JP7413763B2 - Method for producing porous support-zeolite membrane composite - Google Patents

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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し、詳しくは、多孔質支持体上に緻密なAFX型ゼオライト膜が形成された多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を製造する方法に関する。本発明により製造された多孔質支持体-ゼオライト膜複合体は、気体混合物又は液体混合物から特定の成分を分離するために好適に用いられる。 The present invention relates to a method for producing a porous support-zeolite membrane composite, and more particularly, to a method for producing a porous support-zeolite membrane composite in which a dense AFX type zeolite membrane is formed on a porous support. . The porous support-zeolite membrane composite produced according to the present invention is suitably used to separate specific components from gaseous or liquid mixtures.

火力発電所や各種プラントなどから排出されるガス(気体混合物)から、所望の気体を分離する技術として、ゼオライト膜が注目されている。ゼオライト膜の種類としては、LTA型、FAU型、MFI型、SAPO-34、DDR型、CHA型などが挙げられている。 Zeolite membranes are attracting attention as a technology for separating desired gases from gases (gas mixtures) discharged from thermal power plants and various plants. Types of zeolite membranes include LTA type, FAU type, MFI type, SAPO-34, DDR type, and CHA type.

例えば、天然ガスの精製プラントや、生ごみなどをメタン発酵させてバイオガスを発生させるプラントで用いられる、二酸化炭素とメタンの分離用のゼオライト膜としては、DDR型ゼオライト(特許文献1)、SAPO-34(非特許文献1)、SSZ-13(非特許文献2)が知られている。
また、二酸化炭素とメタンの分離においては、SiO/Alモル比が5以上のCHA型アルミノケイ酸塩のゼオライト膜が、高い透過性能と高い分離性能を有することが開示されている(特許文献2)。
CHA型ゼオライト膜を用いてアンモニアと窒素の混合ガスからアンモニアを分離する方法も開示されている(特許文献3)。
For example, zeolite membranes for separating carbon dioxide and methane used in natural gas purification plants and plants that generate biogas by methane fermentation of food waste include DDR zeolite (Patent Document 1), SAPO -34 (Non-Patent Document 1) and SSZ-13 (Non-Patent Document 2) are known.
Furthermore, in the separation of carbon dioxide and methane, it has been disclosed that a CHA-type aluminosilicate zeolite membrane with a SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of 5 or more has high permeability and high separation performance ( Patent Document 2).
A method of separating ammonia from a mixed gas of ammonia and nitrogen using a CHA type zeolite membrane is also disclosed (Patent Document 3).

しかしながら、DDR型ゼオライト膜は、ゼオライトの構造が二次元であるために、二酸化炭素のパーミエンスが高いとは言えない。
また、CHA型ゼオライト膜は二酸化炭素の透過量は十分に大きいものの、細孔径が3.8Åと窒素分子のKinetic diameter(3.64Å)より大きいためか、窒素の分離性能が高いとはいえない。
However, the DDR type zeolite membrane cannot be said to have high carbon dioxide permeability because the zeolite structure is two-dimensional.
Additionally, although the CHA type zeolite membrane has a sufficiently large permeation amount of carbon dioxide, it cannot be said to have high nitrogen separation performance, perhaps because the pore diameter is 3.8 Å, which is larger than the kinetic diameter (3.64 Å) of nitrogen molecules. .

特許文献4には、緻密かつ均一な膜厚のAFX型のゼオライト膜を提供することを課題として、以下の方法が記載されている。
「ゼオライト膜複合体の製造方法であって、
a)FAU型の種結晶を取得する工程と、
b)支持体上に前記FAU型の種結晶を付着させる工程と、
c)原料溶液に前記支持体を浸漬し、水熱合成により前記FAU型の種結晶からAFX型のゼオライトを成長させて前記支持体上にAFX型のゼオライト膜を形成する工程と、
d)前記AFX型のゼオライト膜から構造規定剤を除去する工程と、
を備えることを特徴とするゼオライト膜複合体の製造方法。」
Patent Document 4 describes the following method with the objective of providing an AFX type zeolite membrane having a dense and uniform thickness.
"A method for producing a zeolite membrane composite, comprising:
a) obtaining a FAU type seed crystal;
b) depositing the FAU type seed crystal on a support;
c) immersing the support in a raw material solution and growing AFX type zeolite from the FAU type seed crystal by hydrothermal synthesis to form an AFX type zeolite membrane on the support;
d) removing the structure directing agent from the AFX type zeolite membrane;
A method for producing a zeolite membrane composite, comprising: ”

特許文献4の0008段落には、従来技術の問題点について、
・ 支持体表面にAFX型のゼオライト膜を製造した場合、アルミニウム源であるY型のゼオライト粉末を含む原料溶液中に支持体を浸漬して水熱合成が行われるが、Y型のゼオライト粉末は、原料溶液が貯溜された容器底に沈降しやすいため、均一な膜厚のゼオライト膜を好適に製造することは困難である。
・ Y型のゼオライト粉末を含まない原料溶液を用いてAFX型のゼオライト膜を合成した場合、AFX型のゼオライトの結晶化が不十分になりやすく、AFX型のゼオライト膜を緻密に形成することが難しくなる。そのため、特にAFX型のゼオライト膜をガス分離等の用途に使用すると、分離性能を高くすることが難しい場合がある。
との記載があり、特許文献4に記載された発明では、このような従来技術の問題を解決するために、FAU型種結晶を支持体に付着させ、Al元素源を含まない原料溶液中で水熱合成を行っている。
Paragraph 0008 of Patent Document 4 describes the problems of the prior art.
- When producing an AFX type zeolite membrane on the surface of a support, hydrothermal synthesis is performed by immersing the support in a raw material solution containing Y type zeolite powder, which is an aluminum source. Since the raw material solution tends to settle at the bottom of the container, it is difficult to suitably produce a zeolite membrane with a uniform thickness.
- If an AFX-type zeolite membrane is synthesized using a raw material solution that does not contain Y-type zeolite powder, the AFX-type zeolite tends to be insufficiently crystallized, making it difficult to form a dense AFX-type zeolite membrane. It becomes difficult. Therefore, especially when AFX type zeolite membranes are used for purposes such as gas separation, it may be difficult to improve the separation performance.
In the invention described in Patent Document 4, in order to solve the problems of the prior art, an FAU type seed crystal is attached to a support and the seed crystal is grown in a raw material solution that does not contain an Al element source. Performs hydrothermal synthesis.

具体的に、特許文献4の実施例1では、モノリス型の支持体に、種結晶としてY型ゼオライト結晶を付着させた後、コロイダルシリカ、水酸化ナトリウム、および、SDA(構造規定剤)である1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン-C4-ジクアットジブロミドを純水に溶解させた、Al元素源を含まない原料溶液に浸漬し、170℃で50時間水熱合成を行っている。 Specifically, in Example 1 of Patent Document 4, after attaching a Y-type zeolite crystal as a seed crystal to a monolithic support, colloidal silica, sodium hydroxide, and SDA (structure directing agent) were added. 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane-C4-diquatdibromide was dissolved in pure water and immersed in a raw material solution containing no Al element source, and hydrothermal synthesis was performed at 170°C for 50 hours. ing.

なお、特許文献4の0042段落には、「原料溶液にはAl元素源は含まれていなくてもよいが、必要に応じて加えてもよい。」との記載はあるが、特許文献4には、具体的に支持体に種結晶を付着させた上で原料溶液にAl元素源を加えた実施例はない。また、同段落には、「このとき、原料溶液中のSi源とSDAとの配合割合等を調整することにより、緻密なゼオライト膜12を得ることができる。」との記載があり、特許文献4に記載の発明では、膜を緻密にするための条件は、Si源とSDA(構造規定剤)との配合割合であり、原料溶液中のAl元素源により膜を緻密化するとの技術思想は存在しない。
もとより、特許文献4に記載の発明は、アルミニウム源であるY型のゼオライト粉末を含む原料溶液中に支持体を浸漬して水熱合成を行う従来技術では、均一な膜厚のゼオライト膜を製造できないとの知見に基づいてなされたものであり、原料溶液にAl元素源を含有させるには阻害要因があると言える。
Note that paragraph 0042 of Patent Document 4 states, "Although the raw material solution does not need to contain an Al element source, it may be added as necessary." There is no example in which a seed crystal is specifically attached to a support and then an Al element source is added to a raw material solution. In addition, the same paragraph states, "At this time, by adjusting the blending ratio of the Si source and SDA in the raw material solution, a dense zeolite membrane 12 can be obtained." Patent Document In the invention described in 4, the conditions for making the film dense are the blending ratio of the Si source and SDA (structure directing agent), and the technical idea of making the film dense by the Al element source in the raw material solution is not exist.
Of course, the invention described in Patent Document 4 is based on the conventional technique of hydrothermal synthesis by immersing a support in a raw material solution containing Y-type zeolite powder, which is an aluminum source, but it is difficult to produce a zeolite membrane with a uniform thickness. This was done based on the knowledge that this was not possible, and it can be said that there are factors inhibiting the inclusion of an Al element source in the raw material solution.

