JP6728583B2 - How to remove trace alcohol - Google Patents

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Description

本発明は水分中に含まれる微量のアルコールを除去する方法に関し、具体的には、膜分離などの分離手段から得られた微量アルコール含有水溶液から、微量のアルコールを除去する方法に関する。 The present invention relates to a method for removing a trace amount of alcohol contained in water, and specifically to a method for removing a trace amount of alcohol from a trace alcohol-containing aqueous solution obtained by a separation means such as membrane separation.

アルコールを含有する水溶液からアルコールと水とを分離する技術は様々な分野で利用されている。
例えば、食品の分野において、特許文献1では逆浸透膜を用いてアルコール飲料からアルコールと水を抜き取り、その後、水とアルコールを分離してアルコールをアルコール飲料に戻す方法が開示されている。また、例えば、特許文献2では、日本酒の凍結濃縮により水分が主体の氷とエタノールが濃縮された液とに分離をしている。
A technique for separating alcohol and water from an aqueous solution containing alcohol is used in various fields.
For example, in the field of food, Patent Document 1 discloses a method of extracting alcohol and water from an alcoholic beverage using a reverse osmosis membrane, and then separating the water and alcohol to return the alcohol to the alcoholic beverage. Further, for example, in Patent Document 2, freeze-concentration of sake separates ice containing water as a main component and a liquid containing concentrated ethanol.

また、工業的には、例えば特許文献3では、アルコールと水の混合物からアルコールのみを高濃度で取り出す方法として、まず蒸留にて大部分の水分を除去した後、吸着剤を用いた圧力スイング吸着装置により、残りの水分を除去する方法が開示されている。
さらに、特許文献4では、エタノールと水の混合物を脱水する方法として、蒸留塔とPSAの間に膜分離手段を介在させる方法が提案されている。また、PSAから排出されたパージガスを膜分離手段に供給して、高濃度のエタノールを得る方法が提案されている。
Further, industrially, for example, in Patent Document 3, as a method for extracting only alcohol in a high concentration from a mixture of alcohol and water, first, most water is removed by distillation, and then pressure swing adsorption using an adsorbent is performed. A method for removing residual moisture by an apparatus is disclosed.
Further, in Patent Document 4, as a method of dehydrating a mixture of ethanol and water, a method of interposing a membrane separation means between the distillation column and PSA is proposed. Further, a method has been proposed in which the purge gas discharged from the PSA is supplied to the membrane separation means to obtain high-concentration ethanol.

このようにして、アルコールと水とを分離することにより、アルコール濃度が調整された製品等が製造されている。その一方で、製品以外に副生成物として微量のアルコールを含む水分が排出される。微量のアルコールを含む水分は、アルコールを一定量以上に含むため廃液処理等の問題が生じていた。 In this way, by separating alcohol from water, a product or the like having an adjusted alcohol concentration is manufactured. On the other hand, in addition to the product, water containing a small amount of alcohol as a by-product is discharged. Since water containing a trace amount of alcohol contains a certain amount or more of alcohol, problems such as waste liquid treatment have occurred.

米国特許第4999209号明細書U.S. Pat. No. 4,999,209 特許第4326526号公報Japanese Patent No. 4326526 特開2000−334257号公報JP 2000-334257A 特開2008−86988号公報JP, 2008-86988, A

本発明では、アルコールと水とを分離することにより、アルコール濃度が調整された製品等が製造される一方で排出される微量のアルコールを含む水分から、エネルギー的に効率よく微量のアルコールを除去し、廃液処理の問題を解決することを課題とする。 In the present invention, by separating alcohol and water, a product or the like having an adjusted alcohol concentration is produced, while a trace amount of alcohol is removed energetically efficiently from water containing a trace amount of alcohol discharged. , To solve the problem of waste liquid treatment.

本発明者らが鋭意検討した結果、蒸気透過法を用いて、水分中に含まれる微量のアルコールをアルコール選択性分離膜により除去する方法を用いることにより、上記課題が解決できることが分かり本発明に到達した。
すなわち本発明は以下を要旨とするものである。
[1] アルコールを含有する水溶液をアルコール分と水分とに分離した後、該水分中に含
まれる微量のアルコールをアルコール選択性分離膜を用いて、蒸気透過法により除去することを特徴とする、微量アルコールの除去方法。
[2] 前記微量のアルコールは10質量%以下のアルコールである、[1]に記載の微量ア
ルコールの除去方法。
[3] アルコール選択性分離膜により、前記微量のアルコールのうち、30質量%以上を
除去する、[1]または[2]に記載の微量アルコールの除去方法。
[4] アルコール選択性分離膜による除去後のアルコールの含有量が1質量%未満である、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の微量アルコールの除去方法。
[5] 吸着剤または膜分離により、アルコールを含有する水溶液をアルコール分と水分と
に分離する、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の微量アルコールの除去方法。
[6] アルコールがエタノールである、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の微量アルコールの除去方法。
As a result of diligent studies by the present inventors, it was found that the above problems can be solved by using a method of removing a trace amount of alcohol contained in water by an alcohol-selective separation membrane using a vapor permeation method. Arrived
That is, the present invention has the following gist.
[1] An aqueous solution containing alcohol is separated into an alcohol content and a water content, and then a trace amount of the alcohol contained in the water content is removed by a vapor permeation method using an alcohol-selective separation membrane. How to remove trace alcohol.
[2] The method for removing a trace amount of alcohol according to [1], wherein the trace amount of alcohol is 10% by mass or less.
[3] The method for removing a trace amount of alcohol according to [1] or [2], wherein 30% by mass or more of the trace amount of alcohol is removed by an alcohol-selective separation membrane.
[4] The method for removing a trace amount of alcohol according to any one of [1] to [3], wherein the content of alcohol after removal by the alcohol-selective separation membrane is less than 1% by mass.
[5] The method for removing a trace amount of alcohol according to any one of [1] to [4], wherein an aqueous solution containing alcohol is separated into an alcohol content and a water content by an adsorbent or a membrane separation.
[6] The method for removing a trace amount of alcohol according to any one of [1] to [5], wherein the alcohol is ethanol.

本発明によれば、アルコール濃度が調整された製品等が製造される一方で排出される微量のアルコールを含む水分から、エネルギー的に効率よく微量のアルコールを除去することができる。これにより、廃液処理に際し、問題ない範囲のアルコール量までアルコール濃度を低減化することができる。 According to the present invention, a minute amount of alcohol can be energetically efficiently removed from water containing a minute amount of alcohol discharged while a product or the like having an adjusted alcohol concentration is manufactured. As a result, the alcohol concentration can be reduced to the amount of alcohol within a range that does not pose a problem during waste liquid treatment.

