JP6413283B2 - 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、特許文献1では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2では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3では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・濃縮する方法などが提案されている。   As a separation method using a zeolite membrane, for example, Patent Document 1 uses a type A zeolite membrane composite to selectively permeate water to concentrate alcohol, and Patent Document 2 uses a mordenite zeolite membrane composite. A method of selectively permeating water from a mixed system of alcohol and water and concentrating the alcohol. In Patent Document 3, water is selectively permeated from a mixed system of acetic acid and water using a ferrierite-type zeolite membrane composite. A method for separating and concentrating acetic acid has been proposed.

また、特許文献4では、水熱合成によりゼオライト膜を形成した後、テトラエトキシシランなどのSi化合物を含む溶液中に浸漬してゼオライト膜複合体を製造する方法が提案されている。Si化合物を含む溶液中に浸漬することで、ゼオライト膜表面にSi化合物を多く含む層を形成し、膜表面の親水性を向上させ、分離性能を向上させることが出来ると考えられる。また、ゼオライト膜表面をSi化合物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記載されている。   Patent Document 4 proposes a method for producing a zeolite membrane composite by forming a zeolite membrane by hydrothermal synthesis and then immersing it in a solution containing a Si compound such as tetraethoxysilane. It is considered that by immersing in a solution containing a Si compound, a layer containing a large amount of the Si compound is formed on the zeolite membrane surface, the hydrophilicity of the membrane surface is improved, and the separation performance can be improved. Further, it is described that the effect of blocking fine defects existing on the membrane surface can be obtained as a secondary effect by modifying the zeolite membrane surface with a Si compound.

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 国際公開WO2013/125661号パンフレットInternational publication WO2013 / 125661 pamphlet

しかしながら、従来の製造方法により得られるゼオライト膜複合体を気体や液体の混合物の分離に使用しても、十分な分離性能が得られない場合があった。
そこで、本発明では、ゼオライト膜複合体を気体や液体の混合物の分離に使用する際の分離性能の向上を課題とし、そのような高い分離性能を有するゼオライト膜複合体を製造する方法を提供することを課題とする。
However, even when a zeolite membrane composite obtained by a conventional production method is used for separation of a gas or liquid mixture, sufficient separation performance may not be obtained.
Therefore, the present invention aims to improve the separation performance when using the zeolite membrane composite for separation of a gas or liquid mixture, and provides a method for producing a zeolite membrane composite having such a high separation performance. This is the issue.

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、ゼオライト膜表面をSi化合物などにより表面処理する際の支持体の温度を制御することにより、上記課題が解決できることが分かり本発明に到達した。
すなわち、本発明は、多孔質支持体上にゼオライト膜を形成した後に、該ゼオライト膜を表面処理して得られる、多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法であって、ゼオライト膜が形成された多孔質支持体の温度を50℃以上として、表面処理を施すことを特徴とする、多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法に存する。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by controlling the temperature of the support when the zeolite membrane surface is surface-treated with a Si compound or the like. Reached.
That is, the present invention is a method for producing a porous support-zeolite membrane composite obtained by forming a zeolite membrane on a porous support and then surface-treating the zeolite membrane, wherein the zeolite membrane is formed. The present invention resides in a method for producing a porous support-zeolite membrane composite, characterized in that the surface treatment is performed at a temperature of 50 ° C. or higher.

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は十分な処理量と分離性能を両立し、これを分離手段として用いることにより、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. This zeolite membrane composite achieves both sufficient throughput and separation performance. By using this as a separation means, it is possible to separate highly permeable substances and concentrate the mixture from a gas or liquid mixture consisting of multiple components. It becomes.

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、多孔質支持体上にゼオライト膜を形成した後に、該ゼオライト膜を表面処理して得られる、多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法であって、ゼオライト膜が形成された多孔質支持体の温度を50℃以上として、表面処理を施すことを特徴とする。
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 porous support-zeolite membrane composite obtained by forming a zeolite membrane on a porous support and then surface-treating the zeolite membrane. The surface treatment is performed by setting the temperature of the porous support on which the zeolite membrane is formed to 50 ° C. or higher.