また、特許文献4においては、生成したAFX型ゼオライト膜のX線回折の結果はなく、純度については言及されていない。 Further, in Patent Document 4, there are no X-ray diffraction results of the produced AFX type zeolite membrane, and there is no mention of purity.

特開2004-105942号公報Japanese Patent Application Publication No. 2004-105942 特許5957828号公報Patent No. 5957828 特開2014-58433号公報JP 2014-58433 Publication 特開2019-150823号公報JP 2019-150823 Publication

Shiguang Li et al.,"Improved SAPO-34 Membranes for CO2/CH4 Separation".Adv.Mater.2006,18,2601-2603Shiguang Li et al., "Improved SAPO-34 Membranes for CO2/CH4 Separation". Adv. Mater. 2006,18,2601-2603 Halil Kalipcilar et al.,"Synthesis and Separation Performance of SSZ-13 Zeolite Membranes on Tubular Supports",Chem.Mater.2002,14,34583464Halil Kalipcilar et al.,"Synthesis and Separation Performance of SSZ-13 Zeolite Membranes on Tubular Supports",Chem.Mater.2002,14,34583464

本発明は、多孔質支持体上に純度が高く緻密なAFX型ゼオライト膜が形成された多孔質支持体-ゼオライト膜複合体であって、特に気体混合物において、窒素などの小さい分子の分離においても、分子ふるい作用による分離効果を十分に得ることができる多孔質支持体-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。 The present invention is a porous support-zeolite membrane composite in which a highly pure and dense AFX-type zeolite membrane is formed on a porous support, and is particularly suitable for the separation of small molecules such as nitrogen in gas mixtures. An object of the present invention is to provide a method for producing a porous support-zeolite membrane composite that can sufficiently obtain a separation effect due to molecular sieving action.

上記課題を解決するために本発明者らが鋭意検討した結果、AFX型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を製造するに当たり、FAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトを付着させた多孔質支持体を、Al元素源を含む原料混合液に浸漬して水熱合成することにより、上記課題を解決できることがわかり本発明に到達した。 As a result of intensive studies by the present inventors in order to solve the above problems, in producing a porous support-zeolite membrane composite having an AFX type zeolite membrane, a porous support to which FAU type zeolite or CHA type zeolite was attached was found. It has been found that the above-mentioned problems can be solved by immersing the support in a raw material mixture containing an Al element source for hydrothermal synthesis, and the present invention has been achieved.

即ち、本発明は以下を要旨とする。 That is, the gist of the present invention is as follows.

[1] 多孔質支持体上にAFX型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、FAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトを多孔質支持体の表面に付着させる工程と、前記多孔質支持体を原料混合液に浸漬して水熱合成する工程とを備え、前記原料混合液がAl元素源を含有する、多孔質支持体-ゼオライト膜複合体の製造方法。 [1] A method for producing a porous support-zeolite membrane composite having an AFX type zeolite membrane on a porous support, comprising the steps of attaching FAU type zeolite or CHA type zeolite to the surface of the porous support. , a step of immersing the porous support in a raw material mixture to perform hydrothermal synthesis, the raw material mixture containing an Al element source, a method for producing a porous support-zeolite membrane composite.

[2] 前記FAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトが粉末状である、[1]に記載の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体の製造方法。 [2] The method for producing a porous support-zeolite membrane composite according to [1], wherein the FAU type zeolite or CHA type zeolite is in powder form.

[3] 前記FAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトが膜状である、[1]に記載の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体の製造方法。 [3] The method for producing a porous support-zeolite membrane composite according to [1], wherein the FAU type zeolite or CHA type zeolite is in the form of a membrane.

本発明によれば、多孔質支持体上に純度が高く緻密なAFX型ゼオライト膜を形成することができ、特に気体混合物の分離において、窒素などの小さい分子の分離であっても、分子ふるい作用による分離効果を十分に得ることができ、十分な処理量と分離性能で効率的な分離、濃縮を行える多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to form a highly pure and dense AFX-type zeolite membrane on a porous support, and in particular, in the separation of gas mixtures, even when separating small molecules such as nitrogen, it is possible to use molecular sieving. It is possible to provide a porous support-zeolite membrane composite that can sufficiently obtain the separation effect of the zeolite membrane and perform efficient separation and concentration with sufficient throughput and separation performance.

本発明の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体が適用される分離膜モジュールの構成の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a separation membrane module to which the porous support-zeolite membrane composite of the present invention is applied. 比較例1で製造したゼオライト膜複合体のゼオライト膜のXRD測定チャートである。3 is an XRD measurement chart of the zeolite membrane of the zeolite membrane composite manufactured in Comparative Example 1. 実施例1で製造したゼオライト膜複合体のゼオライト膜のXRD測定チャートである。1 is an XRD measurement chart of the zeolite membrane of the zeolite membrane composite produced in Example 1. 実施例2で製造したゼオライト膜複合体のゼオライト膜のXRD測定チャートである。3 is an XRD measurement chart of the zeolite membrane of the zeolite membrane composite manufactured in Example 2. 実施例3で製造したゼオライト膜複合体のゼオライト膜のXRD測定チャートである。3 is an XRD measurement chart of the zeolite membrane of the zeolite membrane composite manufactured in Example 3. 実施例4で製造したゼオライト膜複合体のゼオライト膜のXRD測定チャートである。3 is an XRD measurement chart of the zeolite membrane of the zeolite membrane composite produced in Example 4. 実施例5で製造したゼオライト膜複合体のゼオライト膜のXRD測定チャートである。3 is an XRD measurement chart of the zeolite membrane of the zeolite membrane composite produced in Example 5. 実施例6で製造したゼオライト膜複合体のゼオライト膜のXRD測定チャートである。2 is an XRD measurement chart of the zeolite membrane of the zeolite membrane composite manufactured in Example 6. 実施例7で製造したゼオライト膜複合体のゼオライト膜のXRD測定チャートである。2 is an XRD measurement chart of the zeolite membrane of the zeolite membrane composite manufactured in Example 7. 比較例2で製造したゼオライト膜複合体のゼオライト膜のXRD測定チャートである。3 is an XRD measurement chart of the zeolite membrane of the zeolite membrane composite manufactured in Comparative Example 2. 実施例8で製造したゼオライト膜複合体のゼオライト膜のXRD測定チャートである。2 is an XRD measurement chart of the zeolite membrane of the zeolite membrane composite manufactured in Example 8. 実施例9で製造したゼオライト膜複合体のゼオライト膜のXRD測定チャートである。12 is an XRD measurement chart of the zeolite membrane of the zeolite membrane composite produced in Example 9. 実施例10で製造したゼオライト膜複合体のゼオライト膜のXRD測定チャートである。3 is an XRD measurement chart of the zeolite membrane of the zeolite membrane composite manufactured in Example 10. 実施例11で製造したゼオライト膜複合体のゼオライト膜のXRD測定チャートである。3 is an XRD measurement chart of the zeolite membrane of the zeolite membrane composite produced in Example 11.

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、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。 Hereinafter, the embodiments of the present invention will be described in more detail. However, the explanation of the constituent elements described below is an example of the embodiments of the present invention, and is not limited to the contents thereof. Various modifications can be made within the scope.