蒸気透過法によるアルコールの除去に使用した装置の模式図Schematic diagram of the equipment used to remove alcohol by vapor permeation

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(代表例)であり、これらの内容に特定はされない。
本発明の微量アルコールの除去方法は、アルコールを含有する水溶液をアルコール分と水分とに分離した後、該水分中に含まれる微量のアルコールをアルコール選択性分離膜を用いて、蒸気透過法により除去することを特徴とする。
The description of the constituent elements described below is an example (representative example) of the embodiment of the present invention, and the contents are not specified.
The method for removing a trace amount of alcohol of the present invention is to separate an aqueous solution containing alcohol into alcohol content and water, and then remove a trace amount of alcohol contained in the water by a vapor permeation method using an alcohol-selective separation membrane. It is characterized by doing.

本発明におけるアルコールとは、メタノール、エタノール、イソプロパノール、プロパノール、ブタノールなどの炭素数4以下のアルコールが挙げられるが、特にエタノールを適用させることが好ましい。
まず、アルコールを含有する水溶液をアルコール分と水分とに分離する工程(第一の分離工程)について説明する。
Examples of the alcohol in the present invention include alcohols having 4 or less carbon atoms such as methanol, ethanol, isopropanol, propanol and butanol, but ethanol is particularly preferably applied.
First, the step (first separation step) of separating an aqueous solution containing alcohol into alcohol content and water will be described.

アルコールを含有する水溶液をアルコール分と水分とに分離する方法としては、蒸留、吸着材による分離、膜分離などが挙げられるが、エネルギー効率の点から、吸着材による分離または膜分離が好ましい。
吸着剤による分離としては、圧力スイング吸着(PSA)によるもの、温度スイング吸着(TSA)によるもの、両者を組み合わせた圧力温度スイング吸着(PTSA)などが挙げられる。
Examples of the method for separating the aqueous solution containing alcohol into alcohol and water include distillation, separation by an adsorbent, and membrane separation. From the viewpoint of energy efficiency, separation by an adsorbent or membrane separation is preferable.
Examples of the separation using an adsorbent include pressure swing adsorption (PSA), temperature swing adsorption (TSA), and pressure temperature swing adsorption (PTSA) in which both are combined.

PSAは、圧力を高くすることにより水などを吸着剤に吸着させ、圧力を低くすることにより吸着剤から水などを脱着させる機能を備えている。一方、TSAは、水などを吸着剤に吸着させ、加熱ガス(窒素など)を供給して温度を高くすることにより吸着剤から水などを脱着させる機能を備えている。
PSA、TSA、PTSAは、装置構成が比較的簡単であるために広く使用されており、吸着剤としては、脱水能力が高いことから合成ゼオライトである「モレキュラシーブ」(商品名)が好適に使用される。
The PSA has a function of adsorbing water or the like on the adsorbent by increasing the pressure and desorbing water or the like from the adsorbent by decreasing the pressure. On the other hand, TSA has a function of adsorbing water or the like to an adsorbent and supplying heated gas (such as nitrogen) to raise the temperature to desorb water or the like from the adsorbent.
PSA, TSA, and PTSA are widely used because of their relatively simple device configurations. As the adsorbent, synthetic zeolite "Molecular Sieve" (trade name) is preferably used because of its high dehydration ability. It

膜分離としては、透析膜、精密ろ過膜(MF膜)、限外ろ過膜(UF膜)、ナノろ過膜(NF膜)、逆浸透膜(RO膜)、ゼオライト膜、ポリイミド膜などの高分子膜、高分子膜にゼオライトなどを添加したmixed matrix membrane(以下MM
M)などが挙げられる。分離性能の点から、ナノろ過膜、逆浸透膜、ゼオライト膜、高分子膜、MMMを使用することが好ましく、さらに耐久性の点からゼオライト膜を使用することが好ましい。
For membrane separation, dialysis membrane, microfiltration membrane (MF membrane), ultrafiltration membrane (UF membrane), nanofiltration membrane (NF membrane), reverse osmosis membrane (RO membrane), zeolite membrane, polymer such as polyimide membrane Mixed matrix membrane (hereinafter MM
M) and the like. From the viewpoint of separation performance, it is preferable to use a nanofiltration membrane, a reverse osmosis membrane, a zeolite membrane, a polymer membrane, or MMM, and from the viewpoint of durability, it is preferable to use a zeolite membrane.

膜分離において、アルコールを含有する水溶液をアルコール分と水分とに分離するに際し、膜を透過させる物質は、アルコールであっても、水であってもよい。いずれにおいても、多くの場合水側に微量のアルコールが残る。
膜分離においてゼオライト膜を使用する場合、ゼオライト膜は、ゼオライトが単独で膜となったものでも、ゼオライトの粉末をポリマーなどのバインダー中に分散させて膜の形状にしたものでも、各種支持体上にゼオライトを膜状に固着させたゼオライト膜複合体でもよい。
In membrane separation, when separating an aqueous solution containing alcohol into alcohol and water, the substance that permeates the membrane may be alcohol or water. In either case, a small amount of alcohol remains on the water side in most cases.
When a zeolite membrane is used in membrane separation, the zeolite membrane can be either a membrane made of zeolite alone or a zeolite powder dispersed in a binder such as a polymer to form a membrane on various supports. It may be a zeolite membrane composite in which zeolite is fixed in a film form.