以下に、先ず、本発明の特徴となる、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、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、「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 porous support, which is a feature of the present invention, will be described.
In the present specification, the porous support and the zeolite membrane formed thereon may be referred to as “zeolite membrane composite”, which may be abbreviated as “membrane composite”. Further, the “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(例えば、円筒管状、角柱管状)、ハニカム状(例えば円筒状、円柱状や角柱状の孔が多数存在するハニカム状)、モノリスなどが挙げられる。中でも、特に管状支持体が好ましく、特に円筒管状支持体が好ましい。   The shape of the porous support is not particularly limited as long as it can effectively separate a gas mixture or a liquid mixture. Specifically, for example, a flat plate shape, a tubular shape (for example, a cylindrical tubular shape, a prismatic tubular shape), a honeycomb shape, etc. (For example, a honeycomb having a large number of cylindrical, columnar, and prismatic holes), a monolith, and the like. Among these, a tubular support is particularly preferable, and a cylindrical tubular support is particularly preferable.

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、円筒管状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。
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。
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 tubular support, it may be the outer surface or the inner surface, and in some cases both the outer and inner surfaces.
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。例えば円筒管状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 tubular 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>
本発明では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原子を含む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.
Components other than zeolite include inorganic binders such as silica and alumina, organic compounds such as polymers, or materials containing Si atoms that modify the zeolite surface as detailed below, or reactants, etc. May be included. 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。
ゼオライト膜自体のSiO/Alモル比は、通常0.5以上、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。
The zeolite is preferably an aluminosilicate.
The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane itself is usually 0.5 or more, preferably 5 or more, more preferably 8 or more, further preferably 10 or more, particularly preferably 12 or more, preferably 2000 or less. More preferably, it is 1000 or less, More preferably, it is 500 or less, More preferably, it is 100 or less, Most preferably, it is 50 or less.

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.

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。
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。
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.
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.

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。   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CHAである。   In the present invention, preferred zeolite structures are AEI, AFG, CHA, EAB, ERI, ESV, FAR, FRA, GIS, ITE, KFI, LEV, LIO, LOS, LTN, MAR, PAU, RHO, RTH, SOD, More preferred structures are AEI, CHA, ERI, KFI, LEV, PAU, RHO, RTH, UFI, more preferred structures are CHA, LEV, RHO, and the most preferred structure is CHA. is there.

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.

<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、多孔質支持体上にゼオライト膜を形成させた後、ゼオライト膜が形成された多孔質支持体の温度を50℃以上として、Si化合物などにより表面処理を施す。
具体的には、例えば、ゼオライト膜複合体は、多孔質支持体を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。)が入ったオートクレーブなどの耐熱耐圧容器に入れて密閉し、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, after a zeolite membrane is formed on the porous support by hydrothermal synthesis, the temperature of the porous support on which the zeolite membrane is formed is set to 50 ° C. or higher, and the surface treatment is performed with an Si compound or the like. Apply.
Specifically, for example, the zeolite membrane composite contains a reaction mixture for hydrothermal synthesis (hereinafter, this may be referred to as “aqueous reaction mixture”) in which the porous support is adjusted to be uniform in composition. It can be prepared by placing it in a heat and pressure resistant container such as an autoclave, sealing it and heating it 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.

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、好ましくは5以上、より好ましくは8以上、更に好ましくは10以上、特に好ましくは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 preferably 5 or more, more preferably 8 or more, still more preferably 10 or more, and particularly 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。
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。
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.
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.

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。
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。
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.
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。
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.

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.

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。 In ion exchange, the zeolite membrane after calcination (such as when a template is used) is replaced with an ammonium salt such as NH 4 NO 3 or NaNO 3 or an aqueous solution containing ions to be exchanged, and in some cases an acid such as hydrochloric acid. What is necessary is just to perform by the method of washing with water etc. after processing at the temperature of 100 degreeC. Furthermore, you may bake at 200 to 500 degreeC as needed.

<表面処理>
続いて、形成されたゼオライト膜に対して表面処理を施すが、表面処理をする前に本発明ではゼオライト膜が形成された多孔質支持体の温度を50℃以上とすることを特徴とする。
例えばSi化合物により表面処理を施すことにより、ゼオライト膜表面にSi層を形成し、ゼオライト膜に存在するゼオライト結晶間の微細な欠陥径が小さくなり、分離性能を向上させることができると考えられる。
<Surface treatment>
Subsequently, the formed zeolite membrane is subjected to a surface treatment. Before the surface treatment, the present invention is characterized in that the temperature of the porous support on which the zeolite membrane is formed is 50 ° C. or higher.
For example, it is considered that by performing a surface treatment with a Si compound, a Si layer is formed on the surface of the zeolite membrane, the fine defect diameter between the zeolite crystals present in the zeolite membrane is reduced, and the separation performance can be improved.