本発明の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体(以下、単に「ゼオライト膜複合体」ということがある。)の製造方法は、
多孔質支持体上にAFX型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、
FAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトを多孔質支持体の表面に付着させる工程(以下、「第1工程」と称す場合がある。)と、
前記多孔質支持体を原料混合液に浸漬して水熱合成する工程(以下、「第2工程」と称す場合がある。)とを備え、
前記原料混合液がAl元素源を含有することを特徴とする。
The method for producing the porous support-zeolite membrane composite (hereinafter sometimes simply referred to as "zeolite membrane composite") of the present invention includes:
A method for producing a porous support-zeolite membrane composite having an AFX type zeolite membrane on a porous support, the method comprising:
A step of attaching FAU type zeolite or CHA type zeolite to the surface of the porous support (hereinafter sometimes referred to as "first step"),
a step of hydrothermally synthesizing the porous support by immersing it in a raw material mixture (hereinafter sometimes referred to as the "second step"),
The raw material mixture is characterized in that it contains an Al element source.

以下において、本発明の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体の製造方法により製造された多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を「本発明の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体」または「本発明のゼオライト膜複合体」と称す場合がある。
また、AFX型ゼオライト膜を単に「ゼオライト膜」と称す場合がある。
In the following, the porous support-zeolite membrane composite produced by the method for producing a porous support-zeolite membrane composite of the present invention will be referred to as "the porous support-zeolite membrane composite of the present invention" or "the porous support-zeolite membrane composite of the present invention". zeolite membrane composite.
Further, the AFX type zeolite membrane is sometimes simply referred to as a "zeolite membrane."

[多孔質支持体]
本発明において用いられる多孔質支持体は、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を有し、かつ多孔質であれば如何なるものであってもよい。
[Porous support]
The porous support used in the present invention may be of any type as long as it has chemical stability such that zeolite can be crystallized in the form of a film on its surface and is porous.

多孔質支持体としては、ポリスルフォン(ポリスルホン)や酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、フッ化ビニリデン、ポリエーテルスルフォン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどのガス透過性の多孔質高分子よりなるものや、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、鉄、ブロンズ、ステンレス等の金属焼結体やメッシュ状の成形体、ガラス、カーボン成形体などの無機多孔質支持体が挙げられる。 Porous supports include gas-permeable porous materials such as polysulfone, cellulose acetate, aromatic polyamides, vinylidene fluoride, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, and polyimide. Molecules, ceramic sintered bodies such as silica, α-alumina, γ-alumina, mullite, zirconia, titania, yttria, silicon nitride, silicon carbide, metal sintered bodies such as iron, bronze, stainless steel, etc., and mesh shapes. Examples include inorganic porous supports such as molded bodies, glass, and carbon molded bodies.

これらの中でも、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が好ましい。このような無機多孔質支持体であれば、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、ゼオライト膜と多孔質支持体との界面の密着性を高める効果を得ることができる。 Among these, inorganic porous supports containing sintered ceramics, which are solid materials whose basic components or most of them are composed of inorganic nonmetallic substances, are preferred. If such an inorganic porous support is used, a part thereof may be converted into zeolite during zeolite membrane synthesis, thereby achieving the effect of increasing the adhesion of the interface between the zeolite membrane and the porous support.

セラミックス焼結体としては、例えば、シリカ、α-アルミナ、γ-アルミナなどのアルミナ、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ものとして挙げられる。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、多孔質支持体とゼオライト膜の結合が強固になり緻密で分離性能の高い多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を形成しやすくなる。 Examples of the ceramic sintered body include ceramic sintered bodies (ceramic supports) containing alumina such as silica, α-alumina, and γ-alumina, mullite, zirconia, titania, yttria, silicon nitride, and silicon carbide. . Among them, inorganic porous supports containing at least one of alumina, silica, and mullite are preferred. When these supports are used, it is easy to partially convert them into zeolites, which strengthens the bond between the porous support and the zeolite membrane, forming a dense porous support-zeolite membrane composite with high separation performance. It becomes easier.

本発明において用いられる多孔質支持体は、その表面(以下「多孔質支持体表面」ともいう。)において、多孔質支持体上に形成されるゼオライトを結晶化させる作用を有することが好ましい。 The porous support used in the present invention preferably has an effect on its surface (hereinafter also referred to as "porous support surface") to crystallize the zeolite formed on the porous support.

前記多孔質支持体表面は、細孔径が制御されていることが好ましい。多孔質支持体表面付近における多孔質支持体の平均細孔径は、通常0.02μm以上、好ましくは0.05μm以上、更に好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.15μm以上、特に好ましくは0.5μm以上であり、とりわけ好ましくは1μm以上であり、通常20μm以下、好ましくは10μm以下、更に好ましくは5μm以下、特に好ましくは2μm以下である。 It is preferable that the pore diameter of the porous support surface is controlled. The average pore diameter of the porous support near the surface of the porous support is usually 0.02 μm or more, preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.15 μm or more, particularly preferably 0. .5 μm or more, particularly preferably 1 μm or more, and usually 20 μm or less, preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, particularly preferably 2 μm or less.

多孔質支持体の表面は滑らかであることが好ましく、必要に応じて表面をやすり等で研磨してもよい。 The surface of the porous support is preferably smooth, and if necessary, the surface may be polished with a file or the like.

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。多孔質支持体の気孔率は、気体や液体を分離する際の透過流量を左右し、上記下限未満では透過物の拡散を阻害する傾向があり、上記上限を超えると多孔質支持体の強度が低下する傾向がある。 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. The porosity of a porous support influences the permeation flow rate when separating gases and liquids; below the above lower limit, it tends to inhibit the diffusion of permeate; when above the above upper limit, the strength of the porous support decreases. There is a tendency to decrease.

本発明において用いられる多孔質支持体の形状は、気体混合物や液体混合物を有効に分離できるものであれば制限されるものではなく、具体的には平板状、管状、円筒状、円柱状や角柱状の孔が多数存在するハニカム状のものやモノリスなどが挙げられる。 The shape of the porous support used in the present invention is not limited as long as it can effectively separate gas mixtures and liquid mixtures, and specifically, it can be flat, tubular, cylindrical, cylindrical, or square. Examples include honeycomb-like structures with many columnar holes and monoliths.

本発明において、ゼオライトを膜状に結晶化させる多孔質支持体の表面は、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、管状の多孔質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。 In the present invention, the surface of the porous support on which the zeolite is crystallized into a membrane may be any surface or may have multiple surfaces depending on the shape of the support. For example, in the case of a tubular porous support, it may be the outer surface or the inner surface, or in some cases both the outer and inner surfaces.

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。多孔質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、多孔質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、衝撃や振動等に弱くなることがある。多孔質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流束が低くなることがある。 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, and usually 7 mm or less, preferably 5 mm or less, more preferably 3 mm. It is as follows. The porous support is used to provide mechanical strength to the zeolite membrane, but if the average thickness of the porous support is too thin, the zeolite membrane composite will not have sufficient strength and will be susceptible to shock and vibration. It can become weak. If the average thickness of the porous support is too thick, the diffusion of the permeated substance may be poor, resulting in a low permeation flux.

例えば、管状の多孔質支持体の場合、通常長さ2cm以上、好ましくは4cm以上、更に好ましくは8cm以上、特に好ましくは10cm以上、とりわけ好ましくは20cm以上であり、通常200cm、好ましくは150cm以下、より好ましくは100cm以下である。多孔質支持体の長さがこの範囲より短い場合、1本あたりの流体の分離処理量が少ない場合があり、また、この範囲より長い場合、製造に手間がかかる場合がある。
また、管状の多孔質支持体の内径は、通常0.2cm以上、好ましくは0.3cm以上、より好ましくは0.4cm以上、更に好ましくは0.5cm以上、特に好ましくは0.6cm以上、最も好ましくは0.7cm以上、より一層好ましくは0.9cm以上であり、通常2cm以下、好ましくは1.5cm以下、より好ましくは1.2cm以下である。
外径は通常0.3cm以上、好ましくは0.5cm以上、より好ましくは0.6cm以上、更に好ましくは0.8cm以上、特に好ましくは1.0cm以上であり、通常2.5cm以下、好ましくは1.7cm以下、より好ましくは1.3cm以下である。
厚さ(肉厚)は上記の通りである。
For example, in the case of a tubular porous support, the length is usually 2 cm or more, preferably 4 cm or more, more preferably 8 cm or more, particularly preferably 10 cm or more, particularly preferably 20 cm or more, and usually 200 cm or less, preferably 150 cm or less, More preferably, it is 100 cm or less. If the length of the porous support is shorter than this range, the amount of fluid to be separated per piece may be small, and if it is longer than this range, manufacturing may be time consuming.
The inner diameter of the tubular porous support is usually 0.2 cm or more, preferably 0.3 cm or more, more preferably 0.4 cm or more, even more preferably 0.5 cm or more, particularly preferably 0.6 cm or more, and most preferably It is preferably 0.7 cm or more, even more preferably 0.9 cm or more, and usually 2 cm or less, preferably 1.5 cm or less, and more preferably 1.2 cm or less.
The outer diameter is usually 0.3 cm or more, preferably 0.5 cm or more, more preferably 0.6 cm or more, even more preferably 0.8 cm or more, particularly preferably 1.0 cm or more, and usually 2.5 cm or less, preferably It is 1.7 cm or less, more preferably 1.3 cm or less.
The thickness (thickness) is as described above.

