. with a pressure difference of 1 atm (1.01 × 10 5 Pa). Usually, 3 × 10 −7 mol / (m 2 · s · Pa) or more, preferably 5 × 10 −7 mol / (m 2 · s · Pa) or more, more preferably 1 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa) or more. The upper limit of permeance is not particularly limited, and is usually 1 × 10 −4 mol / (m 2 · s · Pa) or less, preferably 5 × 10 −5 mol / (m 2 · s · Pa) or less.

また、含水率10質量%のフェノールと水の混合物を、75℃において、1気圧(1.01×10Pa)の圧力差で透過させた場合、および含水率30質量%の2−プロパノールまたはN−メチル−2−ピロリドンと水の混合物を、70℃において、1気圧(1.01×10Pa)の圧力差で透過させた場合、水のパーミエンスとして、通常3×10−7mol/(m・s・Pa)以上、好ましくは5×10−7mol/(m・s・Pa)以上、より好ましくは1×10−6mol/(m・s・Pa)以上、特に好ましくは2×10−6mol/(m・s・Pa)以上である。パーミエンスの上限は特に限定されず、通常1×10−4mol/(m・s・Pa)以下、好ましくは5×10−5mol/(m・s・Pa)以下である。 Further, when a mixture of phenol and water having a water content of 10% by mass is permeated at 75 ° C. with a pressure difference of 1 atm (1.01 × 10 5 Pa), and 2-propanol having a water content of 30% by mass or When a mixture of N-methyl-2-pyrrolidone and water is permeated at 70 ° C. with a pressure difference of 1 atm (1.01 × 10 5 Pa), the water permeance is usually 3 × 10 −7 mol / mol. (M 2 · s · Pa) or more, preferably 5 × 10 −7 mol / (m 2 · s · Pa) or more, more preferably 1 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa) or more, in particular It is preferably 2 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa) or more. The upper limit of permeance is not particularly limited, and is usually 1 × 10 −4 mol / (m 2 · s · Pa) or less, preferably 5 × 10 −5 mol / (m 2 · s · Pa) or less.

選択性は分離係数により表される。分離係数は膜分離で一般的に用いられる選択性を表す以下の指標である。
分離係数=(Pα/Pβ)/(Fα/Fβ
[ここで、Pαは透過液中の主成分の質量パーセント濃度、Pβは透過液中の副成分の質量パーセント濃度、Fαは透過液において主成分となる成分の被分離混合物中の質量パーセント濃度、Fβは透過液において副成分となる成分の被分離混合物中の質量パーセント濃度である。]
分離係数は、例えば含水率10質量%の酢酸と水の混合物を、90℃において、1気圧(1.01×10Pa)の圧力差で透過させた場合、および例えば含水率10質量%のフェノールと水の混合物を、75℃において、1気圧(1.01×10Pa)の圧力差で透過させた場合、および例えば含水率30質量%の2−プロパノールまたはN−メチル−2−ピロリドンと水の混合物を、70℃において、1気圧(1.01×10Pa)の圧力差で透過させた場合、通常2000以上、好ましくは4000以上、より好ましくは10000以上、特に好ましくは20000以上である。分離係数の上限は完全に水しか透過しない場合であり、その場合は無限大となるが、好ましくは10000000以下、より好ましくは1000000以下である。
Selectivity is represented by a separation factor. The separation factor is the following index representing the selectivity generally used in membrane separation.
Separation factor = (P α / P β ) / (F α / F β )
[Where P α is the mass percent concentration of the main component in the permeate, P β is the mass percent concentration of the subcomponent in the permeate, and F α is the mass of the component that is the main component in the permeate in the mixture to be separated. The percent concentration, Fβ, is the mass percent concentration in the separated mixture of components that are subcomponents in the permeate. ]
The separation factor is, for example, when a mixture of acetic acid and water having a water content of 10% by mass is permeated at 90 ° C. with a pressure difference of 1 atm (1.01 × 10 5 Pa), and for example having a water content of 10% by mass. When a mixture of phenol and water is permeated at 75 ° C. with a pressure difference of 1 atm (1.01 × 10 5 Pa), and for example 2-propanol or N-methyl-2-pyrrolidone with a water content of 30% by weight When the mixture of water and water is permeated at 70 ° C. with a pressure difference of 1 atm (1.01 × 10 5 Pa), it is usually 2000 or more, preferably 4000 or more, more preferably 10,000 or more, particularly preferably 20000 or more. It is. The upper limit of the separation factor is the case where only water is completely transmitted. In this case, the separation factor is infinite, but is preferably 10000000 or less, more preferably 1000000 or less.

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

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

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

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

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

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

本発明の方法において、分離または濃縮の対象となる混合物としては、混合気体であってもよく、例えば、二酸化炭素、酸素、窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ノルマルブタン、イソブタン、1−ブテン、2-ブテン、イソブテン、六フッ
化硫黄、ヘリウム、一酸化炭素、一酸化窒素、水などから選ばれる少なくとも1種の成分を含むものが挙げられる。これらの気体成分のうち、パーミエンスの高い気体成分は、ゼオライト膜複合体を透過し分離され、パーミエンスの低い気体成分は供給気体側に濃縮される。
In the method of the present invention, the mixture to be separated or concentrated may be a mixed gas, such as carbon dioxide, oxygen, nitrogen, methane, ethane, ethylene, propane, propylene, normal butane, isobutane, 1 Examples include those containing at least one component selected from -butene, 2-butene, isobutene, sulfur hexafluoride, helium, carbon monoxide, nitrogen monoxide, water and the like. Among these gas components, the gas component with high permeance passes through the zeolite membrane complex and is separated, and the gas component with low permeance is concentrated on the supply gas side.

特に混合気体としては、kinetic直径が4Å以下の気体分子を少なくとも1種類含有することが好ましい。本発明によれば、特に成分の少なくとも一つにkinetic直径が4Å以下の成分を含む気体においても、透過性の高い成分の分離、または透過性の高い成分を透過させることによる透過性の低い成分の濃縮を高い分離性能で行うことが可能となる。   In particular, the mixed gas preferably contains at least one gas molecule having a kinetic diameter of 4 mm or less. According to the present invention, particularly in a gas containing at least one of components having a kinetic diameter of 4 mm or less as a component, a component having low permeability due to separation of a component having high permeability or permeation of a component having high permeability. Can be concentrated with high separation performance.

混合気体としては、上記成分の少なくとも2種の成分を含む。この場合、2種の成分としては、パーミエンスの高い成分とパーミエンスの低い成分の組合せが好ましい。
ここで、パーミエンス(Permeance、「透過度」ともいう)とは透過する物質量を、膜面
積と時間と透過する物質の供給側と透過側の分圧差の積で割ったものであり、単位は、[mol・(m・s・Pa)−1]である。
The mixed gas includes at least two components of the above components. In this case, the two components are preferably a combination of a component having a high permeance and a component having a low permeance.
Here, permeance (also referred to as “permeance”) is obtained by dividing the amount of the permeated substance by the product of the membrane area, time, and the partial pressure difference between the permeating substance supply side and the permeating side. [Mol · (m 2 · s · Pa) −1 ].

混合気体として具体的には、酸素を含有する混合気体、メタン及びヘリウムを含有する混合気体、二酸化炭素及び窒素を含有する混合気体などが挙げられ、空気、天然ガス、燃焼気体やコークスオーブンガス、ごみ埋め立て場から発生するランドファィルガスなどのバイオガス、石油化学工業で生成、排出されるメタンの水蒸気改質ガスなどの分離または濃縮に使用することができる。   Specific examples of the mixed gas include a mixed gas containing oxygen, a mixed gas containing methane and helium, a mixed gas containing carbon dioxide and nitrogen, air, natural gas, combustion gas, coke oven gas, It can be used for separation or concentration of biogas such as land file gas generated from a landfill, and steam reformed gas of methane produced and discharged in the petrochemical industry.