それらの中で、多孔質支持体上にゼオライトを膜状に固着させたゼオライト膜複合体が特に好ましい。即ち、ゼオライト膜複合体は支持体を有することによって機械的強度が増し、取り扱いが容易になり、種々の装置設計が可能となる上に、特に無機多孔質支持体を用いた場合、ゼオライト膜複合体は全て無機物で構成されるものとなるため、耐熱性、耐薬品性、耐久性に優れ、液状食品の濃縮に長期に亘り安定に使用することが可能となる。ゼオライト膜複合体を構成する多孔質支持体としては、その表面などにゼオライトを膜状に結晶化できるような化学的安定性があり、無機の多孔質よりなる支持体(無機多孔質支持体)が好ましく、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が、これらのうち、セラミックス支持体が好ましい。 Among them, a zeolite membrane composite in which zeolite is adhered in a membrane form on a porous support is particularly preferable. That is, since the zeolite membrane composite has a support, the mechanical strength is increased, the handling becomes easy, various device designs are possible, and in particular, when the inorganic porous support is used, the zeolite membrane composite is Since the whole body is composed of an inorganic substance, it has excellent heat resistance, chemical resistance, and durability, and can be stably used for a long period of time for concentrating liquid foods. The porous support that constitutes the zeolite membrane composite has a chemical stability such that zeolite can be crystallized into a film on its surface, and is a support made of an inorganic porous material (inorganic porous support). Preferred are, for example, ceramics sintered bodies (ceramics support) such as silica, α-alumina, γ-alumina, mullite, zirconia, titania, yttria, silicon nitride and silicon carbide, and sintered metals such as iron, bronze and stainless steel. Examples thereof include glass and carbon molded bodies, and of these, a ceramic support is preferable.

多孔質支持体の形状は、被処理液を効率的に分離できるものであれば特に制限されず、例えば、平板状、管状(例えば、円筒管状、角筒管状)、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。
上記のような方法を用いて、アルコールを含有する水溶液をアルコール分と水分とに分離した後、水分中に含まれる微量のアルコールは通常は10質量%以下であるが、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましく、2質量%以下がさらに好ましい。
また、水分中に含まれる微量のアルコールは通常は0.3質量%以上、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは0.7質量%以上、さらに好ましくは1質量%以上である。このような微量のアルコールを含む水分をアルコール選択性分離膜を用いて、蒸気透過法により除去する。
The shape of the porous support is not particularly limited as long as it can efficiently separate the liquid to be treated, and for example, a flat plate shape, a tubular shape (for example, a cylindrical tubular shape, a rectangular tubular shape), a honeycomb shape (for example, a cylindrical shape, A honeycomb shape having a large number of cylindrical or prismatic holes), a monolith and the like can be mentioned. Of these, a tubular support is particularly preferable, and a cylindrical tubular support is particularly preferable.
After the aqueous solution containing alcohol is separated into the alcohol content and the water by using the method as described above, the trace amount of alcohol contained in the water is usually 10% by mass or less, but preferably 5% by mass or less. 3 mass% or less is more preferable, and 2 mass% or less is further preferable.
The trace amount of alcohol contained in water is usually 0.3% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.7% by mass or more, still more preferably 1% by mass or more. Water containing such a trace amount of alcohol is removed by a vapor permeation method using an alcohol-selective separation membrane.

ここで、アルコール選択性分離膜としては、ポリオレフィン膜、パーフッ素化オレフィン膜、ポリアミド膜、ポリ尿酸膜、シリコンゴム膜、ゼオライト膜などが挙げられるが、ゼオライト膜が分離性能及び耐久性の点で好ましい。
本発明において、ゼオライト膜は、ゼオライトが単独で膜となったものでも、ゼオライトの粉末をポリマーなどのバインダー中に分散させて膜の形状にしたものでも、各種支持体上にゼオライトを膜状に固着させたゼオライト膜複合体でもよい。それらの中で、多孔質支持体上にゼオライトを膜状に固着させたゼオライト膜複合体が特に好ましく、中でも膜が実質的にゼオライトのみからなるものであることが好ましい。
Here, examples of the alcohol-selective separation membrane include a polyolefin membrane, a perfluorinated olefin membrane, a polyamide membrane, a polyuric acid membrane, a silicon rubber membrane, and a zeolite membrane, but the zeolite membrane has a separation performance and durability. preferable.
In the present invention, the zeolite membrane may be a zeolite membrane alone, or a zeolite powder dispersed in a binder such as a polymer to form a membrane, or a zeolite membrane on various supports. It may be a fixed zeolite membrane composite. Among them, a zeolite membrane composite in which zeolite is adhered in a film form on a porous support is particularly preferable, and among them, it is preferable that the membrane substantially consists of zeolite.

尚、本発明において、実質的にゼオライトのみからなる膜とは、通常、膜中の90質量%以上がゼオライトである膜であり、好ましくは95質量%以上、より好ましくは98質量%以上、特に好ましくは99質量%以上である。
即ち、ゼオライト膜複合体は支持体を有することによって機械的強度が増し、取り扱いが容易になり、種々の装置設計が可能となる上に、特に無機多孔質支持体を用いた場合、
ゼオライト膜複合体は全て無機物で構成されるものとなるため、耐熱性、耐薬品性、耐久性に優れ、長期に亘り安定に使用することが可能となる。
Incidentally, in the present invention, the membrane consisting essentially of zeolite is usually a membrane in which 90 mass% or more of the membrane is zeolite, preferably 95 mass% or more, more preferably 98 mass% or more, particularly It is preferably 99% by mass or more.
That is, the zeolite membrane composite has increased mechanical strength by having a support, easy handling, various device design is possible, especially when using an inorganic porous support,
Since the zeolite membrane composite is composed entirely of inorganic substances, it has excellent heat resistance, chemical resistance, and durability, and can be used stably for a long period of time.

ゼオライト膜複合体を構成する多孔質支持体としては、その表面などにゼオライトを膜状に結晶化できるような化学的安定性があり、無機の多孔質よりなる支持体(無機多孔質支持体)が好ましく、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が、これらのうち、セラミックス支持体が好ましい。 The porous support that constitutes the zeolite membrane composite has a chemical stability such that zeolite can be crystallized into a film on its surface, and is a support made of an inorganic porous material (inorganic porous support). Preferred are, for example, ceramics sintered bodies (ceramics support) such as silica, α-alumina, γ-alumina, mullite, zirconia, titania, yttria, silicon nitride and silicon carbide, and sintered metals such as iron, bronze and stainless steel. Examples thereof include glass and carbon molded bodies, and of these, a ceramic support is preferable.

セラミックス支持体としては、上記の通り、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)が挙げられるが、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種を含むセラミックス支持体が好ましい。 As the ceramic support, as described above, specifically, a ceramic sintered body containing silica, α-alumina, γ-alumina, mullite, zirconia, titania, yttria, silicon nitride, silicon carbide, etc. However, a ceramic support containing at least one of alumina, silica, and mullite is preferable.