しかしながら、多孔質支持体−ゼオライト膜複合体を、実際に分離膜として使用する際、多孔質支持体−ゼオライト膜複合体は高い温度条件下に晒される。例えば、フェノール/水の分離では、液体の温度が130℃程度となり、多孔質支持体−ゼオライト膜複合体もまた130℃程度となると推測される。この高い温度条件下においては、多孔質支持体とゼオライト膜との熱膨張率の差が大きくなる。この熱膨張率の差によって、上記表面処
理により塞がれた膜に存在する微細な欠陥が再び広がるのではないかと、本発明者らは推測した。そして、この再び広がった欠陥が分離性能を低下させる原因であると予想し、本発明では欠陥が再び形成されない方法を検討した。
However, when the porous support-zeolite membrane composite is actually used as a separation membrane, the porous support-zeolite membrane composite is exposed to high temperature conditions. For example, in the phenol / water separation, the temperature of the liquid is estimated to be about 130 ° C, and the porous support-zeolite membrane composite is also estimated to be about 130 ° C. Under this high temperature condition, the difference in coefficient of thermal expansion between the porous support and the zeolite membrane increases. The present inventors speculated that fine defects existing in the film blocked by the surface treatment may spread again due to the difference in thermal expansion coefficient. Then, it is predicted that the defect that has spread again is a cause of reducing the separation performance, and in the present invention, a method in which the defect is not formed again was studied.

そこで、ゼオライト膜が形成された多孔質支持体を加熱などの操作により温め、すなわち50℃以上の温度とすることで、熱膨張率の差で生じると予想される欠陥を予め広げておき、広げた状態で表面処理を施すことにより、実際に高温下で分離膜として使用する際に欠陥が生じることを防止するようにできると考えた。
本発明では、表面処理をする前にゼオライト膜が形成された多孔質支持体の温度を50℃以上とすることを特徴とするが、上述の理由により、この温度以上であることを維持したまま表面処理を施すことが好ましい。
Therefore, by heating the porous support on which the zeolite membrane is formed by an operation such as heating, that is, by setting the temperature to 50 ° C. or higher, the defects that are expected to occur due to the difference in the coefficient of thermal expansion are preliminarily spread and widened. It was thought that by performing surface treatment in such a state, defects can be prevented from actually occurring when used as a separation membrane at high temperatures.
The present invention is characterized in that the temperature of the porous support on which the zeolite membrane is formed before the surface treatment is 50 ° C. or higher, but for the reasons described above, the temperature is maintained above this temperature. It is preferable to perform a surface treatment.

多孔質支持体の温度を50℃以上に制御する方法としては、オーブン、電気炉、オイルバス、ウォーターバスなどによる加熱が挙げられ、中でも操作性の観点から、オーブンにより加熱する方法が好ましい。これらの方法は2種以上の方法を組み合わせて用いてもよい。
特に、50℃以上に制御することで、ゼオライト膜表面を乾燥させて、ゼオライト膜表面に吸着した吸着水を除去することが好ましい。例えば、密閉状態で以下詳述する表面処理を施す場合、表面処理に用いる材料と、ゼオライト膜表面に吸着した吸着水とが反応等することにより、ゼオライト膜の性能を低下させる恐れがある。
上記反応等を回避するために、表面処理の前に、多孔質支持体の温度を50℃以上に制御することにより、ゼオライト膜表面に吸着した吸着水を除去することが好ましいが、他の手段により吸着水を除去してもよい。
他の手段としては、例えば、減圧による脱水、乾燥剤による脱水、湿度の低い空気等のガスを吹き込む方法などが挙げられる。
多孔質支持体の温度は、50℃以上であればよく、好ましくは75℃以上、より好ましくは100℃以上、さらに好ましくは125℃以上であり、好ましくは200℃以下であり、より好ましくは175℃以下であり、さらに好ましくは150℃以下である。この範囲であることにより、高い分離性能を得ることができる。
尚、支持体の温度は、接触式温度計、放射温度計、熱電対などの各種温度計を用いた方法により測定することができる。
Examples of a method for controlling the temperature of the porous support to 50 ° C. or higher include heating with an oven, an electric furnace, an oil bath, a water bath, and the like. Among these, a method of heating with an oven is preferable from the viewpoint of operability. These methods may be used in combination of two or more methods.
In particular, by controlling to 50 ° C. or higher, it is preferable to dry the zeolite membrane surface and remove adsorbed water adsorbed on the zeolite membrane surface. For example, when the surface treatment described in detail below is performed in a hermetically sealed state, the performance of the zeolite membrane may be reduced due to a reaction between the material used for the surface treatment and the adsorbed water adsorbed on the zeolite membrane surface.
In order to avoid the above reaction and the like, it is preferable to remove the adsorbed water adsorbed on the surface of the zeolite membrane by controlling the temperature of the porous support to 50 ° C. or higher before the surface treatment. The adsorbed water may be removed by.
Examples of other means include dehydration by reduced pressure, dehydration by a desiccant, and a method of blowing a gas such as low-humidity air.
The temperature of the porous support may be 50 ° C. or higher, preferably 75 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, still more preferably 125 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or lower, more preferably 175. ° C or lower, more preferably 150 ° C or lower. By being in this range, high separation performance can be obtained.
In addition, the temperature of a support body can be measured by the method using various thermometers, such as a contact-type thermometer, a radiation thermometer, and a thermocouple.