酸素を含有する混合気体を用いる場合は、該混合気体から酸素を分離する、または、該混合気体から酸素を透過させるために使用されることが好ましい。酸素を含有する混合気体としては空気などが挙げられる。
メタン及びヘリウムを含有する混合気体を用いる場合は、該混合気体から、ヘリウムを分離する、または、該混合気体からヘリウムを透過させるために使用されることが好ましい。メタン及びヘリウムを含有する混合気体としては、天然ガスなどが挙げられる。
When a mixed gas containing oxygen is used, it is preferably used to separate oxygen from the mixed gas or to allow oxygen to permeate from the mixed gas. Examples of the mixed gas containing oxygen include air.
When a mixed gas containing methane and helium is used, it is preferably used to separate helium from the mixed gas or to transmit helium from the mixed gas. Examples of the mixed gas containing methane and helium include natural gas.

二酸化炭素及び窒素を含有する混合気体を用いる場合は、該混合気体から、二酸化炭素を分離する、または、該混合気体から二酸化炭素を透過させるために使用されることが好ましい。二酸化炭素及び窒素を含有する混合気体としては、燃焼気体などが挙げられる。
本発明で用いるゼオライト膜に対して、酸素は高い透過性を有する。そのため、このゼオライト膜に酸素を含有する混合気体を接触させ分離させることにより、酸素を含有する混合気体、例えば空気中の酸素濃度を高めることができ、高酸素濃度の混合気体を製造することができる。
When a mixed gas containing carbon dioxide and nitrogen is used, it is preferably used to separate carbon dioxide from the mixed gas or to allow carbon dioxide to permeate from the mixed gas. Examples of the mixed gas containing carbon dioxide and nitrogen include combustion gases.
Oxygen is highly permeable to the zeolite membrane used in the present invention. Therefore, by bringing the mixed gas containing oxygen into contact with the zeolite membrane and separating it, the oxygen-containing mixed gas, for example, the oxygen concentration in the air can be increased, and a high-oxygen-concentrated mixed gas can be produced. it can.

例えば、混合気体として空気を用いた場合、酸素濃度を30%以上、さらには35%以上とすることが可能である。
また、本発明で用いるゼオライト膜に対して、ヘリウムは高い透過性を有する。そのため、このゼオライト膜に、例えばヘリウムやメタンを含有する天然ガスを接触させることにより、ヘリウムを分離することができる。
For example, when air is used as the mixed gas, the oxygen concentration can be 30% or more, and further 35% or more.
Moreover, helium has high permeability with respect to the zeolite membrane used in the present invention. Therefore, helium can be separated by contacting the zeolite membrane with, for example, natural gas containing helium or methane.

また、本発明で用いるゼオライト膜に対して、二酸化炭素は高い透過性を有する。そのため、このゼオライト膜に、例えば二酸化炭素や窒素を含有する燃焼気体を接触させることにより、二酸化炭素を分離することができる。
これら混合気体の分離や濃縮の条件は、対象とする気体種や組成等に応じて、それ自体既知の条件を採用すればよい。
In addition, carbon dioxide has high permeability with respect to the zeolite membrane used in the present invention. Therefore, carbon dioxide can be separated by bringing the zeolite membrane into contact with, for example, a combustion gas containing carbon dioxide or nitrogen.
The conditions for separating and concentrating these mixed gases may be those known per se according to the target gas species, composition, and the like.

混合気体の分離に用いるゼオライト膜複合体を有する分離膜モジュールの形態としては、平膜型、スパイラル型、ホロウファーバー型、円筒型、ハニカム型等が考えられ、適用対象に合わせて最適な形態が選ばれる。
その一つである円筒型分離膜モジュールを説明する。
図1において、円筒型のゼオライト膜複合体1は、ステンレス製の耐圧容器2に格納された状態で恒温槽(図示せず)に設置されている。恒温槽には、試料気体の温度調整が可能なように、温度制御装置が付設されている。
As a form of the separation membrane module having the zeolite membrane composite used for the separation of the mixed gas, a flat membrane type, a spiral type, a hollow fiber type, a cylindrical type, a honeycomb type, and the like can be considered, and an optimum form according to the application target is provided. To be elected.
One example is a cylindrical separation membrane module.
In FIG. 1, a cylindrical zeolite membrane composite 1 is installed in a thermostatic chamber (not shown) in a state of being stored in a pressure vessel 2 made of stainless steel. A temperature control device is attached to the thermostat so that the temperature of the sample gas can be adjusted.

円筒型のゼオライト膜複合体1の一端は、円柱状のエンドピン3で密封されている。他端は接続部4で接続され、接続部4の他端は、耐圧容器2と接続されている。円筒型のゼオライト膜複合体の内側と、透過気体8を排出する配管11が、接続部4を介して接続されており、配管11は、耐圧容器2の外側に伸びている。耐圧容器2には、試料気体の供給側の圧力を測る圧力計5が接続されている。各接続部は気密性よく接続されている。   One end of the cylindrical zeolite membrane composite 1 is sealed with a cylindrical end pin 3. The other end is connected by a connecting portion 4, and the other end of the connecting portion 4 is connected to the pressure vessel 2. An inner side of the cylindrical zeolite membrane composite and a pipe 11 for discharging the permeated gas 8 are connected via the connection portion 4, and the pipe 11 extends to the outside of the pressure-resistant vessel 2. A pressure gauge 5 for measuring the pressure on the supply side of the sample gas is connected to the pressure vessel 2. Each connection part is connected with good airtightness.

図1において、円筒型のゼオライト膜複合体1は、ステンレス製の耐圧容器2に格納された状態で、恒温槽(図示せず)に設置されている。恒温槽には、試料気体の温度調整が可能なように、温度制御装置が付設されている。
円筒型のゼオライト膜複合体1の一端は、円形のエンドピン3で密封されている。他端は、接続部4で接続され、接続部4の他端は耐圧容器2と接続されている。円筒型のゼオライト膜複合体1の内側と透過気体8を排出する配管11が、接続部4を介して接続されており、配管11は、耐圧容器2の外側に伸びている。また、ゼオライト膜複合体1には、配管11を経由して、スイープ気体9を供給する配管12が挿入されている。さらに、耐圧容器2に通ずるいずれかの箇所には、試料気体(混合気体)の供給側の圧力を測る圧力計5、供給側の圧力を調整する背圧弁6が接続されている。各接続部は気密性よく接続されている。
In FIG. 1, a cylindrical zeolite membrane composite 1 is installed in a thermostatic chamber (not shown) in a state of being stored in a pressure vessel 2 made of stainless steel. A temperature control device is attached to the thermostat so that the temperature of the sample gas can be adjusted.
One end of the cylindrical zeolite membrane composite 1 is sealed with a circular end pin 3. The other end is connected by a connection portion 4, and the other end of the connection portion 4 is connected to the pressure vessel 2. A pipe 11 that discharges the permeate gas 8 and the inside of the cylindrical zeolite membrane composite 1 are connected via a connecting portion 4, and the pipe 11 extends to the outside of the pressure vessel 2. A pipe 12 for supplying the sweep gas 9 is inserted into the zeolite membrane composite 1 via the pipe 11. Furthermore, a pressure gauge 5 for measuring the pressure on the supply side of the sample gas (mixed gas) and a back pressure valve 6 for adjusting the pressure on the supply side are connected to any part that communicates with the pressure vessel 2. Each connection part is connected with good airtightness.

試料気体(供給気体7)を、一定の流量で耐圧容器2とゼオライト膜複合体1の間に供給し、背圧弁6により供給側の圧力を一定とする。気体は膜1の内外の分圧差に応じて膜1を透過し、配管11を通じて排出される。
混合気体からの気体分離温度としては、0から500℃の範囲内で行なわれる。膜の分離特性から考えると室温から100℃の範囲内が望ましい。
A sample gas (supply gas 7) is supplied between the pressure vessel 2 and the zeolite membrane composite 1 at a constant flow rate, and the pressure on the supply side is made constant by the back pressure valve 6. The gas passes through the membrane 1 according to the partial pressure difference between the inside and outside of the membrane 1 and is discharged through the pipe 11.
The gas separation temperature from the mixed gas is 0 to 500 ° C. Considering the separation characteristics of the membrane, the temperature is preferably within the range of room temperature to 100 ° C.