この範囲より内径、外径、肉厚が小さい場合、多孔質支持体の強度が下がり折れやすくなる場合がある。この範囲より内径、外径が大きい場合、単位体積当たりに充填し得る多孔質支持体の本数が少なくなる場合がある。この範囲より肉厚が大きい場合は透過性能が低下する傾向がある。 If the inner diameter, outer diameter, and wall thickness are smaller than this range, the strength of the porous support may decrease and it may become easily broken. If the inner diameter and outer diameter are larger than this range, the number of porous supports that can be filled per unit volume may decrease. When the wall thickness is larger than this range, the transmission performance tends to decrease.

[AFX型ゼオライト]
本発明において形成するAFX型ゼオライト膜のAFX型ゼオライトとは、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AFX構造のものを示し、その構造はX線回折データにより特徴付けられる。また、International Zeolite Association(IZA)がcomposite building unitとして定めるd6r、gme、およびaftを骨格中に含む
AFX型ゼオライトは酸素8員環からなる3次元細孔を有し、例えばAFX型ゼオライトの一種である物質SAPO-56においては、その細孔径は3.4×3.6Åであることが知られている。
[AFX type zeolite]
The AFX type zeolite of the AFX type zeolite membrane formed in the present invention refers to the AFX type zeolite according to the code that defines the structure of zeolite established by the International Zeolite Association (IZA), and the structure is characterized by X-ray diffraction data. . In addition, AFX type zeolite, which contains d6r, gme, and aft, which are defined as a composite building unit by the International Zeolite Association (IZA) in its skeleton, has three-dimensional pores consisting of eight-membered oxygen rings, and is a type of AFX type zeolite. It is known that a certain material, SAPO-56, has a pore size of 3.4×3.6 Å.

本発明におけるAFX型ゼオライト膜は、後述の通り、Al元素源を含む原料混合液中に、予めFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトを付着させた多孔質支持体を浸漬して水熱合成することにより形成される。 As described below, the AFX type zeolite membrane in the present invention is produced by hydrothermally synthesizing a porous support to which FAU type zeolite or CHA type zeolite has been attached in advance in a raw material mixture containing an Al element source. It is formed.

[ゼオライト膜]
本発明におけるゼオライト膜とは、ゼオライトにより構成される膜状物のことであり、好ましくは、前記多孔質支持体の表面にゼオライトを結晶化させて形成されたものである。膜を構成するゼオライトは少なくともAFX型ゼオライトを含み、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物、あるいはゼオライト表面を修飾するシリル化剤などを必要に応じ含んでいてもよい。
[Zeolite membrane]
The zeolite membrane in the present invention refers to a membrane-like material composed of zeolite, and is preferably formed by crystallizing zeolite on the surface of the porous support. The zeolite constituting the membrane includes at least AFX type zeolite, and may optionally contain an inorganic binder such as silica or alumina, an organic substance such as a polymer, or a silylation agent for modifying the zeolite surface in addition to the zeolite.

本発明において多孔質支持体上に形成されるゼオライト膜は、ゼオライトとしてAFX型ゼオライトを含む膜であり、好ましくはAFX型ゼオライトを主成分とするAFX型ゼオライト膜である。該ゼオライト膜には、一部、MOR型、MFI型、ANA型、GIS型などの他の構造のゼオライトが含まれていてもよく、アモルファス成分などが含有されていてもよい。該ゼオライト膜は、通常70質量%以上、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上がAFX型ゼオライトで構成される。該ゼオライト膜は、ゼオライト膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて、AFX型ゼオライトに帰属されるピークが、AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークに対して、高い強度で観測されることが好ましい。AFX型ゼオライトに帰属されるピークのうち最も強度の高いピークのピーク強度をI、AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークのうち最も強度の高いピークのピーク強度をIとした時、ピーク強度比I/Iが、通常1.4以下、好ましくは1.0以下、より好ましくは0.5以下、更に好ましくは0.4以下、特に好ましくは0.35以下、とりわけ好ましくは0.3以下、最も好ましくは0.2以下であり、AFX型ゼオライトおよび多孔質支持体に帰属されるピークのみが観測されることが最も好ましい。このピーク強度比は、不純物とAFX型ゼオライトの量比を比較するためのもので、製造条件によりI,Iとも回折角が変わりうるものである。 The zeolite membrane formed on the porous support in the present invention is a membrane containing AFX type zeolite as the zeolite, preferably an AFX type zeolite membrane containing AFX type zeolite as a main component. The zeolite membrane may partially contain zeolites of other structures such as MOR type, MFI type, ANA type, and GIS type, and may also contain an amorphous component. The zeolite membrane is usually composed of AFX type zeolite in an amount of 70% by mass or more, preferably 80% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more. The zeolite membrane is characterized in that in an X-ray diffraction pattern obtained by irradiating the surface of the zeolite membrane with X-rays, a peak attributed to AFX-type zeolite originates from AFX-type zeolite or another crystalline phase not attributed to the porous support. It is preferable that the peak be observed with high intensity. I 1 is the peak intensity of the highest intensity peak among the peaks attributed to AFX type zeolite, and the highest intensity peak among the peaks derived from AFX type zeolite or other crystal phases not attributed to the porous support. When the intensity is I2 , the peak intensity ratio I2 / I1 is usually 1.4 or less, preferably 1.0 or less, more preferably 0.5 or less, even more preferably 0.4 or less, particularly preferably It is 0.35 or less, particularly preferably 0.3 or less, most preferably 0.2 or less, and it is most preferable that only peaks attributed to the AFX type zeolite and the porous support are observed. This peak intensity ratio is for comparing the quantity ratio of impurities and AFX type zeolite, and the diffraction angles of both I 1 and I 2 can change depending on the manufacturing conditions.

本発明において多孔質支持体上に形成されるゼオライト膜の厚さは、特に制限されるものではないが、通常0.1μm以上であり、好ましくは0.3μm以上、より好ましくは0.5μm以上、更に好ましくは0.7μm以上、特に好ましくは1.0μm以上、最も好ましくは1.2μm以上である。また通常100μm以下であり、好ましくは80μm以下、より好ましくは60μm以下、更に好ましくは20μm以下、特に好ましくは10μm以下、最も好ましくは5μm以下の範囲である。ゼオライト膜の膜厚が厚過ぎると透過量が低下する傾向があり、薄過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。 The thickness of the zeolite membrane formed on the porous support in the present invention is not particularly limited, but is usually 0.1 μm or more, preferably 0.3 μm or more, more preferably 0.5 μm or more. , more preferably 0.7 μm or more, particularly preferably 1.0 μm or more, most preferably 1.2 μm or more. Further, it is usually 100 μm or less, preferably 80 μm or less, more preferably 60 μm or less, even more preferably 20 μm or less, particularly preferably 10 μm or less, and most preferably 5 μm or less. If the zeolite membrane is too thick, the amount of permeation tends to decrease, and if it is too thin, the selectivity or membrane strength tends to decrease.