表面処理には、ゼオライト膜表面に存在する欠陥等を塞ぐことが出来る材料を使用する。この材料は、通常、Si原子を含む材料(以下、Si化合物という場合がある)が好ましく、具体的には、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、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、無定形シリカ、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、シリカゲル、ケイ酸ナトリウム、シリカゾルなどを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。特に、テトラエトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、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が好ましい。   For the surface treatment, a material that can block defects existing on the surface of the zeolite membrane is used. This material is preferably a material containing Si atoms (hereinafter sometimes referred to as Si compound), specifically, tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, methyltriethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, Alkoxysilanes such as 1,1,3,3-tetramethoxy-1,3-dimethylpropanedisiloxane, organosilicon compounds having a siloxane such as hexamethyldisiloxane, and organosilicon compounds having a silazane such as hexamethyldisilazane Silicate oligomers such as methyl silicate oligomer and ethyl silicate oligomer, amorphous silica, fumed silica, colloidal silica, silica gel, sodium silicate, silica sol and the like can be used. From the viewpoint of reactivity and the formation of a Si network, alkoxysilanes and silicate oligomers are preferred. In particular, tetraethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, methyl silicate oligomer, and ethyl silicate oligomer are preferable.

Si化合物内のSi原子の数は1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2以上、さらに好ましくは3以上、より好ましくは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。
The number of Si atoms in the Si compound is not particularly limited as long as it is 1 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 preferably 2 or more, more preferably 3 or more, More preferably, it is 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.

Si化合物の粘度は、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化合物を含む液体に浸漬、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 Si compound 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 Si compound may not remain sufficiently on the surface of the zeolite membrane in a method in which it is immersed in a liquid containing a Si compound, which will be described later, or heated by dropping or spraying a liquid containing the Si compound. is there. 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.

表面処理方法としては特に限定されるものではないが、Si化合物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表面処理液は、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。
The surface treatment method is not particularly limited, but an immersion treatment in which a zeolite membrane composite is immersed in a solution or dispersion containing an Si compound, a dropping treatment in which a solution containing Si atoms is dropped into the zeolite membrane composite, or There is a spray process to spray.
When performing a surface treatment using a liquid such as an immersion treatment, the surface treatment 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 obtained by adding a solvent to a compound, may be a liquid to which no solvent is added, or may be a sol or gel.

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。
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、表面処理液には、上記の通り、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。
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.
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. Further, as described above, 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 included.

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。
表面処理液の温度は特段限定されるものではないが、通常20℃以上、好ましくは40℃以上、より好ましくは50℃以上、さらに好ましくは60℃以上、特に好ましくは80℃以上、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。
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.
The temperature of the surface treatment liquid is not particularly limited, but is usually 20 ° C. or higher, preferably 40 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. or higher, further preferably 60 ° C. or higher, particularly preferably 80 ° C. or higher, usually 200 ° C. The temperature is preferably 150 ° C. or lower, more preferably 130 ° 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 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.

表面処理液中の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 content of the Si compound in the surface treatment liquid 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, as the concentration of the Si compound. More preferably, it is 5 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.

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。添加する水の濃度は、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。
表面処理液中には、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。
Further, when an organic solvent is used, water may be added into the system. The concentration of water to 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. Preferably it is 2 mass% or less.
It is preferable that an acid or a base is present in the surface treatment 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.