以下、実験例(実施例、比較例)に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実験例により限定されるものではない。
なお、以下の実施例における各種の製造条件や評価結果の値は、本発明の実施態様における上限または下限の好ましい値としての意味をもつものであり、好ましい範囲は、前記上限または下限の値と下記実施例の値または実施例同士の値との組合せで規定される範囲であってもよい。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on experimental examples (Examples and Comparative Examples). However, the present invention is not limited to the following experimental examples unless it exceeds the gist.
In addition, the values of various production conditions and evaluation results in the following examples have meanings as preferable values of the upper limit or the lower limit in the embodiment of the present invention, and the preferable range is the value of the upper limit or the lower limit. It may be a range defined by a combination of values of the following examples or values of the examples.

(実施例1)
無機多孔質支持体とCHA型ゼオライト膜の膜複合体は、CHA型ゼオライトを無機多孔質支持体上に直接水熱合成することで次のとおり作製した。
水熱合成用の反応混合物として、以下のものを調製した。
水酸化リチウム1水和物0.29gと1mol/L−KOH水溶液13.9gと水104.0gを混合したものに水酸化アルミニウム(Al 53.5質量%含有、アルドリッチ社製)1.32gを加えて撹拌し溶解させ、透明溶液とした。これに有機テンプレートとして、N,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアンモニウムヒドロキシド(以下これを「TMADAOH」という。)水溶液(TMADAOH 25質量%含有、セイケム社製)2.35gを加え、さらにコロイダルシリカ(日産化学社製 スノーテック−40)10.4gを加えて2時間撹拌し、反応混合物とした。
Example 1
A membrane complex of an inorganic porous support and a CHA-type zeolite membrane was prepared as follows by directly hydrothermally synthesizing CHA-type zeolite on the inorganic porous support.
The following was prepared as a reaction mixture for hydrothermal synthesis.
Aluminum hydroxide (containing 53.5% by mass of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich) mixed with 0.29 g of lithium hydroxide monohydrate, 13.9 g of 1 mol / L-KOH aqueous solution, and 104.0 g of water 1 .32 g was added and stirred to dissolve to obtain a transparent solution. As an organic template, 2.35 g of an aqueous solution of N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide (hereinafter referred to as “TMADAOH”) (containing 25% by mass of TMADAOH, manufactured by Seychem) was added, and colloidal. 10.4 g of silica (Snowtech-40 manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added and stirred for 2 hours to obtain a reaction mixture.

この反応混合物の組成(モル比)は、SiO/Al/LiOH/KOH/H
O/TMADAOH=1/0.1/0.1/0.2/100/0.04、SiO/Al=10である。
無機多孔質支持体としてムライトチューブ(外径12mm、内径9mm)を80mmの長さに切断し、超音波洗浄機で洗浄したのち乾燥させたものを用いた。
The composition (molar ratio) of this reaction mixture was SiO 2 / Al 2 O 3 / LiOH / KOH / H 2
O / TMADAOH = 1 / 0.1 / 0.1 / 0.2 / 100 / 0.04 and SiO 2 / Al 2 O 3 = 10.
As the inorganic porous support, a mullite tube (outer diameter 12 mm, inner diameter 9 mm) was cut to a length of 80 mm, washed with an ultrasonic cleaner and dried.

種結晶として、SiO/Al/NaOH/KOH/HO/TMADAOH=1/0.033/0.1/0.06/40/0.07のゲル組成(モル比)で160℃、2日間水熱合成して結晶化させたCHA型ゼオライトを用いた。 この種結晶を1質量%水中に分散させた分散液に、上記支持体を所定時間浸漬した後、100℃で5時間乾燥させて、種結晶を付着させた。付着した種結晶の質量は1.9g/mであった。 As a seed crystal, the gel composition (molar ratio) of SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2 O / TMADAOH = 1 / 0.033 / 0.1 / 0.06 / 40 / 0.07 is 160. A CHA-type zeolite crystallized by hydrothermal synthesis at 2 ° C. for 2 days was used. The support was immersed in a dispersion obtained by dispersing the seed crystal in 1% by mass of water for a predetermined time, and then dried at 100 ° C. for 5 hours to adhere the seed crystal. The mass of the attached seed crystal was 1.9 g / m 2 .

このように種結晶を付着させた支持体と、同様に種結晶を付着させた支持体2本の合計3本を、上記反応混合物の入ったテフロン(登録商標)製内筒(200ml)に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し、静置状態で、160℃、48時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後に支持体−ゼオライト膜複合体を反応混合物から取り出し、洗浄後100℃で2時間以上乾燥させた。   A total of three of the support to which the seed crystal was attached in this way and two supports to which the seed crystal was similarly attached was perpendicular to the Teflon (registered trademark) inner cylinder (200 ml) containing the reaction mixture. The autoclave was sealed by dipping in the direction, and was heated in a stationary state at 160 ° C. for 48 hours under an autogenous pressure. After the elapse of a predetermined time, the support-zeolite membrane complex was taken out of the reaction mixture after being allowed to cool, and dried at 100 ° C. for 2 hours or more after washing.

テンプレート焼成前のゼオライトの膜複合体を電気炉で500℃、5時間焼成した。焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの質量は146g/mであった。
このように得たゼオライト膜複合体を、次のように表面処理した。イソプロピルアルコールにメチルシリケートオリゴマー(MKC(登録商標)シリケート、MS−51、三菱化学社製)を30質量%で混合した溶液に、上部の端面には空気孔を設けた栓をし、下部
の端面には孔のない栓をしたゼオライト膜複合体を室温で5秒程度漬けて引き上げた。その後風乾し、さらに底に水約1gを入れたテフロン(登録商標)製内筒に治具を用いて垂直に立てていれオートクレーブを密閉し、100℃で6時間加熱し、所定時間経過後、放冷した後でゼオライト膜複合体を取り出し、さらに150℃で1h加熱処理した。
The zeolite membrane composite before template firing was fired in an electric furnace at 500 ° C. for 5 hours. The mass of the CHA-type zeolite crystallized on the support, which was determined from the difference between the mass of the membrane composite after firing and the mass of the support, was 146 g / m 2 .
The zeolite membrane composite thus obtained was surface treated as follows. A solution in which methyl silicate oligomer (MKC (registered trademark) silicate, MS-51, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) is mixed at 30% by mass with isopropyl alcohol is capped with an air hole on the upper end surface, and the lower end surface The zeolite membrane composite with plugs without holes was soaked at room temperature for about 5 seconds and pulled up. Then air-dried, and a Teflon (registered trademark) inner cylinder filled with about 1 g of water at the bottom, standing vertically using a jig, sealing the autoclave, heating at 100 ° C. for 6 hours, and after a predetermined time, After allowing to cool, the zeolite membrane composite was taken out and further heat-treated at 150 ° C. for 1 h.

このゼオライト膜複合体について、SEM−EDXにより測定したゼオライト膜自体のSiO/Alモル比は33.6、XPSにより測定したゼオライト膜表面のSiO/Alモル比は200であり表面のSiの割合が高いことがわかる。
得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて以下方法にて50℃で単成分気体透過評価を行なった。得られたCO/N、He/CHのパーミエンス比、Heのパーミエンスを表1に示す。CO/Nのパーミエンス比は35、He/CHパーミエンス比は145であり、高い分離性能の膜となっていることがわかった。
This zeolite membrane composite, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane itself was measured by SEM-EDX is 33.6, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane surface as measured by XPS 200 It can be seen that the ratio of Si on the surface is high.
Using the obtained inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite, single component gas permeation evaluation was performed at 50 ° C. by the following method. The obtained CO 2 / N 2 , He / CH 4 permeance ratio, and He permeance are shown in Table 1. The CO 2 / N 2 permeance ratio was 35 and the He / CH 4 permeance ratio was 145, indicating that the membrane had high separation performance.