ゼオライト膜におけるゼオライトの粒子径は特に限定されるものではないが、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ことから、通常30nm以上、好ましくは50nm以上、より好ましくは100nm以上、更に好ましくは200nm以上、特に好ましくは500nm以上であり、上限は膜の厚さ以下である。更に好ましくはゼオライトの粒子径がゼオライト膜の厚さと同じである場合である。ゼオライトの粒子径がゼオライト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ためである。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好ましい。 The particle size of the zeolite in the zeolite membrane is not particularly limited, but if it is too small, the grain boundaries tend to become large and the permeation selectivity etc. tends to decrease, so it is usually 30 nm or more, preferably 50 nm or more, The thickness is more preferably 100 nm or more, further preferably 200 nm or more, particularly preferably 500 nm or more, and the upper limit is the thickness of the film or less. More preferably, the particle diameter of the zeolite is the same as the thickness of the zeolite membrane. This is because when the particle size of the zeolite is the same as the thickness of the zeolite membrane, the grain boundaries of the zeolite are the smallest. A zeolite membrane obtained by hydrothermal synthesis is preferable because the particle size of the zeolite and the thickness of the membrane may be the same in some cases.

ゼオライト膜の形状(ゼオライト膜複合体としたときの形状)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。 The shape of the zeolite membrane (the shape when it is made into a zeolite membrane composite) is not particularly limited, and any shape such as a tubular shape, a hollow fiber shape, a monolith shape, a honeycomb shape, etc. can be adopted. Further, the size is not particularly limited, and for example, in the case of a tubular shape, it is usually practical and preferable to have a length of 2 cm or more and 200 cm or less, an inner diameter of 0.05 cm or more and 2 cm or less, and a thickness of 0.5 mm or more and 4 mm or less.

AFX型ゼオライトにおいて、ゼオライトのSiO/Alモル比(以下、「SAR」と記載する場合がある。)は特に限定されないが、通常5以上、好ましくは6以上、特に好ましくは8以上である。上限は、通常不純物程度の量であり、SiO/Alモル比としては、例えば500以下、好ましくは100以下、より好ましくは90以下、更に好ましくは80以下、特に好ましくは65以下、最も好ましくは48以下である。SiO/Alモル比が前記下限未満ではゼオライト膜の緻密性が低下する場合があり、また耐久性が低下する傾向がある。SiO/Alモル比は、後に述べる水熱合成の反応条件により調整することができる。 In the AFX type zeolite, the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio (hereinafter sometimes referred to as "SAR") of the zeolite is not particularly limited, but is usually 5 or more, preferably 6 or more, particularly preferably 8 or more. It is. The upper limit is usually the amount of impurities, and the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is, for example, 500 or less, preferably 100 or less, more preferably 90 or less, even more preferably 80 or less, particularly preferably 65 or less, Most preferably it is 48 or less. If the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is less than the above-mentioned lower limit, the zeolite membrane may become less dense and its durability tends to decrease. The SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio can be adjusted by the reaction conditions of hydrothermal synthesis described later.

なお、上述の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。数ミクロンの膜のみの情報を得るために通常は電子線の加速電圧を10kVで測定する。 Note that the above-mentioned SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is a value obtained by scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX). In order to obtain information on only a few micrometers of film, measurement is usually performed at an electron beam acceleration voltage of 10 kV.

[ゼオライト膜の製造方法]
本発明において、ゼオライト膜の製造方法は、AFX型ゼオライトを含む膜を多孔質支持体上に形成可能な方法であれば特に制限されず、例えば、
(1)多孔質支持体にゼオライトを膜状に結晶化させる方法
(2)多孔質支持体にゼオライトを無機バインダー、あるいは有機バインダーなどで固着させる方法
(3)多孔質支持体にゼオライトを分散させたポリマーを固着させる方法
(4)ゼオライトのスラリーを多孔質支持体に含浸させ、場合によっては吸引することによりゼオライトを多孔質支持体に固着させる方法
などの何れの方法も用いることができる。
[Method for manufacturing zeolite membrane]
In the present invention, the method for producing a zeolite membrane is not particularly limited as long as it is a method that can form a membrane containing AFX type zeolite on a porous support, for example,
(1) Method of crystallizing zeolite in a porous support in the form of a film (2) Method of fixing zeolite to a porous support with an inorganic binder or organic binder (3) Dispersing zeolite in a porous support Method for fixing the polymer (4) Any method can be used, such as a method in which the porous support is impregnated with a zeolite slurry and, in some cases, the zeolite is fixed to the porous support by suction.

これらの中で、多孔質支持体にゼオライトを膜状に結晶化させる方法が特に好ましい。結晶化の方法に特に制限はないが、多孔質支持体を、ゼオライト製造に用いる水熱合成用の反応混合物(以下これを「水性反応混合物」又は「原料混合液」と称す。)中に入れて、直接水熱合成することで支持体の表面などにゼオライトを結晶化させる方法が好ましい。
具体的には、例えば、組成を調整して均一化した水性反応混合物(原料混合液)を、多孔質支持体を内部に緩やかに固定した、オートクレーブなどの耐熱耐圧容器に入れて密閉して、一定時間加熱すればよい。
Among these, a method in which zeolite is crystallized into a membrane on a porous support is particularly preferred. There are no particular limitations on the crystallization method, but the porous support may be placed in a reaction mixture for hydrothermal synthesis (hereinafter referred to as "aqueous reaction mixture" or "raw material mixture") used for zeolite production. Therefore, a method in which zeolite is crystallized on the surface of a support by direct hydrothermal synthesis is preferable.
Specifically, for example, an aqueous reaction mixture (raw material mixture) whose composition has been adjusted and homogenized is placed in a heat-resistant and pressure-resistant container such as an autoclave in which a porous support is loosely fixed, and the container is sealed. All you have to do is heat it for a certain period of time.

[多孔質支持体-ゼオライト膜複合体の製造方法]
本発明の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体の製造方法では、FAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトを多孔質支持体の表面に付着させる第1工程と、第1工程を経た多孔質支持体を、Al元素源を含有する原料混合液に浸漬して水熱合成する第2工程とを経てAFX型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を製造する。
[Method for producing porous support-zeolite membrane composite]
The method for producing a porous support-zeolite membrane composite of the present invention includes a first step of attaching FAU type zeolite or CHA type zeolite to the surface of a porous support, and a porous support that has undergone the first step. A porous support-zeolite membrane composite having an AFX type zeolite membrane is manufactured through a second step of hydrothermal synthesis by immersion in a raw material mixture containing an Al element source.

AFX型ゼオライトは、Al元素源を必須元素として含むため、本発明によれば、Al元素源を含む原料混合液中で水熱合成することにより、純度が高く緻密なAFX型ゼオライト膜を形成することができると考えられる。 Since AFX type zeolite contains an Al element source as an essential element, according to the present invention, a highly pure and dense AFX type zeolite membrane is formed by hydrothermal synthesis in a raw material mixture containing an Al element source. It is thought that it is possible to do so.

また、FAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトを多孔質支持体に付着させ、Al元素源を含む原料混合液中で水熱合成することにより、純度が高く緻密なAFX型ゼオライト膜を形成できる作用機構の詳細は明らかではないが、以下の通り推察される。 In addition, by attaching FAU type zeolite or CHA type zeolite to a porous support and hydrothermally synthesizing it in a raw material mixture containing an Al element source, we have developed a mechanism of action that allows formation of a highly pure and dense AFX type zeolite membrane. Although the details are not clear, it is inferred as follows.