多孔質支持体の形状は、被処理液から効率的にアルコールを分離できるものであれば特に制限されず、例えば、平板状、管状(例えば、円筒管状、角筒管状)、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。
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。
The shape of the porous support is not particularly limited as long as alcohol can be efficiently separated from the liquid to be treated, and examples thereof include flat plate, tubular (eg, cylindrical tubular, rectangular tubular), and honeycomb (eg cylindrical). Shape, a honeycomb shape having a large number of cylindrical or prismatic holes), and a monolith. Of these, a tubular support is particularly preferable, and a cylindrical tubular support is particularly preferable.
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, and usually 7 mm or less, preferably 5 mm or less, more preferably 3 mm. It is as follows.

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。
多孔質支持体が円筒管状支持体である場合、円筒管の外径は通常3mm以上、好ましくは5.5mm以上、より好ましくは9.5mm以上、特に好ましくは11mm以上であり、通常51mm以下、好ましくは31mm以下、より好ましくは21mm以下、さらに好ましくは17mm以下、特に好ましくは15mm以下である。
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.
When the porous support is a cylindrical tubular support, the outer diameter of the cylindrical tube is usually 3 mm or more, preferably 5.5 mm or more, more preferably 9.5 mm or more, particularly preferably 11 mm or more, usually 51 mm or less, It is preferably 31 mm or less, more preferably 21 mm or less, still more preferably 17 mm or less, and particularly preferably 15 mm or less.

このような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(シリル化剤)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。尚、ゼオライトとしては、アルミノリン酸塩、シリコアルモノフォスフェイト、アルミノ珪酸塩、ケイ酸塩であるものが好ましく、アルミノ珪酸塩、ケイ酸塩が特に好ましい。
A zeolite membrane composite is obtained by forming a zeolite membrane on such a porous support.
As a component constituting the zeolite membrane, besides zeolite, an inorganic binder such as silica and alumina, an organic compound such as a polymer, or a material containing a Si atom for modifying the zeolite surface as described in detail below (silylating agent) or the same A reaction product and the like may be included if necessary. Moreover, the zeolite membrane in the present invention may partially contain an amorphous component or the like. The zeolite is preferably aluminophosphate, silico-alcomonophosphate, aluminosilicate or silicate, and aluminosilicate or silicate is particularly preferable.

ゼオライト膜の厚さは特に制限されないが、通常0.1μm以上、好ましくは0.6μm以上、より好ましくは1.0μm以上であり、通常100μm以下、好ましくは60μm以下、より好ましくは20μm以下の範囲である。膜厚が大きすぎると透過量が低下する傾向があり、小さすぎると選択性が低下したり、膜強度が低下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。
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. Is. If the film thickness is too large, the permeation amount tends to decrease, and if it is too small, the selectivity or the film strength tends to decrease.
The particle size of zeolite is not particularly limited, but if it is too small, the grain boundaries become large and the permeation selectivity tends to be lowered. 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 preferable that the particle size of zeolite is the same as the thickness of the membrane.

粒子径の測定方法については特に限定されないが、一例をあげれば、SEMによるゼオライト膜表面の観察やSEMによるゼオライト膜断面の観察、TEMによるゼオライト膜の観察などによって測定することができる。
ゼオライト膜自体のSiO/Alモル比は、通常50以上、好ましくは100以上、より好ましくは200以上、さらに好ましくは300以上であり、通常10000以下である。ゼオライト膜のSiO/Alモル比がこの範囲にあるとき、ゼオライト膜は疎水性に優れかつ耐酸性、耐水性も優れた膜となり、エタノールを選択的に透過させることによる微量アルコールの除去に好適に用いられる。
The method of measuring the particle size is not particularly limited, but as an example, it can be measured by observing the surface of the zeolite membrane with SEM, observing the cross section of the zeolite membrane with SEM, or observing the zeolite membrane with TEM.
The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane itself is usually 50 or higher, preferably 100 or higher, more preferably 200 or higher, still more preferably 300 or higher, and usually 10,000 or lower. When the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane is within this range, the zeolite membrane becomes a membrane that is excellent in hydrophobicity, acid resistance, and water resistance, and trace amount of alcohol can be obtained by selectively permeating ethanol. It is preferably used for removal.

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SiO/Alモル比を求めることができる。 SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane itself, a scanning electron microscope - is a value obtained by energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX). In the SEM-EDX, by measuring the X-ray acceleration voltage at about 10 kV, it is possible to obtain information only on a film of several microns. Since the zeolite membrane is uniformly formed, the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of the membrane itself can be determined 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12員環以下、酸素6員環以上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12員環以下、8員環以上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く、酸素12員環以下、酸素10員環以上の細孔構造を有するゼオライトを含むものが特に好ましい。
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 of oxygen 12-membered ring or less, oxygen 6-membered ring or more, and a zeolite having a pore structure of oxygen 12-membered ring or less, 8-membered ring or more. Are more preferable, and those containing a zeolite having a pore structure of oxygen 12-membered ring or less and oxygen 10-membered ring or more are particularly preferable.
The value of n of the zeolite having an oxygen n-membered ring here is the highest in the number of oxygen in the pores composed of oxygen forming the zeolite skeleton and T element (element other than oxygen forming the skeleton). Show things. For example, when there are pores of oxygen 12-membered ring and 8-membered ring such as MOR type zeolite, it is regarded as oxygen 12-membered ring zeolite.

酸素12員環以下、酸素6員環以上の細孔構造を有するゼオライトとしては、例えば、AEI、AEL、AFI、AFG、ANA、ATO、BEA、BRE、CAS、CDO、CHA、CON、DDR、DOH、EAB、EPI、ERI、ESV、EUO、FAR、
FAU、FER、FRA、HEU、GIS、GIU、GME、GOO、ITE、KFI、LEV、LIO、LOS、LTA、LTL、LTN、MAR、MEP、MER、MEL、MFI、MON、MOR、MSO、MTF、MTN、MTW、MWW、NON、NES、OFF、PAU、PHI、RHO、RTE、RTH、RUT、SGT、SOD、STI、STT、TOL、TON、TSC、UFI、VNI、WEI、YUGなどが挙げられる。
As the zeolite having a pore structure of oxygen 12-membered ring or less and oxygen 6-membered ring or more, for example, AEI, AEL, AFI, AFG, ANA, ATO, BEA, BRE, CAS, CDO, CHA, CON, DDR, DOH , EAB, EPI, ERI, ESV, EUO, FAR,
FAU, FER, FRA, HEU, GIS, GIU, GME, GOO, ITE, KFI, LEV, LIO, LOS, LTA, LTL, LTN, MAR, MEP, MER, MEL, MFI, MON, MOR, MSO, MTF, Examples include MTN, MTW, MWW, NON, NES, OFF, PAU, PHI, RHO, RTE, RTH, RUT, SGT, SOD, STI, STT, TOL, TON, TSC, UFI, VNI, WEI, YUG and the like.