表面処理液中に例えば、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。表面処理液中に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。表面処理液中の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。 For example, by adding a basic substance such as NaOH, KOH, or amine to the surface treatment liquid, a trace amount of OH −1 ions may be actively present. In this case, the OH −1 ion concentration in the aqueous solution is The concentration is usually 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 the surface treatment liquid 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 the surface treatment liquid is too high, the zeolite membrane is easily dissolved and broken, and strict control of the treatment time is required.

表面処理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 surface treatment liquid 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.

表面処理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 surface treatment liquid is preferably 0.01 mol / l or more, more preferably 0.05 mol / l or more, still more 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。
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。
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.
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.

特に、多孔質支持体として管状支持体を使用する場合、管状支持体の内部を減圧して表面処理を施すことが好ましい。これにより、表面処理液が欠陥内部へ入り込みやすくなり、欠陥を効率良くふさぐ効果が得られる。
減圧方法としては、ロータリーポンプやダイアフラムポンプなどの真空ポンプや、アスピレーターなどを使用する方法が挙げられる。
In particular, when a tubular support is used as the porous support, it is preferable to apply a surface treatment by reducing the pressure inside the tubular support. Thereby, the surface treatment liquid can easily enter the inside of the defect, and an effect of efficiently closing the defect can be obtained.
Examples of the depressurization method include a method using a vacuum pump such as a rotary pump or a diaphragm pump, an aspirator, or the like.

浸漬処理を行う場合、処理の方法としては表面処理液に浸漬し、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4時間以上、さらに好ましくは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。
When the immersion treatment is performed, the treatment may be performed by immersing in a surface treatment solution and forming a chemical bond with the Si compound in the immersion solution. After immersion, the zeolite membrane is taken out of the solution. Chemical bonds may be formed with the Si compound attached to the surface, or chemical bonds may be formed both during and after immersion.
The dipping time is usually 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer, more preferably 4 hours or longer, more preferably 8 hours or longer, and usually 100 hours or shorter, preferably 50 hours or shorter, more preferably 24 hours or shorter. .

表面処理をした後、支持体を恒温槽等で静置してもよく、この際の温度は通常20℃以上、好ましくは40℃以上、より好ましくは50℃以上、さらに好ましくは60℃以上、特に好ましくは80℃以上、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。また、静置する時間は通常5分以上、好ましくは30分以上、より好ましくは60分以上、通常180分以下である。
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。
After the surface treatment, the support may be allowed to stand in a thermostatic bath or the like, and the temperature at this time is usually 20 ° C. or higher, preferably 40 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. or higher, more preferably 60 ° C. or higher, Particularly preferably, it is 80 ° C. or higher, usually 200 ° C. or lower, preferably 150 ° C. or lower, more preferably 130 ° C. or lower. The time for standing is usually 5 minutes or longer, preferably 30 minutes or longer, more preferably 60 minutes or longer, and usually 180 minutes or shorter.
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.

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。
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.

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。
かくして得られる多孔質支持体−ゼオライト膜複合体(加熱処理後のゼオライト膜複合体)の空気透過量[L/(m・h)]は、通常1400L/(m・h)以下、好ましくは1000L/(m・h)以下、より好ましくは700L/(m・h)以下、より好ましくは600L/(m・h)以下、さらに好ましくは500L/(m・h)以下、特に好ましくは300L/(m・h)以下、もっとも好ましくは200L/(m
h)以下である。透過量の下限は特に限定されないが、通常0.01L/(m・h)以上、好ましくは0.1L/(m・h)以上、より好ましくは1L/(m・h)以上である。
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。
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.
The air permeation [L / (m 2 · h)] of the porous support-zeolite membrane composite (zeolite membrane composite after heat treatment) thus obtained is usually 1400 L / (m 2 · h) or less, preferably Is 1000 L / (m 2 · h) or less, more preferably 700 L / (m 2 · h) or less, more preferably 600 L / (m 2 · h) or less, more preferably 500 L / (m 2 · h) or less, particularly preferably 300L / (m 2 · h) or less, most preferably 200L / (m 2 ·
h) The following. 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.