即ち、FAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトは、AFX型ゼオライトの骨格に含まれるナノパーツの一部を、その骨格中に含んでおり、AFX型ゼオライトの種結晶として有効に機能するものである。このようなFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトを多孔質支持体の表面に付着させたものを、Al元素源を有する原料混合液に浸漬して水熱合成を行うと、多孔質支持体上のFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトから生じたナノパーツが結晶成長の核および原料となり、多孔質支持体上にAFX型ゼオライト膜が形成される。その際、多孔質支持体上でFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトから形成されるAFX型ゼオライト結晶に加えて、原料混合液中のAl元素源を利用して原料混合液からもAFX型ゼオライトが形成されるため、ナノパーツ同士が直接結合を形成することに加えて、AFX型ゼオライトを形成するのに好適な組成を有する原料混合液由来の原料でナノパーツ間の結合が形成されるため、AFX型ゼオライトが形成されやすく、また、多孔質支持体表面全体を覆うのに十分な量のAFX型ゼオライトを成長させることができ、純度が高く緻密なAFX型ゼオライト膜を形成することができる。 That is, FAU type zeolite or CHA type zeolite contains in its skeleton some of the nanoparts contained in the skeleton of AFX type zeolite, and functions effectively as a seed crystal of AFX type zeolite. When such FAU type zeolite or CHA type zeolite adhered to the surface of a porous support is immersed in a raw material mixture containing an Al element source for hydrothermal synthesis, FAU on the porous support is Nanoparts produced from type zeolite or CHA type zeolite serve as nuclei and raw materials for crystal growth, and an AFX type zeolite membrane is formed on the porous support. At this time, in addition to AFX type zeolite crystals formed from FAU type zeolite or CHA type zeolite on the porous support, AFX type zeolite is also formed from the raw material mixture using the Al element source in the raw material mixture. Therefore, in addition to forming direct bonds between the nanoparts, bonds between the nanoparts are formed with the raw material derived from the raw material mixture having a composition suitable for forming AFX type zeolite. AFX-type zeolite is easily formed, and a sufficient amount of AFX-type zeolite can be grown to cover the entire surface of the porous support, and a highly pure and dense AFX-type zeolite membrane can be formed.

これに対して、前述の特許文献4では、支持体にY型ゼオライトの種結晶を付着させているが、原料溶液中にAl元素源を含まないため、種結晶を核および原料として形成されるゼオライトのみがゼオライト膜を構成し、原料溶液側からのAFX型ゼオライトの形成が起こらないため、純度が高く緻密なAFX型ゼオライト膜を形成することは困難である。 On the other hand, in the above-mentioned Patent Document 4, seed crystals of Y-type zeolite are attached to the support, but since the raw material solution does not contain an Al element source, the seed crystals are formed as nuclei and raw materials. Only zeolite constitutes the zeolite membrane, and since AFX type zeolite is not formed from the raw material solution side, it is difficult to form a highly pure and dense AFX type zeolite membrane.

なお、本発明において、「緻密」とは「欠陥が少ない」ことを意味し、高結晶性でも結晶粒子間に隙間があるもの、特にAFX型ゼオライトの細孔径よりも大きい粒子間隙があることにより、AFX型ゼオライト膜における分離対象の気体の主な透過経路が間隙部分となることで、気体混合物の分離において分子ふるい作用による分離効果を十分に得ることができないものは、本発明に係る「緻密膜」には該当しない。
一方、結晶性が多少低くても、結晶粒子同士が密に集まっていれば「緻密膜」に該当する。
In addition, in the present invention, "dense" means "few defects", and even if it is highly crystalline, there are gaps between crystal particles, especially AFX type zeolite, which has gaps between particles that are larger than the pore diameter. The main permeation path of the gas to be separated in the AFX type zeolite membrane is the gap, so that it is not possible to obtain a sufficient separation effect by the molecular sieving action in separating gas mixtures. This does not apply to "membrane".
On the other hand, even if the crystallinity is somewhat low, if the crystal grains are closely clustered together, the film falls under the category of "dense film."

<第1工程>
第1工程では、多孔質支持体の表面にFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトを付着させる。
<First step>
In the first step, FAU type zeolite or CHA type zeolite is attached to the surface of the porous support.

FAU型ゼオライトとは、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FAU構造のものであり、好ましくはY型またはX型ゼオライトであり、SiO/Al比が低すぎず原料混合液中において適度に溶解するという観点から、より好ましくはY型ゼオライトである。なお、工業的に製造されるFAU型ゼオライトのうち、Si/Alモル比が約2未満のものがX型ゼオライト、約2以上のものがY型ゼオライトと、一般的に呼称される。FAU型ゼオライトは、AFX型ゼオライトと共通するナノパーツである、d6rを骨格中に含む。FAU型ゼオライトは、水熱合成により生成したものでもよいし、市販のものをそのまま使用してもよい。 FAU type zeolite is a code that defines the structure of zeolite as determined by the International Zeolite Association (IZA), and is of FAU structure, preferably Y type or X type zeolite, with a low SiO 2 /Al 2 O 3 ratio. Y-type zeolite is more preferable from the viewpoint of moderate dissolution in the raw material mixture. Among industrially produced FAU zeolites, those with a Si/Al molar ratio of less than about 2 are generally called X-type zeolites, and those with a Si/Al molar ratio of about 2 or more are called Y-type zeolites. FAU type zeolite contains d6r, which is a nanopart common to AFX type zeolite, in its skeleton. The FAU type zeolite may be one produced by hydrothermal synthesis, or a commercially available one may be used as it is.

CHA型ゼオライトとは、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構造のものである。CHA型ゼオライトは、AFX型ゼオライトと共通するナノパーツである、d6rを骨格中に含む。CHA型ゼオライトは、水熱合成により生成したものでもよいし、市販のものをそのまま使用してもよい。 The CHA type zeolite has a CHA structure, which is a code stipulating the structure of zeolite defined by the International Zeolite Association (IZA). CHA type zeolite contains d6r, which is a nanopart common to AFX type zeolite, in its skeleton. The CHA type zeolite may be one produced by hydrothermal synthesis, or a commercially available one may be used as is.

本発明において多孔質支持体に付着させるFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトのSiO/Alモル比は、特に限定されないが、通常2以上、好ましくは3以上、より好ましくは5以上、更に好ましくは6以上である。上限は、通常Al元素源が不純物程度の量であり、SiO/Alモル比としては、例えば500以下、好ましくは200以下、より好ましくは100以下、更に好ましくは80、特に好ましくは40以下とりわけ好ましくは30以下、最も好ましくは17以下である。SiO/Al比が低すぎると原料混合液中で溶解しにくく、FAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトが多孔質支持体上に残存する場合があり、AFX型ゼオライトが十分に形成されず緻密膜を得にくい傾向がある。SiO/Alモル比が高すぎると原料混合液中で溶解しやすく、AFX型ゼオライトが形成されやすくなる一方、AFX型ゼオライト膜形成過程において多孔質支持体上に残存しにくくなる場合があり、AFX型ゼオライトを緻密膜として形成しにくい傾向がある。 In the present invention, the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of the FAU type zeolite or CHA type zeolite to be attached to the porous support is not particularly limited, but is usually 2 or more, preferably 3 or more, more preferably 5 or more, and Preferably it is 6 or more. The upper limit is usually the amount of Al element source equivalent to impurity, and the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is, for example, 500 or less, preferably 200 or less, more preferably 100 or less, still more preferably 80, particularly preferably It is 40 or less, particularly preferably 30 or less, and most preferably 17 or less. If the SiO 2 /Al 2 O 3 ratio is too low, it will be difficult to dissolve in the raw material mixture, and FAU-type zeolite or CHA-type zeolite may remain on the porous support, resulting in insufficient formation of AFX-type zeolite. It tends to be difficult to obtain a dense film. If the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is too high, it will be easily dissolved in the raw material mixture and AFX type zeolite will be easily formed, but it will be difficult to remain on the porous support during the AFX type zeolite membrane formation process. Therefore, AFX type zeolite tends to be difficult to form as a dense film.

本発明において多孔質支持体に付着させるFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトのSiO/Alモル比の制御方法は、特に限定されず、そのゼオライトが形成された時のSiO/Alモル比のままで用いてもよく、ゼオライトが形成された後にスチーム処理等の脱Al処理等によってSiO/Alモル比が調整されたものを用いてもよい。合成後の脱Al処理によってSiO/Alモル比を調整したものは、ゼオライト骨格からAl元素が脱離しているため、初めからそのSiO/Alモル比となるように形成されたものに比べて、原料混合液中で溶解しやすい。そのため、後処理等によるSiO/Alモル比の調整を行わず、そのゼオライトが形成された時のSiO/Alモル比のまま用いるほうが、AFX型ゼオライトを緻密膜として形成しやすく好ましい。 In the present invention, the method for controlling the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio of the FAU type zeolite or CHA type zeolite to be attached to the porous support is not particularly limited, and the SiO 2 /Al 2 ratio when the zeolite is formed is not particularly limited. The O 3 molar ratio may be used as it is, or the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio may be adjusted by performing Al removal treatment such as steam treatment after the zeolite is formed. In the case where the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is adjusted by post-synthesis Al removal treatment, the Al element has been eliminated from the zeolite skeleton, so the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio is adjusted from the beginning. It is easier to dissolve in the raw material mixture than the formed one. Therefore, it is better to use the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio as it was when the zeolite was formed, without adjusting the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio by post-treatment etc., because AFX type zeolite can be used as a dense membrane. It is preferable because it is easy to form.