これらのうち、酸素12員環以下、酸素8員環以上の細孔構造を有するゼオライトとしては、例えば、AEI、AEL、AFI、ANA、ATO、BEA、BRE、CAS、CDO、CHA、CON、DDR、EAB、EPI、ERI、ESV、EUO、FER、FAU、HEU、GIS、GME、GOO、ITE、KFI、LEV、LTA、LTL、MER、MEL、MOR、MTW、MFI、MON、MTF、MWW、NES、OFF、PAU、PHI、RHO、RTE、RTH、STI、STT、TON、TSC、UFI、VNI、WEI、YUGなどが挙げられる。 Among these, examples of the zeolite having a pore structure of oxygen 12-membered ring or less and oxygen 8-membered ring or more include, for example, AEI, AEL, AFI, ANA, ATO, BEA, BRE, CAS, CDO, CHA, CON, and DDR. , EAB, EPI, ERI, ESV, EUO, FER, FAU, HEU, GIS, GME, GOO, ITE, KFI, LEV, LTA, LTL, MER, MEL, MOR, MTW, MFI, MON, MTF, MWW, NES , OFF, PAU, PHI, RHO, RTE, RTH, STI, STT, TON, TSC, UFI, VNI, WEI, YUG and the like.

さらに、酸素12員環以下、酸素10員環以上の細孔構造を有するゼオライトとしては、例えば、AEL、AFI、ATO、BEA、EPI、EUO、FER、FAU、HEU、GME、LTL、MOR、MTW、MEL、MFI、MWW、NES、OFF、STI、TON、WEI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。
Furthermore, as the zeolite having a pore structure of oxygen 12-membered ring or less and oxygen 10-membered ring or more, for example, AEL, AFI, ATO, BEA, EPI, EUO, FER, FAU, HEU, GME, LTL, MOR, MTW. , MEL, MFI, MWW, NES, OFF, STI, TON, WEI and the like.
In the present specification, the structure of the zeolite is indicated by a code that defines the structure of the zeolite defined by International Zeolite Association (IZA) as described above.

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エタノール分子のKinetic直径よりも細孔径が小さいため、エタノールの透過度が小さくなり実用的でない場合がある。
また、ゼオライト膜を構成する主たる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25以下、好ましくは20以下、より好ましくは18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。
The oxygen n-membered ring structure determines the size of the pores of the zeolite, and in zeolites smaller than the oxygen 6-membered ring, the pore size is smaller than the Kinetic diameter of the ethanol molecule, so the permeability of ethanol is reduced and it is practical. Not always.
The framework density (T/1000Å 3 ) of the main zeolite constituting the zeolite membrane is not particularly limited, but is usually 25 or less, preferably 20 or less, more preferably 18 or less, usually 10 or more, preferably 11 or more. , And more preferably 12 or more.

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 means the number of elements (T element) other than oxygen constituting the skeleton per 1000Å 3 of zeolite, and this value is determined by the structure of zeolite. The relationship between the framework density and the structure of zeolite is shown in ATLAS OF ZEOLITE FRAMEWORK TYPES Six Revised Edition 2007 ELSEVIER.

フレームワーク密度が、上記下限以上であることにより、ゼオライトの構造が脆弱となることを避け、ゼオライト膜の耐久性が高くなり、種々の用途に適用しやすくなる。また、フレームワーク密度が上記上限以下であることにより、ゼオライト中の物質の拡散が妨げられることなく、ゼオライト膜の透過流束が高くなる傾向にあり、経済的に有利である。 When the framework density is at least the above lower limit, the zeolite structure is prevented from becoming weak, the durability of the zeolite membrane becomes high, and it becomes easy to apply to various uses. Further, when the framework density is not more than the above upper limit, diffusion of the substance in the zeolite is not hindered, and the permeation flux of the zeolite membrane tends to be high, which is economically advantageous.

本発明において、ゼオライト膜を構成する主たるゼオライトの好ましい構造は、AEL、AFI、ATO、BEA、EPI、EUO、FER、FAU、HEU、GME、LTL、MOR、MTW、MEL、MFI、MWW、NES、OFF、STI、TON、WEIであり、より好ましい構造は、BEA、EUO、FER、FAU、MOR、MTW、MEL、MFI、MWW、NESであり、さらに好ましい構造は、BEA、FAU、MOR、MEL、MFIであり、最も好ましい構造はMFIである。これらの構造の中でも、ほとんどアルミが含まれていない、いわゆるシリカライトが特に望ましい。シリカライトは一般的にはMFI型である。 In the present invention, the preferred structure of the main zeolite constituting the zeolite membrane is AEL, AFI, ATO, BEA, EPI, EUO, FER, FAU, HEU, GME, LTL, MOR, MTW, MEL, MFI, MWW, NES, OFF, STI, TON, WEI, more preferable structures are BEA, EUO, FER, FAU, MOR, MTW, MEL, MFI, MWW, NES, and further preferable structures are BEA, FAU, MOR, MEL, MFI, and the most preferred structure is MFI. Among these structures, so-called silicalite containing almost no aluminum is particularly desirable. Silicalite is generally of the MFI type.

以下に、ゼオライト膜複合体を用いて微量のアルコールを除去する方法について説明する。
具体的には、ゼオライト膜複合体の多孔質支持体側又はゼオライト膜側に、微量のアルコールを含む水分を接触させ、その反対側を該水分が接触している側よりも低い圧力とすることによって、微量のアルコールを含む水分からアルコールを選択的に透過させる。
The method for removing a trace amount of alcohol using the zeolite membrane composite will be described below.
Specifically, the porous support side or the zeolite membrane side of the zeolite membrane composite is brought into contact with water containing a trace amount of alcohol, and the opposite side has a lower pressure than the side in contact with the water. , Permeates alcohol selectively from water containing a trace amount of alcohol.