得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて、図1に示した装置を用いて、50℃で空気の分離評価を行なった。得られた分離結果を表1に示す。分離後の酸素濃度は44%であり、高い分離性能で、高い濃度の酸素が得られることがわかった。
尚、上記実施例において、物性や分離性能等の測定は次のとおり行った。
Using the obtained inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite, air separation was evaluated at 50 ° C. using the apparatus shown in FIG. The obtained separation results are shown in Table 1. The oxygen concentration after separation was 44%, and it was found that a high concentration of oxygen could be obtained with high separation performance.
In the above examples, the physical properties and separation performance were measured as follows.

<物性及び分離性能の測定>
(1)SEM−EDX測定
ゼオライト膜のSEM−EDX測定を、以下の条件で行った。
・装置名:SEM:FE−SEM Hitachi:S−4800
EDX:EDAX Genesis
・加速電圧:10kV
倍率5000倍での視野全面(25μm×18μm)を走査し、X線定量分析を行った。
このSEM−EDX測定により、生成したゼオライト膜自体のSiO2/Al2O3モル比を求めた。なお、SEM−EDX測定において、X線の照射エネルギーを10kV程度とすることにより数ミクロンのゼオライト膜のみの情報を得ることができる。
<Measurement of physical properties and separation performance>
(1) SEM-EDX measurement SEM-EDX measurement of the zeolite membrane was performed under the following conditions.
-Device name: SEM: FE-SEM Hitachi: S-4800
EDX: EDAX Genesis
・ Acceleration voltage: 10 kV
The entire field of view (25 μm × 18 μm) at a magnification of 5000 was scanned, and X-ray quantitative analysis was performed.
By this SEM-EDX measurement, the SiO2 / Al2O3 molar ratio of the produced zeolite membrane itself was determined. In the SEM-EDX measurement, information on only the zeolite membrane of several microns can be obtained by setting the X-ray irradiation energy to about 10 kV.

(2)XPS測定
ゼオライト膜表面のXPS(X線光電子分光法)測定を、以下の条件で行った。
・装置名:PHI社製 Quantum2000
・X線源:単色化Al−Kα、出力 16kV−34W(X線発生面積170μmφ)
・帯電中和:電子銃(5μA)、イオン銃(2V)併用
・分光系:パルスエネルギー 187.85eV@ワイドスペクトル
117.40eV@ナロースペクトル(Al2p)
29.35eV@ナロースペクトル(C1s,O1s,Si
2p)
・測定領域:スポット照射(照射面積<340μmφ)
・取り出し角:45°(表面より)
このXPS測定により、生成したゼオライト膜表面のSiO/Alモル比を求めた。
(2) XPS measurement XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) measurement of the zeolite membrane surface was performed under the following conditions.
・ Device name: Quantum2000 manufactured by PHI
-X-ray source: Monochromatic Al-Kα, output 16 kV-34 W (X-ray generation area 170 μmφ)
・ Charge neutralization: Combined use of electron gun (5μA) and ion gun (2V) ・ Spectroscopic system: Pulse energy 187.85 eV @ Wide spectrum
117.40 eV @ narrow spectrum (Al2p)
29.35 eV @ narrow spectrum (C1s, O1s, Si
2p)
Measurement area: Spot irradiation (irradiation area <340 μmφ)
・ Extraction angle: 45 ° (from the surface)
By this XPS measurement, the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio on the surface of the produced zeolite membrane was determined.

(3)単成分気体透過評価
単成分気体透過試験は、図1に模式的に示す装置を用いて、以下のとおり行った。用いた試料気体は、二酸化炭素(純度99.9%、高圧気体工業社製)、メタン(純度99.999%、ジャパンファインプロダクツ製)、窒素(純度99.99%、東邦酸素工業製
)、ヘリウム(純度99.99、ジャパンヘリウムセンター製)である。
(3) Single component gas permeation evaluation The single component gas permeation test was performed as follows using the apparatus schematically shown in FIG. The sample gases used were carbon dioxide (purity 99.9%, manufactured by High Pressure Gas Industries), methane (purity 99.999%, manufactured by Japan Fine Products), nitrogen (purity 99.99%, manufactured by Toho Oxygen Industries), Helium (purity 99.99, manufactured by Japan Helium Center).

図1において、円筒型のゼオライト膜複合体1は、ステンレス製の耐圧容器2に格納された状態で恒温槽(図示せず)に設置されている。恒温槽には、試料気体の温度調整が可能なように、温度制御装置が付設されている。
円筒型のゼオライト膜複合体1の一端は、円柱状のエンドピン3で密封されている。他端は接続部4で接続され、接続部4の他端は、耐圧容器2と接続されている。円筒型のゼオライト膜複合体の内側と、透過気体8を排出する配管11が、接続部4を介して接続されており、配管11は、耐圧容器2の外側に伸びている。耐圧容器2には、試料気体の供給側の圧力を測る圧力計5が接続されている。各接続部は気密性よく接続されている。
図1において、円筒型のゼオライト膜複合体1は、ステンレス製の耐圧容器2に格納された状態で、恒温槽(図示せず)に設置されている。恒温槽には、試料気体の温度調整が可能なように、温度制御装置が付設されている。
In FIG. 1, a cylindrical zeolite membrane composite 1 is installed in a thermostatic chamber (not shown) in a state of being stored in a pressure vessel 2 made of stainless steel. A temperature control device is attached to the thermostat so that the temperature of the sample gas can be adjusted.
One end of the cylindrical zeolite membrane composite 1 is sealed with a cylindrical end pin 3. The other end is connected by a connecting portion 4, and the other end of the connecting portion 4 is connected to the pressure vessel 2. An inner side of the cylindrical zeolite membrane composite and a pipe 11 for discharging the permeated gas 8 are connected via the connection portion 4, and the pipe 11 extends to the outside of the pressure-resistant vessel 2. A pressure gauge 5 for measuring the pressure on the supply side of the sample gas is connected to the pressure vessel 2. Each connection part is connected with good airtightness.
In FIG. 1, a cylindrical zeolite membrane composite 1 is installed in a thermostatic chamber (not shown) in a state of being stored in a pressure vessel 2 made of stainless steel. A temperature control device is attached to the thermostat so that the temperature of the sample gas can be adjusted.

円筒型のゼオライト膜複合体1の一端は、円形のエンドピン3で密封されている。他端は、接続部4で接続され、接続部4の他端は耐圧容器2と接続されている。円筒型のゼオライト膜複合体1の内側と透過気体8を排出する配管11が、接続部4を介して接続されており、配管11は、耐圧容器2の外側に伸びている。また、ゼオライト膜複合体1には、配管11を経由して、スイープ気体9を供給する配管(スイープ気体導入用配管)12が挿入されている。さらに、耐圧容器2に通ずるいずれかの箇所には、試料気体の供給側の圧力を測る圧力計5、供給側の圧力を調整する背圧弁6が接続されている。各接続部は気密性よく接続されている。   One end of the cylindrical zeolite membrane composite 1 is sealed with a circular end pin 3. The other end is connected by a connection portion 4, and the other end of the connection portion 4 is connected to the pressure vessel 2. A pipe 11 that discharges the permeate gas 8 and the inside of the cylindrical zeolite membrane composite 1 are connected via a connecting portion 4, and the pipe 11 extends to the outside of the pressure vessel 2. Further, a pipe (sweep gas introduction pipe) 12 for supplying the sweep gas 9 is inserted into the zeolite membrane composite 1 via the pipe 11. Furthermore, a pressure gauge 5 for measuring the pressure on the supply side of the sample gas and a back pressure valve 6 for adjusting the pressure on the supply side are connected to any part that communicates with the pressure vessel 2. Each connection part is connected with good airtightness.