本発明において多孔質支持体に付着させるFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトは、カウンターカチオンとして、有機テンプレート(構造規定剤)や、金属カチオンを含んでいても良い。
具体的には、ゼオライトの結晶化において必要に応じて用いられる、有機テンプレート(構造規定剤)を含んでいてもよいし、加熱処理や抽出などにより有機テンプレートが除去されていてもよく、また元から有機テンプレートが含まれていないものを用いてもよいが、有機テンプレートが含まれているものの方が、原料混合液中で溶解しにくく、AFX型ゼオライト結晶の核および原料となるナノパーツを生成しにくくなるものの、AFX型ゼオライト膜形成過程において多孔質支持体上に残存しやすく緻密膜を形成しやすい傾向があり、好ましい。
In the present invention, the FAU type zeolite or the CHA type zeolite attached to the porous support may contain an organic template (structure directing agent) or a metal cation as a countercation.
Specifically, it may contain an organic template (structure directing agent) used as necessary in crystallizing zeolite, the organic template may be removed by heat treatment or extraction, or the original You may use one that does not contain an organic template, but one that contains an organic template is more difficult to dissolve in the raw material mixture and produces nanoparts that become the core of AFX type zeolite crystals and the raw material. Although it becomes difficult to form a zeolite membrane, it tends to remain on the porous support during the AFX-type zeolite membrane formation process and tends to form a dense membrane, which is preferable.

また、例えば、ゼオライトの結晶構造を好適に形成するために用いられる金属カチオンが含まれていてもよいし、イオン交換処理などにより金属カチオンを除去または他の金属カチオンに交換してもよく、また元から金属カチオンが含まれていないものを用いてもよい。金属カチオンが含まれていると、原料混合液中で溶解しにくく、AFX型ゼオライト結晶の核および原料となるナノパーツを生成しにくくなる傾向があるものの、AFX型ゼオライト膜形成過程において多孔質支持体上に残存しやすく緻密膜を形成しやすい傾向があり、好ましい。 In addition, for example, metal cations used to suitably form the crystal structure of zeolite may be included, or the metal cations may be removed or replaced with other metal cations by ion exchange treatment or the like. Those that do not originally contain metal cations may also be used. If metal cations are included, they tend to be difficult to dissolve in the raw material mixture, making it difficult to generate the core of AFX type zeolite crystals and the nanoparts that serve as raw materials. It is preferable because it tends to remain on the body and form a dense film.

本発明において、FAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトのいずれか一方のみを多孔質支持体に付着させてもよく、両方を付着させてもよい。
これらのうち、FAUゼオライトは骨格密度がAFX型ゼオライトよりも低いため、より骨格密度の高いAFXゼオライトへの再構成が起こりやすいことから、少なくともFAUゼオライトを用いることが好ましい。
In the present invention, only either FAU type zeolite or CHA type zeolite may be attached to the porous support, or both may be attached.
Among these, it is preferable to use at least FAU zeolite because FAU zeolite has a lower skeleton density than AFX-type zeolite and is therefore more likely to be reconstituted into AFX zeolite with a higher skeleton density.

多孔質支持体に付着させるFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトの形態は、粉末状であってもよく、膜状であってもよい。 The FAU type zeolite or CHA type zeolite attached to the porous support may be in the form of a powder or a film.

FAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトが粉末状である場合、その粒子径は特に限定されないが、多孔質支持体上に種結晶を付着させる観点から、粒子径は支持体の細孔径に近いことが望ましく、平均一次粒子径としては、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、通常20μm以下、好ましくは15μm以下、より好ましくは10μm以下、更に好ましくは5μm以下、特に好ましくは1μm以下、とりわけ好ましくは500nm以下である。なお、本発明における平均一次粒子径とは、一次粒子の粒子径に相当する。平均一次粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM)による粒子の観察において、粒子径を任意に選択した30個以上の粒子について測定し、その一次粒子の粒子径を平均して求められる。その際、粒子径は粒子の投影面積と等しい面積を持つ円の直径(円相当径)とする。
平均一次粒子径が上記下限未満であると多孔質支持体の細孔径に対して小さすぎるため十分な量を多孔質支持体表面に付着させることが難しく、また多孔質支持体の内部にまで種結晶が付着しAFX型ゼオライトが形成されることでガス透過が阻害される傾向がある。平均一次粒子径が上記上限より大きいと、多孔質支持体の細孔径に対して大きすぎるため付着させた後に脱離しやすく、ゼオライト膜に欠陥が生じる要因となり得る。
When the FAU type zeolite or the CHA type zeolite is in powder form, the particle size is not particularly limited, but from the viewpoint of adhering seed crystals on the porous support, it is desirable that the particle size is close to the pore size of the support. The average primary particle diameter is usually 0.5 nm or more, preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more, and usually 20 μm or less, preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less, even more preferably 5 μm or less, particularly preferably It is 1 μm or less, particularly preferably 500 nm or less. Note that the average primary particle diameter in the present invention corresponds to the particle diameter of primary particles. The average primary particle size is determined by measuring the particle size of 30 or more arbitrarily selected particles by observing the particles using a scanning electron microscope (SEM), and averaging the particle size of the primary particles. In this case, the particle diameter is the diameter of a circle having an area equal to the projected area of the particle (circle equivalent diameter).
If the average primary particle diameter is less than the above lower limit, it will be too small compared to the pore diameter of the porous support, making it difficult to attach a sufficient amount to the surface of the porous support, and the seeds may even get inside the porous support. Gas permeation tends to be inhibited by the adhesion of crystals and the formation of AFX type zeolite. If the average primary particle size is larger than the above upper limit, it is too large relative to the pore size of the porous support and is likely to be detached after attachment, which may be a cause of defects in the zeolite membrane.

多孔質支持体上に、FAU型またはCHA型ゼオライト粉末を付着させる方法は特に限定されず、例えば、ゼオライト粉末を水などの溶媒に分散させてその分散液に多孔質支持体を浸けて表面に種結晶を付着させるディップ法や、ゼオライト粉末を水などの溶媒に分散させてその分散液に一端を封止した多孔質支持体を浸漬したのちに多孔質支持体を他端から吸引することで多孔質支持体表面に強固にゼオライト粉末を付着させる吸引法、ゼオライト粉末を水などの溶媒と混合してスラリー状にしたものを多孔質支持体上に塗りこむ方法などを用いることができる。 The method for attaching FAU type or CHA type zeolite powder onto the porous support is not particularly limited. For example, zeolite powder is dispersed in a solvent such as water, and the porous support is immersed in the dispersion to coat the surface. This can be achieved by the dipping method in which seed crystals are attached, or by dispersing zeolite powder in a solvent such as water, immersing a porous support with one end sealed in the dispersion, and then sucking the porous support from the other end. A suction method in which zeolite powder is firmly attached to the surface of a porous support, a method in which zeolite powder is mixed with a solvent such as water to form a slurry, and a slurry is applied onto the porous support can be used.

多孔質支持体上のゼオライト粉末の付着量を制御し、再現性良く多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を製造するには、ディップ法および吸引法が望ましい。ゼオライト粉末を分散させる溶媒は特に限定されないが、水が好ましい。 In order to control the amount of zeolite powder deposited on the porous support and to produce a porous support-zeolite membrane composite with good reproducibility, the dipping method and the suction method are desirable. The solvent in which the zeolite powder is dispersed is not particularly limited, but water is preferred.