<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。]
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. ]

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。 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)
CHA型ゼオライトを多孔質支持体上に直接水熱合成することでゼオライト膜複合体を作製した。
水熱合成のための反応混合物として、以下のものを調製した。
10mol/L−NaOH水溶液38.57gと25%−KOH水溶液129.77gと水6183gを混合したものに水酸化アルミニウム(Alを53.5質量%含有、アルドリッチ社製)46.84g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(TMADOH)水溶液(TMADAOH25質量%含有、セイケム社製)143.52g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)700.53gを加えて2時間撹拌し、水性反応混合物を調製した。
Example 1
A zeolite membrane composite was prepared by hydrothermal synthesis of CHA-type zeolite directly on a porous support.
The following was prepared as a reaction mixture for hydrothermal synthesis.
A mixture of 38.57 g of 10 mol / L-NaOH aqueous solution, 129.77 g of 25% -KOH aqueous solution and 6183 g of water was mixed with 46.84 g of aluminum hydroxide (containing 53.5% by mass of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich). In addition, the mixture was stirred and dissolved to obtain a transparent solution. As an organic template, 143.52 g of an aqueous N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxy (TMADOH) solution (containing 25% by weight of TMADAOH, manufactured by Seychem) was added, and colloidal silica (Snowtech manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added. 40) Add 700.53 g and stir for 2 hours to prepare an aqueous reaction mixture.

多孔質支持体としては円筒管状アルミナ(外径16mm、内径12mm)を100cmの長さにして用いた。支持体上には水熱合成に先立ち、ディップ法により、上記の方法と同様の方法によりSiO/Al/NaOH/KOH/HO/TMADOH=1/0.033/0.1/0.06/40/0.07のゲル組成で160℃、2日間水熱合成
して結晶化させたCHA型ゼオライトの種結晶を付着させた。
As the porous support, cylindrical tubular alumina (outer diameter 16 mm, inner diameter 12 mm) having a length of 100 cm was used. Prior to hydrothermal synthesis, SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2 O / TMADOH = 1 / 0.033 / 0.1 is formed on the support by the dipping method in the same manner as described above. A seed crystal of CHA-type zeolite crystallized by hydrothermal synthesis at 160 ° C. for 2 days with a gel composition of /0.06/40/0.07 was attached.

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内径5cm、高さ115cmのSUS製反応缶にジグを用いて4本の支持体を垂直方向に屹立させ、反応液に浸漬してオートクレーブを密閉し160℃で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、この支持体を反応混合物から取り出し洗浄後120℃で2時間以上乾燥させた。   The support to which the seed crystal was attached was placed upright in a vertical direction using a jig in a SUS reaction can having an inner diameter of 5 cm and a height of 115 cm containing the reaction mixture, and immersed in the reaction solution. The autoclave was sealed and heated at 160 ° C. for 48 hours under autogenous pressure. After the elapse of a predetermined time, the substrate was allowed to cool, and then the support was taken out from the reaction mixture, washed, and dried at 120 ° C. for 2 hours or more.

乾燥後、そのままの状態で円筒管状の支持体の一端を封止し、他の一端を真空ラインに接続することで管内を減圧とし、真空ライン設置した流量計で空気の透過量を測定したところ透過量は0ml/(m・min)であった。テンプレート焼成前のゼオライトが形成された支持体を電気炉で500℃、5時間焼成した。
このようにして作製したゼオライト膜が形成された支持体を100℃の恒温槽に入れ、1時間静置し乾燥させることにより、ゼオライト膜が形成された支持体を100℃とした。その後、支持体の内部を封じるよう、上下をシリコンゴム栓で栓をした。この時、上側のシリコンゴム栓にテフロン(登録商標)チューブを貫通させておき、テフロン(登録商標)チューブと真空ポンプを接続した。
After drying, sealing one end of the cylindrical tubular support as it is, connecting the other end to a vacuum line, reducing the pressure inside the tube, and measuring the amount of air permeated with a flow meter installed in the vacuum line The permeation amount was 0 ml / (m 2 · min). The support on which the zeolite before template firing was formed was fired in an electric furnace at 500 ° C. for 5 hours.
The support on which the zeolite membrane thus formed was placed in a 100 ° C. constant temperature bath and left to stand for 1 hour to dry, thereby setting the support on which the zeolite membrane was formed to 100 ° C. Then, the top and bottom were plugged with silicone rubber plugs so as to seal the inside of the support. At this time, a Teflon (registered trademark) tube was passed through the upper silicone rubber stopper, and the Teflon (registered trademark) tube and a vacuum pump were connected.