図1の装置において、単成分気体透過試験を行う場合は、試料気体(供給気体7)を、一定の流量で耐圧容器2とゼオライト膜複合体1の間に供給し、背圧弁6により供給側の圧力を一定とする。配管11から排出される排出気体10の流量を測定する。
さらに具体的には、水分や空気などの成分を除去するため、測定温度以上での乾燥、及び、排気若しくは使用する供給気体によるパージ処理をした後、試料温度及びゼオライト膜複合体1の供給気体7側と透過気体8側の差圧を一定として、透過気体流量が安定したのちに、ゼオライト膜複合体1を透過した試料気体(透過気体8)の流量を測定し、気体のパーミエンス[mol・(m・s・Pa)−1]を算出する。パーミエンスを計算する際の圧力は、供給気体の供給側と透過側の圧力差(差圧)を用いる。
In the apparatus of FIG. 1, when performing a single component gas permeation test, a sample gas (supply gas 7) is supplied between the pressure-resistant container 2 and the zeolite membrane complex 1 at a constant flow rate, and is supplied by a back pressure valve 6. The pressure of is constant. The flow rate of the exhaust gas 10 discharged from the pipe 11 is measured.
More specifically, in order to remove components such as moisture and air, the sample temperature and the supply gas of the zeolite membrane composite 1 are supplied after drying at a temperature higher than the measurement temperature and purging with a supply gas to be exhausted or used. The flow rate of the sample gas (permeate gas 8) permeated through the zeolite membrane composite 1 was measured after the permeate gas flow rate was stabilized with the differential pressure between the 7 side and the permeate gas 8 side constant, and the gas permeance [mol · (M 2 · s · Pa) −1 ] is calculated. As the pressure for calculating the permeance, a pressure difference (differential pressure) between the supply side and the permeation side of the supply gas is used.

上記測定結果に基づき、理想分離係数αを下記式(1)により算出する。
α=(Q/Q)/(P/P) (1)
〔式(1)中、QおよびQは、それぞれ、透過性の高い気体および透過性の低い気体の透過量[mol・(m・s)−1]を示し、PおよびPは、それぞれ、供給気体である透過性の高い気体および透過性の低い気体の圧力[Pa]を示す。〕
Based on the measurement result, the ideal separation coefficient α is calculated by the following equation (1).
α = (Q 1 / Q 2 ) / (P 1 / P 2 ) (1)
Wherein (1), Q 1 and Q 2, respectively, the amount of transmission of high permeability gas and low permeability gas indicates [mol · (m 2 · s ) -1], P 1 and P 2 Respectively show the pressure [Pa] of the highly permeable gas and the low permeable gas that are the supply gas. ]

(4)混合気体透過試験
ゼオライト膜複合体の混合気体透過試験は、図1に模式的に示す装置を用いて、以下のとおり行った。用いた試料気体は、圧縮空気である。
図1において、円筒型のゼオライト膜複合体1は、ステンレス製の耐圧容器2に格納された状態で、恒温槽(図示せず)に設置されている。高温槽には、試料気体の温度調整が可能なように、温度制御装置が付設されている。
円筒型のゼオライト膜複合体1の一端は、円形のエンドピン3で密封されている。他端は、接続部4で接続され、接続部4の他端は耐圧容器2と接続されている。円筒型のゼオライト膜複合体の内側と透過気体8を排出する配管11が、接続部4を介して接続されており、配管11は、耐圧容器2の外側に伸びている。また、ゼオライト膜複合体1には、配管11を経由して、スイープ気体9を供給する配管12が挿入されている。さらに、耐圧容器2には、試料気体の供給側の圧力を測る圧力計5、供給側の圧力を調整する背圧弁
6が接続されている。各接続部は気密性よく接続されている。
(4) Mixed gas permeation test The mixed gas permeation test of the zeolite membrane composite was performed as follows using the apparatus schematically shown in FIG. The sample gas used is compressed air.
In FIG. 1, a cylindrical zeolite membrane composite 1 is installed in a thermostatic chamber (not shown) in a state of being stored in a pressure vessel 2 made of stainless steel. A temperature control device is attached to the high-temperature bath so that the temperature of the sample gas can be adjusted.
One end of the cylindrical zeolite membrane composite 1 is sealed with a circular end pin 3. The other end is connected by a connection portion 4, and the other end of the connection portion 4 is connected to the pressure vessel 2. A pipe 11 that discharges the permeate gas 8 and the inside of the cylindrical zeolite membrane composite are connected via the connection portion 4, and the pipe 11 extends to the outside of the pressure vessel 2. A pipe 12 for supplying the sweep gas 9 is inserted into the zeolite membrane composite 1 via the pipe 11. Further, a pressure gauge 5 for measuring the pressure on the supply side of the sample gas and a back pressure valve 6 for adjusting the pressure on the supply side are connected to the pressure vessel 2. Each connection part is connected with good airtightness.

図1の装置において、試料気体(供給気体7)を、一定の流量で耐圧容器2とゼオライト膜複合体1の間に供給し、背圧弁6により供給側の圧力を一定とする。一方、スイープ気体9を配管12から、ゼオライト膜複合体1の内側に流し、配管11から排出される排出気体(スイープ気体9の排出気体及び同伴された透過気体8)の流量を測定するとともに、排出気体を分取して気体クロマトグラフによる成分分析を行う。   In the apparatus of FIG. 1, the sample gas (supply gas 7) is supplied between the pressure-resistant container 2 and the zeolite membrane composite 1 at a constant flow rate, and the pressure on the supply side is made constant by the back pressure valve 6. On the other hand, the sweep gas 9 is caused to flow from the pipe 12 to the inside of the zeolite membrane complex 1, and the flow rate of the exhaust gas discharged from the pipe 11 (the exhaust gas of the sweep gas 9 and the accompanying permeated gas 8) is measured. The exhaust gas is collected and component analysis is performed by gas chromatography.

このときの、ゼオライト膜複合体1を透過した各成分気体の流速を、上記のとおり測定し、気体の透過量[mol・(m・s)−1]を算出する。
上記測定結果に基づき、分離係数α’を下記式(2)により算出する。
α’=(Q’/Q’)/(P’/P’) (2)
〔式(2)中、Q’およびQ’は、それぞれ、透過性の高い気体および透過性の低い気体の透過量[mol・(m・s)−1]を示し、P’およびP’は、それぞれ、供給気体中の透過性の高い気体および透過性の低い気体の分圧[Pa]を示す。〕
At this time, the flow velocity of each component gas that has passed through the zeolite membrane composite 1 is measured as described above, and the gas permeation [mol · (m 2 · s) −1 ] is calculated.
Based on the measurement result, the separation coefficient α ′ is calculated by the following formula (2).
α ′ = (Q ′ 1 / Q ′ 2 ) / (P ′ 1 / P ′ 2 ) (2)
Wherein (2), Q '1 and Q' 2, respectively, represents the permeability of the high permeability gas and low permeability gas [mol · (m 2 · s ) -1], P '1 And P ′ 2 indicate the partial pressure [Pa] of the highly permeable gas and the low permeable gas in the supply gas, respectively. ]

(比較例1)
実施例1と同様に無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作成した。付着した種結晶の質量は0.7g/mであり、焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの質量は140g/mであった。このように得たゼオライト膜複合体を次のように表面処理した。テトラエトキシシランに、上部の端面には空気孔を設けた栓をし、下部の端面には孔のない栓をしたゼオライト膜複合体を室温で5秒程度漬けて引き上げた。その後風乾し、さらに底に水約1gを入れたテフロン(登録商標)製内筒に治具を用いて垂直に立てていれオートクレーブを密閉し、100℃で6時間加熱し、所定時間経過後、放冷した後でゼオライト膜複合体を取り出し、さらに150℃で1h加熱処理した。
(Comparative Example 1)
In the same manner as in Example 1, an inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was prepared. The mass of the attached seed crystal is 0.7 g / m 2 , and the mass of the CHA-type zeolite crystallized on the support determined from the difference between the mass of the membrane composite after firing and the mass of the support is 140 g / m 2. It was m 2. The zeolite membrane composite thus obtained was surface treated as follows. Tetraethoxysilane was plugged with a plug having an air hole on the upper end face and a plug having no hole on the lower end face, soaked at room temperature for about 5 seconds and pulled up. Then air-dried, and a Teflon (registered trademark) inner cylinder filled with about 1 g of water at the bottom, standing vertically using a jig, sealing the autoclave, heating at 100 ° C. for 6 hours, and after a predetermined time, After allowing to cool, the zeolite membrane composite was taken out and further heat-treated at 150 ° C. for 1 h.