ここで、本発明では微量のアルコールを除去するに当たり、蒸気透過法(VP法)を用いることを特徴とする。
蒸気透過法では、ゼオライト膜に微量のアルコールを含む水分の蒸気を接触させて、アルコールを透過させる。微量のアルコールを含む水分を、加熱あるいは減圧することによって、あるいは加熱と減圧を組み合わせることによって蒸気を生じさせ、蒸気をゼオライト膜に接触させ、アルコールのみを透過させることにより、該水分中からアルコールを除去する。
Here, the present invention is characterized in that the vapor permeation method (VP method) is used to remove a trace amount of alcohol.
In the vapor permeation method, the zeolite membrane is contacted with a vapor of water containing a small amount of alcohol to permeate the alcohol. Moisture containing a trace amount of alcohol is heated or depressurized, or steam is generated by combining heating and depressurization, the steam is brought into contact with the zeolite membrane, and only alcohol is permeated to remove alcohol from the water. Remove.

ゼオライト膜に蒸気のみを接触させることにより、繊維や澱、浮遊物といった不溶物や高分子量の化合物がゼオライト膜に接触することを避けることができ、膜のファウリングを低減したり、目詰まりを抑制することができる。
分離対象が食品由来のものや、天然原料を利用したアルコール(バイオエタノール)などの場合、水やアルコール以外の不純物を含む場合がある。従って、浸透気化法(PV法)よりも蒸気透過法を採用する方が、膜の透過量を向上させて処理効率を高めて、分離性能に優れると考えられる。
By contacting only the vapor with the zeolite membrane, it is possible to avoid insoluble matters such as fibers, starch, and suspended matter and high molecular weight compounds from coming into contact with the zeolite membrane, thereby reducing the fouling of the membrane and preventing clogging. Can be suppressed.
When the separation target is a food-derived product or an alcohol (bioethanol) using a natural material, it may contain impurities other than water and alcohol. Therefore, it is considered that the vapor permeation method is more excellent than the pervaporation method (PV method) in that the permeation amount of the membrane is improved, the treatment efficiency is increased, and the separation performance is excellent.

本発明では、アルコール選択性分離膜により、水分中の微量のアルコールのうち通常は
30質量%以上を除去することができ、好ましくは40質量%以上、より好ましくは50質量%以上、特に好ましくは60質量%以上、最も好ましくは80質量%以上である。
また、アルコール選択性分離膜を透過したアルコール含有液中のアルコール濃度は通常5質量%以上、好ましくは7質量%以上、より好ましくは10質量%以上、さらに好ましくは15質量%以上、特に好ましくは20質量%以上であり、通常100質量%以下である。
In the present invention, the alcohol-selective separation membrane can usually remove 30% by mass or more of a trace amount of alcohol in water, preferably 40% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and particularly preferably. It is 60% by mass or more, and most preferably 80% by mass or more.
The alcohol concentration in the alcohol-containing liquid that has passed through the alcohol-selective separation membrane is usually 5% by mass or more, preferably 7% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, further preferably 15% by mass or more, particularly preferably It is 20% by mass or more, and usually 100% by mass or less.

さらに、アルコールが除去された水分中のアルコール濃度は、通常10質量%未満、好ましくは5質量%未満、より好ましくは1質量%未満、さらに好ましくは0.8質量%未満、特に好ましくは0.5質量%未満、最も好ましくは0.3質量%未満である。
アルコール選択性分離膜による分離操作は繰り返し行ってもよく、ゼオライト膜を透過したアルコール含有液を再度アルコール選択性分離膜により分離させて、所望のアルコール濃度までアルコールを除去してもよい。また、ゼオライト膜を透過したアルコール含有液を上記第一の分離工程に導入させてもよい。
Further, the alcohol concentration in the water from which alcohol has been removed is usually less than 10% by mass, preferably less than 5% by mass, more preferably less than 1% by mass, even more preferably less than 0.8% by mass, particularly preferably 0. It is less than 5% by weight, most preferably less than 0.3% by weight.
The separation operation using the alcohol-selective separation membrane may be repeated, and the alcohol-containing liquid that has permeated the zeolite membrane may be separated again by the alcohol-selective separation membrane to remove alcohol to a desired alcohol concentration. Further, the alcohol-containing liquid that has passed through the zeolite membrane may be introduced into the first separation step.

本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。 The present invention will be described more specifically by way of examples, but the present invention is not limited to the description of the examples below as long as the gist thereof is not exceeded.

(実施例1)
MFI型ゼオライトを無機多孔質支持体上に直接水熱合成することで、無機多孔質支持体とMFI型ゼオライト膜(シリカライト膜)とのゼオライト膜複合体を作製した。
水熱合成用の反応混合物として、以下のものを調製した。
水572.22gに有機テンプレートとして、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド(以下これを「TPAOH」という。)水溶液(TPAOH 40質量%含有、セイケム社製)14.29gを加え、さらにコロイダルシリカ(スノーテックス40、日産化学社製)24.83gを加えて1時間撹拌し、反応混合物とした。
(Example 1)
By hydrothermally synthesizing MFI-type zeolite directly on the inorganic porous support, a zeolite membrane composite of the inorganic porous support and the MFI-type zeolite membrane (silicalite membrane) was prepared.
The following were prepared as a reaction mixture for hydrothermal synthesis.
As an organic template, 57.22 g of water was added with 14.29 g of an aqueous solution of tetrapropylammonium hydroxide (hereinafter referred to as "TPAOH") (containing 40% by mass of TPAOH, manufactured by Sechem), and further colloidal silica (Snowtex 40, 24.83 g (manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was added and stirred for 1 hour to obtain a reaction mixture.

この反応混合物の組成(モル比)は、SiO/Al/HO/TPAOH=1/0/200/0.17である。
無機多孔質支持体として円筒管状の多孔質ムライトチューブ(外径12mm、内径9mm)を400mmの長さに切断し、エアーブローしたものを用いた。
種結晶として、SiO/HO/TPAOH=1/20/0.4のゲル組成(モル比)で140℃、2日間水熱合成して結晶化させたMFI型ゼオライトを用いた。 この種結晶1質量%を水中に分散させた分散液に、上記支持体を所定時間浸漬した後、120℃で2時間乾燥させて、種結晶を付着させた。
The composition of the reaction mixture (molar ratio) is a SiO 2 / Al 2 O 3 / H 2 O / TPAOH = 1/0/200 / 0.17.
As the inorganic porous support, a cylindrical tubular porous mullite tube (outer diameter 12 mm, inner diameter 9 mm) was cut into a length of 400 mm and air-blown was used.
As the seed crystal, MFI type zeolite crystallized by hydrothermal synthesis at 140° C. for 2 days with a gel composition (molar ratio) of SiO 2 /H 2 O/TPAOH=1/20/0.4 was used. The support was immersed in a dispersion liquid in which 1% by mass of this seed crystal was dispersed in water for a predetermined time, and then dried at 120° C. for 2 hours to attach the seed crystal.