続いて、表面処理液として、100℃に熱したメチルシリケートオリゴマー(三菱化学社製MKC(登録商標)シリケート MS51、SiO含有量として52.0±1.0
%)にゼオライト膜が形成された支持体全体が浸漬するように浸漬した後、支持体内部を真空ポンプにより1分間減圧した。
その後、支持体を引上げ、100℃の恒温槽内で60分間静置した後に、水を共存させた容器内で105℃、5時間加熱し、さらに乾燥機内で150℃、1時間加熱し、ゼオライト膜複合体を得た。
Subsequently, as a surface treatment solution, a methyl silicate oligomer heated to 100 ° C. (MKC (registered trademark) silicate MS51 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, 52.0 ± 1.0 as SiO 2 content)
%) Was immersed so that the entire support on which the zeolite membrane was formed was immersed, and then the inside of the support was depressurized by a vacuum pump for 1 minute.
Thereafter, the support is pulled up, allowed to stand in a constant temperature bath at 100 ° C. for 60 minutes, heated in a container coexisting with water at 105 ° C. for 5 hours, and further heated in a dryer at 150 ° C. for 1 hour. A membrane complex was obtained.

このゼオライト膜複合体について、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。4時間後の透過成績は、透過流束:9.1kg/(m・h)、透過液中のIPA濃度:120ppmであった。 The zeolite membrane composite was separated by selectively permeating water from a water / isopropanol (IPA) mixed solution (10/90% by mass) by vapor permeation. The permeation results after 4 hours were a permeation flux: 9.1 kg / (m 2 · h) and an IPA concentration in the permeate: 120 ppm.

(実施例2)
表面処理液への浸漬後、100℃の恒温槽内での静置時間を5分としたこと以外は実施例1と同様にしてゼオライト膜複合体を得た。
実施例1と同様にして、IPA混合溶液から水を選択的に透過させる分離を行った結果、透過流束:7.0kg/(m・h)、透過液中のIPA濃度:210ppmであった。
(Example 2)
After immersion in the surface treatment solution, a zeolite membrane composite was obtained in the same manner as in Example 1 except that the standing time in a constant temperature bath at 100 ° C. was 5 minutes.
In the same manner as in Example 1, separation of selectively permeating water from the IPA mixed solution resulted in a permeation flux of 7.0 kg / (m 2 · h) and an IPA concentration in the permeate of 210 ppm. It was.

(実施例3)
表面処理液への浸漬後、100℃の恒温槽で80分間静置した後に、ゼオライト膜が形成された支持体の温度を25℃に冷却し、20分間静置したこと以外は実施例1と同様にしてゼオライト膜複合体を得た。
実施例1と同様にして、IPA混合溶液から水を選択的に透過させる分離を行った結果、透過流束:7.1kg/(m・h)、透過液中のIPA濃度:180ppmであった。
(Example 3)
After being immersed in the surface treatment liquid and allowed to stand for 80 minutes in a 100 ° C. constant temperature bath, the temperature of the support on which the zeolite membrane was formed was cooled to 25 ° C. and left to stand for 20 minutes. Similarly, a zeolite membrane composite was obtained.
In the same manner as in Example 1, separation of selectively permeating water from the IPA mixed solution resulted in a permeation flux of 7.1 kg / (m 2 · h) and an IPA concentration in the permeate of 180 ppm. It was.