このゼオライト膜複合体について、XPSにより測定したゼオライト膜表面のSiO/Alモル比は23.0でありテトラエトキシシランで処理することで表面のSiの割合が増加したため値が大きくなっていると考えられる。
得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて実施例1と同様に50℃で単成分気体透過評価を行なった。得られたCO/N、He/CHのパーミエンス比、Heのパーミエンスを表1に示す。CO/Nのパーミエンス比は17、He/CHパーミエンス比は17であった。
For this zeolite membrane composite, the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio on the zeolite membrane surface measured by XPS was 23.0, and treatment with tetraethoxysilane increased the proportion of Si on the surface, increasing the value. It is thought that.
Using the obtained inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite, single component gas permeation evaluation was performed at 50 ° C. in the same manner as in Example 1. The obtained CO 2 / N 2 , He / CH 4 permeance ratio, and He permeance are shown in Table 1. The CO 2 / N 2 permeance ratio was 17, and the He / CH 4 permeance ratio was 17.

得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて、図1に示した装置を用いて、50℃で空気の分離評価を行なった。得られた分離結果を表1に示す。分離後の酸素濃度は27%であり、濃度は十分でなかった。   Using the obtained inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite, air separation was evaluated at 50 ° C. using the apparatus shown in FIG. The obtained separation results are shown in Table 1. The oxygen concentration after separation was 27%, and the concentration was not sufficient.

Figure 0006217242
Figure 0006217242

(実施例2)
無機多孔質支持体CHA型ゼオライト膜複合体は、CHA型ゼオライトを無機多孔質支持体上に直接水熱合成することで次のとおり作製した。
水熱合成用の反応混合物として、以下のものを調製した。
1mol/L−NaOH水溶液10.5gと1mol/L−KOH水溶液7.0gと水100.5gを混合したものに水酸化アルミニウム(Al 53.5質量%含有、アルドリッチ社製)0.88gを加えて撹拌し溶解させ、透明溶液とした。これに有機テンプレートとして、N,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアンモニウムヒドロキシド(以下これを「TMADAOH」という。)水溶液(TMADAOH 25質量%含有、セイケム社製)2.36gを加え、さらにコロイダルシリカ(日産化学社製 スノーテック−40)10.5gを加えて2時間撹拌し、反応混合物とした。
(Example 2)
The inorganic porous support CHA-type zeolite membrane composite was prepared as follows by directly hydrothermally synthesizing CHA-type zeolite on the inorganic porous support.
The following was prepared as a reaction mixture for hydrothermal synthesis.
Aluminum hydroxide (containing 53.5% by mass of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich) mixed with 10.5 g of 1 mol / L-NaOH aqueous solution, 7.0 g of 1 mol / L-KOH aqueous solution and 100.5 g of water 88 g was added, stirred and dissolved to obtain a transparent solution. As an organic template, 2.36 g of an aqueous solution of N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide (hereinafter referred to as “TMADAOH”) (containing 25% by mass of TMADAOH, manufactured by Seychem) was added, and colloidal. 10.5 g of silica (Snowtech-40, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was added and stirred for 2 hours to obtain a reaction mixture.

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

種結晶として、SiO/Al/NaOH/KOH/HO/TMADAOH=1/0.033/0.1/0.06/40/0.07のゲル組成(モル比)で160℃、2日間水熱合成して結晶化させたCHA型ゼオライトを用いた。この種結晶の粒径は1μm程度であった。
この種結晶を1質量%水中に分散させた分散液に、上記支持体を所定時間浸漬した後、100℃で5時間乾燥させて、種結晶を付着させた。付着した種結晶の質量は0.9g/mであった。
As a seed crystal, the gel composition (molar ratio) of SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2 O / TMADAOH = 1 / 0.033 / 0.1 / 0.06 / 40 / 0.07 is 160. A CHA-type zeolite crystallized by hydrothermal synthesis at 2 ° C. for 2 days was used. The seed crystal grain size was about 1 μm.
The support was immersed in a dispersion obtained by dispersing the seed crystal in 1% by mass of water for a predetermined time, and then dried at 100 ° C. for 5 hours to adhere the seed crystal. The mass of the attached seed crystal was 0.9 g / m 2 .

この種結晶を付着させた支持体を、上記反応混合物の入ったテフロン(登録商標)製内筒(200ml)に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し、静置状態で、160℃48時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後に支持体−ゼオライト膜複合体を反応混合物から取り出し、洗浄後100℃で5時間以上乾燥させた。
テンプレート焼成前のゼオライトの膜複合体を電気炉で500℃、5時間焼成した。焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの質量は130g/mであった。
The support to which the seed crystal was attached was immersed in a Teflon (registered trademark) inner cylinder (200 ml) containing the above reaction mixture in the vertical direction to seal the autoclave, and left standing at 160 ° C. for 48 hours. Heated under autogenous pressure. After the elapse of a predetermined time, after cooling, the support-zeolite membrane complex was taken out of the reaction mixture, washed and dried at 100 ° C. for 5 hours or more.
The zeolite membrane composite before template firing was fired in an electric furnace at 500 ° C. for 5 hours. The mass of the CHA-type zeolite crystallized on the support, which was determined from the difference between the mass of the membrane composite after firing and the mass of the support, was 130 g / m 2 .

焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は60L/(m・h)であった。
生成した膜のXRDを測定したところCHA型ゼオライトが生成していることがわかった。
XRDパターンから、(2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=3.5であり、種結晶に用いた粉末のCHA型ゼオライトのXRDに比べ2θ=17.9°付近のピークの強度が顕著に大きく、rhombohedral settingにおける(1,1,1)面への配向が推測された。
The air permeation amount of the zeolite membrane composite after calcination was 60 L / (m 2 · h).
When XRD of the produced membrane was measured, it was found that CHA-type zeolite was produced.
From the XRD pattern, (the intensity of the peak near 2θ = 17.9 °) / (the intensity of the peak near 2θ = 20.8 °) = 3.5, and the XRD of the CHA-type zeolite of the powder used for the seed crystal The peak intensity around 2θ = 17.9 ° was remarkably larger than that in FIG. 2, and the orientation to the (1,1,1) plane in the rhombohedral setting was estimated.

無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体をSEMで観測した結果、表面に結晶が緻密に生成していた。
このゼオライト膜複合体の上下をシリコンゴム栓で栓をした後に、メチルシリケートオリゴマー(MKC(登録商標)シリケート MS51、三菱化学社製、Siの数(4〜11)、SiO含有量として52.0±1.0%)にゼオライト膜複合体全体が浸漬するように浸漬した後、5秒間保持してからゼオライト膜複合体を引上げ、1時間静置した後に水を共存させた乾燥機内で、100℃で4時間加熱する表面処理を行った。
As a result of observing the inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite with SEM, crystals were densely formed on the surface.
After the top and bottom of the zeolite membrane composite were plugged with silicon rubber plugs, methyl silicate oligomer (MKC (registered trademark) silicate MS51, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, number of Si (4 to 11), SiO 2 content of 52. (0 ± 1.0%) so that the entire zeolite membrane composite is immersed, and after holding for 5 seconds, the zeolite membrane composite is pulled up and left to stand for 1 hour in a dryer in which water coexists. A surface treatment was performed by heating at 100 ° C. for 4 hours.

表面処理を施したゼオライト膜複合体について、SEM−EDXにより測定したゼオラ
イト膜自体のSiO/Alモル比は17、XPSにより測定したゼオライト膜表面のSiO/Alモル比は626.4であった。ゼオライト膜表面のSiO/Alモル比は、ゼオライト膜自体のSiO/Alモル比に比べ大きいため、ゼオライト膜表面がSi化合物で修飾されていると推測される。
For zeolite membrane composite surface-treated, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane itself was measured by SEM-EDX is 17, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the measured zeolite membrane surface by XPS Was 626.4. SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane surface is larger than in the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane itself, the zeolite membrane surface is estimated to have been modified with Si compound.