この種結晶を付着させた支持体を、上記反応混合物の入ったテフロン(登録商標)製内筒(800ml)に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し、静置状態で、160℃24時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後に支持体−ゼオライト膜複合体を反応混合物から取り出し、洗浄後120℃で2時間乾燥させた。
テンプレート焼成前のゼオライトの膜複合体を電気炉で500℃、5時間焼成した。焼成後のゼオライト膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したMFI型ゼオライトの質量は34g/mであった。
The support to which this seed crystal was adhered was vertically dipped in a Teflon (registered trademark) inner cylinder (800 ml) containing the above reaction mixture to seal the autoclave, and allowed to stand still at 160° C. for 24 hours. Heated under autogenous pressure. After a lapse of a predetermined time, the support-zeolite membrane composite was taken out from the reaction mixture after allowing to cool, washed and dried at 120° C. for 2 hours.
The zeolite membrane composite before template firing was fired at 500° C. for 5 hours in an electric furnace. The mass of the MFI-type zeolite crystallized on the support was 34 g/m 2 , which was determined from the difference between the mass of the zeolite membrane composite after calcination and the mass of the support.

焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は2725L/(m・h)であった。
得られたゼオライト膜複合体を80mmの長さに切断し、蒸気透過法により、エタノールを選択的に透過させ、被処理液のエタノール濃度を低下させる分離実験を行った。99.37gのエタノール/水混合溶液(1.75/98.25質量%)をフラスコ中で50℃に加熱し、液に触れない位置に得られたゼオライト膜複合体を設置した。図1に使用し
た装置の模式図を示す。ゼオライト膜複合体の内側を真空にし、エタノール蒸気を透過させた。透過したエタノールはドライアイス/エタノールで冷却したトラップで捕集し、質
量から透過流速を算出した。また捕集した液をガスクロマトグラフで分析し、透過液の組成を測定した。測定開始から5時間後の透過流束は0.52kg/(m・h)、透過液中のエタノール濃度は10.21質量%であった。エタノールのパーミエンスであらわすと、5.14×10−7mol/(m・s・Pa)であった。
The air permeation amount of the zeolite membrane composite after firing was 2,725 L/(m 2 ·h).
The obtained zeolite membrane composite was cut into a length of 80 mm, and ethanol was selectively permeated by a vapor permeation method to carry out a separation experiment for reducing the ethanol concentration of the liquid to be treated. 99.37 g of an ethanol/water mixed solution (1.75/98.25% by mass) was heated to 50° C. in a flask, and the obtained zeolite membrane composite was placed in a position where it did not come into contact with the liquid. FIG. 1 shows a schematic diagram of the apparatus used. A vacuum was applied to the inside of the zeolite membrane composite to allow ethanol vapor to pass through. The permeated ethanol was collected by a trap cooled with dry ice/ethanol, and the permeation flow rate was calculated from the mass. Further, the collected liquid was analyzed by gas chromatography to measure the composition of the permeated liquid. The permeation flux after 5 hours from the start of measurement was 0.52 kg/(m 2 ·h), and the ethanol concentration in the permeate was 10.21% by mass. The permeance of ethanol was 5.14×10 −7 mol/(m 2 ·s·Pa).

測定開始から5時間経過後のフラスコ内のエタノール濃度は1.15質量%であり、液量は94.70gまで減少した。上記ゼオライト膜複合体を用いて蒸気透過法により被処理液を分離することでエタノール濃度を1.75質量%から1.15質量%まで濃縮することができた。すなわち、被処理液中の微量のアルコールのうち37質量%のエタノールを除去することができた。 The ethanol concentration in the flask after 5 hours from the start of the measurement was 1.15% by mass, and the liquid amount decreased to 94.70 g. It was possible to concentrate the ethanol concentration from 1.75% by mass to 1.15% by mass by separating the liquid to be treated by the vapor permeation method using the zeolite membrane composite. That is, 37% by mass of ethanol could be removed from the trace amount of alcohol in the liquid to be treated.

(実施例2)
MFI型ゼオライトを無機多孔質支持体上に直接水熱合成することで、無機多孔質支持体とMFI型ゼオライト膜(シリカライト膜)とのゼオライト膜複合体を作製した。
水熱合成用の反応混合物として、以下のものを調製した。
水119.16gに有機テンプレートとして、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド(以下これを「TPAOH」という。)水溶液(TPAOH40質量%含有、セイケム社製)2.98gを加え、さらにコロイダルシリカ(スノーテックス40、日産化学社製)5.17gを加えて1時間撹拌し、反応混合物とした。
(Example 2)
By hydrothermally synthesizing MFI-type zeolite directly on the inorganic porous support, a zeolite membrane composite of the inorganic porous support and the MFI-type zeolite membrane (silicalite membrane) was prepared.
The following were prepared as a reaction mixture for hydrothermal synthesis.
To 119.16 g of water, 2.98 g of an aqueous solution of tetrapropylammonium hydroxide (hereinafter referred to as "TPAOH") (containing 40% by mass of TPAOH, manufactured by Sechem) was added as an organic template, and further colloidal silica (Snowtex 40, Nissan). 5.17 g (manufactured by Kagaku) was added and stirred for 1 hour to obtain a reaction mixture.

この反応混合物の組成(モル比)は、SiO/Al/HO/TPAOH=1/0/200/0.17である。
無機多孔質支持体として円筒管状の多孔質ムライトチューブ(外径12mm、内径9mm)を80mmの長さに切断し、水で洗浄したのち乾燥させたものを用いた。
種結晶として、SiO/HO/TPAOH=1/20/0.4のゲル組成(モル比)で140℃、2日間水熱合成して結晶化させたMFI型ゼオライトを用いた。 この種結晶を1質量%水中に分散させた分散液に、上記支持体を所定時間浸漬した後、120℃で2時間乾燥させて、種結晶を付着させた。
The composition of the reaction mixture (molar ratio) is a SiO 2 / Al 2 O 3 / H 2 O / TPAOH = 1/0/200 / 0.17.
As the inorganic porous support, a cylindrical tubular porous mullite tube (outer diameter 12 mm, inner diameter 9 mm) was cut into a length of 80 mm, washed with water and dried.
As a seed crystal, MFI type zeolite crystallized by hydrothermal synthesis at 140° C. for 2 days with a gel composition (molar ratio) of SiO 2 /H 2 O/TPAOH=1/20/0.4 was used. The support was immersed in a dispersion liquid obtained by dispersing the seed crystal in 1% by mass of water for a predetermined time and then dried at 120° C. for 2 hours to attach the seed crystal.