(実施例4)
ゼオライト膜が形成された支持体を電気炉で焼成するまでの工程は実施例1と同様にして行い、その後の工程は以下の通りに実施した。
ゼオライト膜が形成された支持体の内部を封じるよう、上下をシリコンゴム栓で栓をした。この時、上側のシリコンゴム栓にテフロン(登録商標)チューブを貫通させておき、さらに密閉容器の壁面に貫通継手を使用してテフロン(登録商標)チューブを通し、真空ポンプと接続した。
続いて、密閉容器を130℃に加熱し、ゼオライト膜が形成された支持体の内部を減圧しながら1時間乾燥させた。その後、密閉容器内へ130℃に熱したメチルシリケートオリゴマーを注入し、ゼオライト膜が形成された支持体全体を浸漬させた後、支持体内部を真空ポンプにより1分間減圧した。
その後、メチルシリケートオリゴマーを抜液し、130℃に保持したまま60分間静置した後に水を注入し、すぐに密閉状態として、5時間加熱した。さらに、容器内へ加熱した空気を流通させながら、150℃で1時間加熱し、ゼオライト膜複合体を得た。
実施例1と同様にして、IPA混合溶液から水を選択的に透過させる分離を行った結果、透過流束:7.2kg/(m・h)、透過液中のIPA濃度:30ppmであった。
(比較例1)
表面処理液へ浸漬させる際の、ゼオライト膜が形成された支持体の温度を25℃とし、さらに表面処理液の温度も25℃として管内を減圧としたこと、及び、支持体を表面処理液から引き上げた後、100℃の恒温槽内で1時間静置せずに支持体を25℃として300分間静置したこと以外は、実施例1と同様にしてゼオライト膜複合体を得た。
Example 4
The steps until the support on which the zeolite membrane was formed were fired in an electric furnace were performed in the same manner as in Example 1, and the subsequent steps were performed as follows.
The top and bottom were plugged with silicone rubber plugs to seal the inside of the support on which the zeolite membrane was formed. At this time, a Teflon (registered trademark) tube was passed through the upper silicone rubber stopper, and the Teflon (registered trademark) tube was passed through the wall surface of the sealed container using a penetration joint, and connected to a vacuum pump.
Subsequently, the sealed container was heated to 130 ° C., and the inside of the support on which the zeolite membrane was formed was dried for 1 hour while reducing the pressure. Thereafter, a methyl silicate oligomer heated to 130 ° C. was injected into the sealed container, and the entire support on which the zeolite membrane was formed was immersed, and then the inside of the support was depressurized for 1 minute by a vacuum pump.
Thereafter, the methyl silicate oligomer was extracted and allowed to stand for 60 minutes while being maintained at 130 ° C., and then water was poured therein. The mixture was immediately sealed and heated for 5 hours. Furthermore, while circulating heated air into the container, it was heated at 150 ° C. for 1 hour to obtain a zeolite membrane composite.
In the same manner as in Example 1, separation of selectively permeating water from the IPA mixed solution resulted in a permeation flux of 7.2 kg / (m 2 · h) and an IPA concentration in the permeate of 30 ppm. It was.
(Comparative Example 1)
The temperature of the support on which the zeolite membrane was formed when immersed in the surface treatment liquid was 25 ° C., the temperature of the surface treatment liquid was also 25 ° C., and the inside of the tube was depressurized, and the support was removed from the surface treatment liquid. After raising, a zeolite membrane composite was obtained in the same manner as in Example 1 except that the support was kept at 25 ° C. for 300 minutes without being left in a 100 ° C. constant temperature bath for 1 hour.

実施例1と同様にして、IPA混合溶液から水を選択的に透過させる分離を行った結果、透過流束:7.2kg/(m・h)、透過液中のIPA濃度:8860ppmであっ
た。
以上のとおり、本発明によれば、高い処理量及び高い分離性能のゼオライト膜複合体が得られることが分かった。
In the same manner as in Example 1, separation of selectively permeating water from the IPA mixed solution resulted in a permeation flux of 7.2 kg / (m 2 · h) and an IPA concentration in the permeate of 8860 ppm. It was.
As described above, according to the present invention, it has been found that a zeolite membrane composite having a high throughput and high separation performance can be obtained.

Figure 0006413283
Figure 0006413283

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 (5)

多孔質支持体上に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、
水熱合成により多孔質支持体上に有機テンプレートを含むゼオライト膜を調製した後、
該有機テンプレートを含むゼオライト膜を350℃以上で焼成して、ゼオライト膜が形成
された多孔質支持体を得た後、
該ゼオライト膜が形成された多孔質支持体の温度を50℃以上とし
その後、80℃以上の表面処理液を用いて該ゼオライト膜に表面処理を施すことを特徴
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 on a porous support,
After preparing a zeolite membrane containing an organic template on a porous support by hydrothermal synthesis,
A zeolite membrane is formed by firing the zeolite membrane containing the organic template at 350 ° C or higher.
After obtaining the porous support made,
The temperature of the porous support on which the zeolite membrane is formed is 50 ° C. or higher ,
Thereafter, the zeolite membrane is subjected to a surface treatment using a surface treatment solution at 80 ° C. or higher, and a method for producing a porous support-zeolite membrane composite is characterized.
Si原子を含む材料により表面処理を施す、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 surface treatment is performed with a material containing Si atoms.
該ゼオライト膜は、Si元素源、Al元素源、アルカリ源及び水を含む水性反応混合物中で
水熱合成により形成される、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 porous support-zeolite membrane composite according to claim 1 or 2, wherein the zeolite membrane is formed by hydrothermal synthesis in an aqueous reaction mixture containing a Si element source, an Al element source, an alkali source and water. Production method.
該多孔質支持体が管状支持体である、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 porous support is a tubular support.
管状支持体の内部を減圧して表面処理を施す、請求項4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 4, wherein the inside of the tubular support is subjected to a surface treatment by reducing the pressure.
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