得られた無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて、ベーパーパーミエーション法により、水/イソプロパノール(IPA)混合溶液(10/90質量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体は120℃の恒温槽内に設置し、水/IPA混合溶液を1.2cm/minの流量で気化器に送液し、全量を気化させて無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体に供給した。 Using the obtained inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite, separation by selectively allowing water to permeate from a water / isopropanol (IPA) mixed solution (10/90% by mass) by a vapor permeation method. went. The inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite is placed in a constant temperature bath at 120 ° C., and the water / IPA mixed solution is sent to the vaporizer at a flow rate of 1.2 cm 3 / min to vaporize the entire amount. The inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was supplied.

4時間後の透過成績は、透過流束:1.9kg/(m・h)、分離係数:198800、透過液中の水の濃度:99.99重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、1.2×10−6mol/(m・s・Pa)であった。評価結果を表2に示す。
尚、上記実施例において、物性や分離性能等の測定は次のとおり行った。
The permeation results after 4 hours were a permeation flux: 1.9 kg / (m 2 · h), a separation factor: 198800, and a water concentration in the permeate: 99.99% by weight. The water permeance was 1.2 × 10 −6 mol / (m 2 · s · Pa). The evaluation results are shown in Table 2.
In the above examples, the physical properties and separation performance were measured as follows.

<物性及び分離性能の測定>
(1)X線回折(XRD)測定 ゼオライト膜のXRD測定を、以下の条件で行った。
・装置名:オランダPANalytical社製X’PertPro MPD
・光学系仕様 入射側:封入式X線管球(CuKα)
Soller Slit (0.04rad)
Divergence Slit (Valiable Sli
t)
試料台:XYZステージ
受光側:半導体アレイ検出器(X’ Celerator)
Ni−filter
Soller Slit (0.04rad)
ゴニオメーター半径:240mm
・測定条件 X線出力(CuKα):45kV、40mA
走査軸:θ/2θ
走査範囲(2θ):5.0−70.0°
測定モード:Continuous
読込幅:0.05°
計数時間:99.7sec
自動可変スリット(Automatic−DS):1mm(照射幅)
横発散マスク:10mm(照射幅)
<Measurement of physical properties and separation performance>
(1) X-ray diffraction (XRD) measurement XRD measurement of the zeolite membrane was performed under the following conditions.
-Device name: X'PertPro MPD manufactured by PANalytical, the Netherlands
Optical system specifications Incident side: Enclosed X-ray tube (CuKα)
Soller Slit (0.04 rad)
Divergence Slit (Variable Sli
t)
Sample stage: XYZ stage
Light receiving side: Semiconductor array detector (X 'Celerator)
Ni-filter
Soller Slit (0.04 rad)
Goniometer radius: 240mm
Measurement conditions X-ray output (CuKα): 45 kV, 40 mA
Scanning axis: θ / 2θ
Scanning range (2θ): 5.0-70.0 °
Measurement mode: Continuous
Reading width: 0.05 °
Counting time: 99.7 sec
Automatic variable slit (Automatic-DS): 1 mm (irradiation width)
Lateral divergence mask: 10 mm (irradiation width)

なお、X線は円筒管の軸方向に対して垂直な方向に照射した。またX線は、できるだけノイズ等が入らないように、試料台においた円筒管状の膜複合体と、試料台表面と平行な面とが接する2つのラインのうち、試料台表面ではなく、試料台表面より上部にあるもう一方のライン上に主にあたるようにした。
また、照射幅を自動可変スリットによって1mmに固定して測定し、Materials Data, Inc.のXRD解析ソフトJADE 7.5.2(日本語版)を用いて可変スリット→固定スリット変換を行ってXRDパターンを得た。
X-rays were irradiated in a direction perpendicular to the axial direction of the cylindrical tube. Also, X-rays are not the sample table surface, but the sample table surface, out of two lines where the cylindrical tubular membrane complex placed on the sample table and the surface parallel to the sample table surface are in contact with each other so that noise and the like do not enter as much as possible. It was made to hit mainly on the other line above the surface.
In addition, the irradiation width was fixed to 1 mm by an automatic variable slit and measured, and Materials Data, Inc. XRD analysis software JADE 7.5.2 (Japanese version) was used to perform variable slit → fixed slit conversion to obtain an XRD pattern.

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

(3)SEM測定
SEM測定は以下の条件に基づき行った。
・装置名:SEM:FE−SEM Hitachi:S−4100
・加速電圧:10kV
(3) SEM measurement SEM measurement was performed based on the following conditions.
Device name: SEM: FE-SEM Hitachi: S-4100
・ Acceleration voltage: 10 kV

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

このSEM−EDX測定により、生成したゼオライト膜自体のSiO/Alモル比を求めた。なお、SEM−EDX測定において、X線の照射エネルギーを10kV程度とすることにより数ミクロンのゼオライト膜のみの情報を得ることができる。 By this SEM-EDX measurement, the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the produced zeolite membrane itself was determined. In the SEM-EDX measurement, information on only the zeolite membrane of several microns can be obtained by setting the X-ray irradiation energy to about 10 kV.

(5)XPS測定
ゼオライト膜表面のXPS(X線光電子分光法)測定を、以下の条件で行った。
・装置名:PHI社製 Quantum2000
・X線源:単色化Al−Kα、出力 16kV−34W(X線発生面積170μmφ)
・帯電中和:電子銃(5μA)、イオン銃(10V)併用
・分光系:パルスエネルギー 187.85eV@ワイドスペクトル
58.70eV@ナロースペクトル(Na1s、Al2
p、Si2p、K2p、S2p)
29.35eV@ワイドスペクトル(C1s、O1s、S
i2p)
・測定領域:スポット照射(照射面積<340μmφ)
・取り出し角:45°(表面より)
このXPS測定により、生成したゼオライト膜表面のSiO/Alモル比を求めた。
(5) XPS measurement XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) measurement of the zeolite membrane surface was performed under the following conditions.
・ Device name: Quantum2000 manufactured by PHI
-X-ray source: Monochromatic Al-Kα, output 16 kV-34 W (X-ray generation area 170 μmφ)
・ Charge neutralization: Combined use of electron gun (5μA) and ion gun (10V) ・ Spectroscopy system: Pulse energy 187.85 eV @ Wide spectrum
58.70 eV @ narrow spectrum (Na1s, Al2
p, Si2p, K2p, S2p)
29.35 eV @ wide spectrum (C1s, O1s, S
i2p)
Measurement area: Spot irradiation (irradiation area <340 μmφ)
・ Extraction angle: 45 ° (from the surface)
By this XPS measurement, the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio on the surface of the produced zeolite membrane was determined.

(6)ベーパーパーミエーション法
ベーパーパーミエーション法に用いた装置の概略図を図2に示す。図2において、被分離液19は送液ポンプ20によって気化器21に所定流量で送られ、気化器21での加熱により全量が気化され、被分離ガスとなる。被分離ガスは恒温槽13内のゼオライト膜複合体モジュール14に導入され、ゼオライト膜複合体の外側に供給される。ゼオライト膜複合体モジュール14は、ゼオライト膜複合体を筐体中に納めたものである。ゼオライト膜複合体は真空ポンプ18によって内側が減圧され、被分離ガスとの圧力差が約1気圧になっている。内側の圧力は、図示はしないがピラニーゲージで測定することができる。この圧力差によって被分離ガス中透過物質の水がゼオライト膜複合体を透過する。透過した物質は透過液捕集用トラップ16で捕集される。一方、被分離ガス中の透過しなかった成分は、被分離液回収用トラップ15で液化、捕集される。
(6) Vapor Permeation Method FIG. 2 shows a schematic diagram of an apparatus used for the vapor permeation method. In FIG. 2, the liquid 19 to be separated is sent to the vaporizer 21 at a predetermined flow rate by the liquid feed pump 20, and the entire amount is vaporized by heating in the vaporizer 21 to become a gas to be separated. The gas to be separated is introduced into the zeolite membrane composite module 14 in the thermostatic chamber 13 and supplied to the outside of the zeolite membrane composite. The zeolite membrane composite module 14 is obtained by housing a zeolite membrane composite in a housing. The inside of the zeolite membrane composite is depressurized by the vacuum pump 18, and the pressure difference with the gas to be separated is about 1 atm. Although not shown, the inner pressure can be measured with a Pirani gauge. Due to this pressure difference, the permeate water in the gas to be separated permeates the zeolite membrane composite. The permeated substance is collected by the permeate collecting trap 16. On the other hand, components that have not permeated in the gas to be separated are liquefied and collected by the liquid collecting trap 15.