この種結晶を付着させた支持体を、上記反応混合物の入ったテフロン(登録商標)製内筒(200ml)に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し、静置状態で、175℃24時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後に支持体−ゼオライト膜複合体を反応混合物から取り出し、洗浄後120℃で2時間乾燥させた。
テンプレート焼成前のゼオライトの膜複合体を電気炉で500℃、5時間焼成した。焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したMFI型ゼオライトの質量は63g/mであった。
The support to which this seed crystal was adhered was vertically immersed in a Teflon (registered trademark) inner cylinder (200 ml) containing the above reaction mixture to seal the autoclave, and in a static state at 175° C. for 24 hours. Heated under autogenous pressure. After a lapse of a predetermined time, the support-zeolite membrane composite was taken out from the reaction mixture after allowing to cool, washed and dried at 120° C. for 2 hours.
The zeolite membrane composite before template firing was fired at 500° C. for 5 hours in an electric furnace. The mass of the MFI-type zeolite crystallized on the support was 63 g/m 2 , which was determined from the difference between the mass of the membrane composite after calcination and the mass of the support.

焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は1937L/(m・h)であった。
得られたゼオライト膜複合体用いて、実施例1と同様にして蒸気透過法により、93.93gのエタノール/水混合溶液(1.40/98.60質量%)をフラスコ中で50℃に加熱し、エタノールを選択的に透過させ、被処理液のエタノール濃度を低下させる分離実験を行った。
The air permeation amount of the zeolite membrane composite after firing was 1937 L/(m 2 ·h).
Using the obtained zeolite membrane composite, 93.93 g of an ethanol/water mixed solution (1.40/98.60 mass%) was heated to 50° C. in a flask by the vapor permeation method in the same manner as in Example 1. Then, a separation experiment was conducted to selectively permeate ethanol and reduce the ethanol concentration of the liquid to be treated.

測定開始から6時間後の透過流束は0.46kg/(m・h)、透過液中のエタノール濃度は11.55質量%であった。エタノールのパーミエンスであらわすと、1.07×10−6mol/(m・s・Pa)であった。
測定開始から6時間経過後のフラスコ内のエタノール濃度は0.60質量%であり、液量は89.14gまで減少した。記ゼオライト膜複合体を用いて蒸気透過法により被処理
液を分離することでエタノール濃度を1.40質量%から0.60質量%まで濃縮することができた。すなわち、被処理液中の微量のアルコールのうち59質量%のエタノールを除去することができた。
The permeation flux after 6 hours from the start of measurement was 0.46 kg/(m 2 ·h), and the ethanol concentration in the permeate was 11.55% by mass. The permeance of ethanol was 1.07×10 −6 mol/(m 2 ·s·Pa).
The ethanol concentration in the flask after 6 hours from the start of the measurement was 0.60% by mass, and the liquid amount was reduced to 89.14 g. By separating the liquid to be treated by the vapor permeation method using the zeolite membrane composite, the ethanol concentration could be concentrated from 1.40% by mass to 0.60% by mass. That is, 59% by mass of ethanol could be removed from the trace amount of alcohol in the liquid to be treated.

1 装置
2 スターラー
3 撹拌子
4 湯浴
5 2又ナス型フラスコ
6 被処理液
7 ゼオライト膜複合体
8 三方コック
9 圧力ゲージ
10 コールドトラップ
11 パージバルブ
12 真空ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Apparatus 2 Stirrer 3 Stirrer 4 Hot water bath 5 2 or eggplant type flask 6 Liquid to be treated 7 Zeolite membrane complex 8 Three-way cock 9 Pressure gauge 10 Cold trap 11 Purge valve 12 Vacuum pump

Claims (4)

アルコールを含有する水溶液を、吸着剤または膜分離によりアルコール分と10質量%
以下のアルコールを含む水分とに分離した後、該水分からアルコールを除去する方法であ
って、
該水分の蒸気をアルコール選択性分離膜であるゼオライト膜に接触させて、蒸気透過法
によりアルコールを透過させることによって、該水分からアルコールを除去することを特
徴とする、
10質量%以下のアルコールを含む水分からのアルコールの除去方法。
Aqueous solution containing alcohol is mixed with alcohol content and 10 mass% by adsorbent or membrane separation.
A method of removing alcohol from the water after separation into water containing alcohol below,
Characterized in that the water vapor is brought into contact with a zeolite membrane which is an alcohol-selective separation membrane, and the alcohol is removed from the water by permeating the alcohol by a vapor permeation method.
A method for removing alcohol from water containing 10% by mass or less of alcohol.
前記10質量%以下のアルコールを含む水分を、前記ゼオライト膜としてシリカライト
に接触させて蒸気透過法によりアルコールを透過させることによって、除去されたアル
コールが透過させる前の30質量%以上である、請求項1に記載のアルコールの除去方法
The water content containing 10% by mass or less of the alcohol is used as the zeolite membrane for silicalite.
Alcohol removed by contact with the membrane and permeation of alcohol by vapor permeation.
Call is not less than 30% by weight prior to transmission, the method of removing the alcohol according to claim 1.
前記10質量%以下のアルコールを含む水分を、前記ゼオライト膜としてゼオライト質
量63g/m 以上のシリカライト膜に接触させて、蒸気透過法によりアルコールを透過
させることによるアルコール除去後の前記水分中のアルコールの含有量が1質量%未満で
ある、請求項1または2に記載のアルコールの除去方法。
The water content containing 10% by mass or less of the alcohol is used as the zeolite film
The content of alcohol in the water content after the alcohol removal by contacting with a silicalite membrane having an amount of 63 g/m 2 or more and allowing the alcohol to permeate by a vapor permeation method is less than 1% by mass. The method for removing alcohol according to.
アルコールがエタノールである、請求項1〜3のいずれか一項に記載のアルコールの除
去方法。
The method for removing alcohol according to claim 1, wherein the alcohol is ethanol.
JP2015138038A 2015-07-09 2015-07-09 How to remove trace alcohol Active JP6728583B2 (en)

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