一定時間ごとに、透過液捕集用トラップ16に捕集した透過液の質量測定および組成分
析を行い、それらの値を用いて各時間の分離係数、透過流束、水のパーミエンスなどを前記の通り算出した。なお、組成分析はガスクロマトグラフにより行った。
At regular intervals, mass measurement and composition analysis of the permeate collected in the permeate collection trap 16 are performed, and using these values, the separation factor, permeation flux, water permeance, etc. for each time are described above. Calculated as follows. The composition analysis was performed by gas chromatography.

(比較例2)
実施例2と同じ条件で無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。このゼオライト膜複合体を、脱塩水121.5gとテトラエトキシシラン(TEOS)2.5gおよび硝酸1mol/l水溶液13.5gが入ったテフロン(登録商標)製内筒に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し、100℃で20時間、自生圧力下で加熱し、所定時間経過後、放冷した後にゼオライト膜複合体を取りだし、脱塩水で洗浄した。表面処理に用いた処理液のpHは1.3であり、H濃度は0.05mol/l、Si含有量が0.24質量%であった。
(Comparative Example 2)
An inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite was produced under the same conditions as in Example 2. This zeolite membrane composite was immersed vertically in a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing 121.5 g of demineralized water, 2.5 g of tetraethoxysilane (TEOS), and 13.5 g of a 1 mol / l nitric acid aqueous solution. Was sealed, heated at 100 ° C. for 20 hours under an autogenous pressure, allowed to cool after a predetermined time, and then the zeolite membrane composite was taken out and washed with demineralized water. The pH of the treatment liquid used for the surface treatment was 1.3, the H + concentration was 0.05 mol / l, and the Si content was 0.24% by mass.

表面処理を施したゼオライト膜複合体について、SEM−EDXにより測定したゼオライト膜自体のSiO/Alモル比は17、XPSにより測定したゼオライト膜表面のSiO/Alモル比は95.0であった。ゼオライト膜表面のSiO/Alモル比は、ゼオライト膜自体のSiO/Alモル比に比べ大きいため、ゼオライト膜表面がSi化合物で修飾されていると推測される。 For zeolite membrane composite surface-treated, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane itself was measured by SEM-EDX is 17, SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the measured zeolite membrane surface by XPS Was 95.0. SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane surface is larger than in the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane itself, the zeolite membrane surface is estimated to have been modified with Si compound.

表面処理を施した無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を用いて、実施例1と同様に、ベーパーパーミエーション法により、水/イソプロパノール(IPA)混合溶液(10/90質量%)から水を選択的に透過させる分離を行った。
4時間後の透過成績は、透過流束:1.7kg/(m・h)、分離係数:74500、透過液中の水の濃度:99.99重量%であった。水のパーミエンスであらわすと、9.9×10−7mol/(m・s・Pa)であった。評価結果を表2に示す。
Using the surface-treated inorganic porous support-CHA type zeolite membrane composite, from the water / isopropanol (IPA) mixed solution (10/90 mass%) by the vapor permeation method in the same manner as in Example 1. Separation with selective permeation of water was performed.
The permeation results after 4 hours were a permeation flux: 1.7 kg / (m 2 · h), a separation factor: 74500, and a water concentration in the permeate: 99.99% by weight. In terms of water permeance, it was 9.9 × 10 −7 mol / (m 2 · s · Pa). The evaluation results are shown in Table 2.

実施例2及び比較例2の結果より、本発明の製造方法により得られた多孔質支持体−ゼオライト膜複合体は、透過流束、分離係数、パーミエンスともに優れていること分かった。   From the results of Example 2 and Comparative Example 2, it was found that the porous support-zeolite membrane composite obtained by the production method of the present invention was excellent in permeation flux, separation coefficient, and permeance.

Figure 0006217242
Figure 0006217242

本発明により得られる多孔質支持体−ゼオライト膜複合体は、例えば、化学プラント、発酵プラント、精密電子部品工場、電池製造工場等の、例えば含水有機化合物から水を分離し、有機化合物の回収などが必要とされる分野において、特に好適に使用できる。また、例えば、空気、天然ガス、燃焼気体やコークスオーブンガス、ごみ埋め立て場から発生するランドファィルガスなどのバイオガス、石油化学工業で生成、排出されるメタンの水蒸気改質ガスなどの分離または濃縮に使用することや、化学プラント、ゴミ処理場、自動車などの酸素を富加した高酸素濃度の気体が必要とされている分野でも好適に使用できる。   The porous support-zeolite membrane composite obtained by the present invention is, for example, separated from water-containing organic compounds such as chemical plants, fermentation plants, precision electronic component factories, battery manufacturing factories, etc., recovered organic compounds, etc. Can be particularly suitably used in the field where is required. Also, for example, separation or concentration of air, natural gas, combustion gas, coke oven gas, biogas such as land file gas generated from landfill, and steam reformed gas of methane produced and discharged in petrochemical industry It can also be suitably used in fields where oxygen-enriched gas with high oxygen concentration is required, such as chemical plants, garbage disposal plants, and automobiles.

1. ゼオライト膜複合体
2. 耐圧容器
3. エンドピン
4. 接続部
5. 圧力計
6. 背圧弁
7. 供給気体
8. 透過気体
9. スイープ気体
10. 排出気体
11. 配管
12. 配管
13. 恒温槽
14. ゼオライト膜複合体モジュール
15. 被分離液回収用トラップ
16. 透過液捕集用トラップ
17. コールドトラップ
18. 真空ポンプ
19. 被分離液
20. 送液ポンプ
21. 気化器
1. 1. Zeolite membrane composite 2. Pressure vessel End pin 4. Connection part 5. Pressure gauge 6. Back pressure valve 7. Supply gas 8. Permeated gas 9. Sweep gas10. Exhaust gas 11. Piping 12. Piping 13. Constant temperature bath 14. Zeolite membrane composite module 15. Separation liquid collecting trap 16. Permeate collection trap 17. Cold trap 18. Vacuum pump 19. Liquid to be separated20. Liquid feed pump 21. Vaporizer

Claims (4)

気体または液体の混合物の分離または濃縮に用いられる、多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜を有する多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法であって、
多孔質支持体上にゼオライト膜を形成した後、
分子内にSi原子を2以上有する材料で該ゼオライト膜を処理することを特徴とする、
多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法。
A method for producing a porous support-zeolite membrane composite having a zeolite membrane formed on a porous support , used for separation or concentration of a gas or liquid mixture comprising:
After forming the zeolite membrane on the porous support,
Treating the zeolite membrane with a material having two or more Si atoms in the molecule,
A method for producing a porous support-zeolite membrane composite.
該処理が、浸漬処理、滴下処理または噴霧処理である、請求項1に記載の多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法。The method for producing a porous support-zeolite membrane composite according to claim 1, wherein the treatment is an immersion treatment, a dropping treatment or a spraying treatment. 該処理後のゼオライト膜を30℃以上の温度で加熱する、請求項1または2に記載の多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法。The method for producing a porous support-zeolite membrane composite according to claim 1 or 2, wherein the zeolite membrane after the treatment is heated at a temperature of 30 ° C or higher. 分子内にSi原子を2以上有する材料が、アルコキシシラン、有機ケイ素化合物及びシリケートオリゴマーから選ばれる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法。The method for producing a porous support-zeolite membrane composite according to any one of claims 1 to 3, wherein the material having two or more Si atoms in the molecule is selected from alkoxysilanes, organosilicon compounds, and silicate oligomers. .
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