分散させるゼオライト粉末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0.5質量%以上である。また、通常40質量%以下、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、更に好ましくは5質量%以下、特に好ましくは3質量%以下である。
分散させるゼオライト粉末の量が少なすぎると、多孔質支持体上に付着するゼオライト粉末の量が少ないため、水熱合成時に多孔質支持体表面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多孔質支持体上に付着するゼオライト粉末の量は分散液中のゼオライト粉末の量がある程度以上でほぼ一定となるため、分散液中のゼオライト粉末の量が多すぎると、ゼオライト粉末の無駄が多くなりコスト面で不利である。
The amount of zeolite powder to be dispersed is not particularly limited, and is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0.5% by mass or more, based on the total mass of the dispersion. Further, it is usually 40% by mass or less, preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, still more preferably 5% by mass or less, particularly preferably 3% by mass or less.
If the amount of zeolite powder to be dispersed is too small, the amount of zeolite powder adhering to the porous support will be small, resulting in areas where zeolite is not generated partially on the surface of the porous support during hydrothermal synthesis, and defects may occur. There is a possibility that it will become a certain film. The amount of zeolite powder that adheres to the porous support by the dipping method becomes almost constant as long as the amount of zeolite powder in the dispersion exceeds a certain level, so if the amount of zeolite powder in the dispersion is too large, There is a lot of waste, which is disadvantageous in terms of cost.

膜状のFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトを多孔質支持体に付着させる場合は、多孔質支持体上にFAU型またはCHA型のゼオライト結晶を膜状に成長させてFAU型ゼオライト膜またはCHA型ゼオライト膜を形成させればよい。
この場合、多孔質支持体上のFAU型ゼオライト膜またはCHA型ゼオライト膜の厚さには特に制限はなく、以下のゼオライト付着量を満たすような厚さであればよい。
When attaching a membrane-like FAU-type zeolite or CHA-type zeolite to a porous support, FAU-type or CHA-type zeolite crystals are grown in a membrane-like form on the porous support. What is necessary is to form a film.
In this case, there is no particular restriction on the thickness of the FAU type zeolite membrane or the CHA type zeolite membrane on the porous support, as long as it satisfies the following amount of zeolite deposited.

多孔質支持体上に予め付着させておくFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトの量は特に限定されず、多孔質支持体の表面積1mあたりの質量で、通常0.01g以上、好ましくは0.03g以上、より好ましくは0.05g以上、更に好ましくは0.1g以上であり、通常200g以下、好ましくは100g以下、より好ましくは50g以下、更に好ましくは40g以下である。
FAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトの付着量が上記下限未満の場合には、結晶ができにくくなり、膜の成長が不十分になる場合や、膜の成長が不均一になったりする傾向がある。また、粉末状のFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトの付着量が上記上限を超える場合には、表面の凹凸がFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトによって増長されたり、多孔質支持体から落ちたFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトによって自発核が成長しやすくなって多孔質支持体上の膜成長が阻害されたりする場合がある。何れの場合も、緻密なAFX型ゼオライト膜が生成しにくくなる傾向となる。 膜状のFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトの付着量が上記上限を超える場合には、水熱合成後にFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトが残存する場合がある。何れの場合も、緻密なAFX型ゼオライト膜が生成しにくくなる傾向となる。
The amount of FAU type zeolite or CHA type zeolite deposited on the porous support in advance is not particularly limited, and is usually 0.01 g or more, preferably 0.03 g in mass per 1 m 2 of surface area of the porous support. As mentioned above, it is more preferably 0.05 g or more, still more preferably 0.1 g or more, and usually 200 g or less, preferably 100 g or less, more preferably 50 g or less, still more preferably 40 g or less.
When the amount of FAU type zeolite or CHA type zeolite deposited is less than the above lower limit, crystals are difficult to form, and film growth tends to be insufficient or non-uniform. In addition, if the amount of powdered FAU zeolite or CHA zeolite deposited exceeds the above upper limit, the surface irregularities may be increased by the FAU zeolite or CHA zeolite, or the FAU zeolite may have fallen from the porous support. Alternatively, CHA type zeolite may facilitate the growth of spontaneous nuclei, thereby inhibiting film growth on the porous support. In either case, it tends to be difficult to form a dense AFX type zeolite membrane. If the amount of film-like FAU zeolite or CHA zeolite attached exceeds the above upper limit, the FAU zeolite or CHA zeolite may remain after hydrothermal synthesis. In either case, it tends to be difficult to form a dense AFX type zeolite membrane.

なお、粉末状のFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトと膜状のFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトとを多孔質支持体に付着させてもよく、この場合は、予め多孔質支持体上にFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライト膜を形成したものに対して、前述のディップ法等によりFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライト粉末を付着させる方法、或いはFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライト膜にFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライト粉末を擦り込むなどの方法を採用することができる。この場合も、膜状物と粉末状物の合計の付着量が上記範囲となるようにすることが好ましい。 In addition, powdered FAU type zeolite or CHA type zeolite and membrane-shaped FAU type zeolite or CHA type zeolite may be attached to a porous support. Alternatively, a method of attaching FAU type zeolite or CHA type zeolite powder to a CHA type zeolite membrane by the above-mentioned dipping method, or a method of attaching FAU type zeolite or CHA type zeolite powder to a FAU type zeolite or CHA type zeolite membrane Methods such as rubbing can be adopted. In this case as well, it is preferable that the total amount of deposited film-like material and powdery material is within the above range.

<第2工程>
第2工程では、第1工程でFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトを付着させた多孔質支持体を、Al元素源を含む原料混合液に浸漬して水熱合成を行うことで、多孔質支持体上にAFX型ゼオライトを合成してAFX型ゼオライト膜を形成する。
<Second process>
In the second step, the porous support to which FAU type zeolite or CHA type zeolite was attached in the first step is immersed in a raw material mixture containing an Al element source to perform hydrothermal synthesis. AFX type zeolite is synthesized thereon to form an AFX type zeolite membrane.

<原料混合液(水性反応混合物)>
第2工程で用いる原料混合液(水性反応混合物)は、Al元素源を必須成分として含むものであるが、Si元素源と必要に応じて有機テンプレート、アルカリ源、および水を含むものが好ましい。
<Raw material mixture (aqueous reaction mixture)>
The raw material mixture (aqueous reaction mixture) used in the second step contains an Al element source as an essential component, but preferably contains a Si element source and optionally an organic template, an alkali source, and water.

水性反応混合物(原料混合液)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、無定形アルミノシリケートゲル、テトラエトキシシラン(TEOS)、トリメチルエトキシシラン、水ガラス等を用いることができる。 Examples of Si element sources used in the aqueous reaction mixture (raw material mixture) include amorphous silica, colloidal silica, silica gel, sodium silicate, amorphous aluminosilicate gel, tetraethoxysilane (TEOS), trimethylethoxysilane, and water glass. etc. can be used.

原料混合液(水性反応混合物)に用いるAl元素源は、特に限定されるものではなく、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、Y型等のゼオライトを含む固体アルミノシリケート等を用いることができる。ゼオライトの主成分となる元素のみから構成され、生成したAFX型ゼオライト膜に不純物成分を含みにくくなる観点から、アルミン酸ナトリウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、無定形アルミノシリケートゲル、およびY型等のゼオライトを含む固体アルミノシリケートがより好ましく、均一な原料混合液(水性反応混合物)を容易に得られることから、アルミン酸ナトリウムおよび無定形アルミノシリケートが更に好ましく、アルミン酸ナトリウムが特に好ましい。 The Al element source used in the raw material mixture (aqueous reaction mixture) is not particularly limited, and includes, for example, sodium aluminate, aluminum hydroxide, aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum oxide, amorphous aluminosilicate gel, Y-type A solid aluminosilicate containing zeolite such as the like can be used. From the viewpoint that it is composed only of elements that are the main components of zeolite, and that the produced AFX type zeolite membrane is difficult to contain impurity components, it is recommended to use sodium aluminate, aluminum hydroxide, aluminum oxide, amorphous aluminosilicate gel, Y type, etc. Solid aluminosilicate containing zeolite is more preferred, and sodium aluminate and amorphous aluminosilicate are even more preferred since a uniform raw material mixture (aqueous reaction mixture) can be easily obtained, and sodium aluminate is particularly preferred.

Si元素源とAl元素源は、得られるAFX型ゼオライトにおけるSiO/AlO3モル比が前述の好適範囲となるように用いられるが、Al元素源は、Al/SiOモル比として、原料混合液(水性反応混合物、後述の種結晶は含まれない。)中に、0.0001以上、特に0.001以上、とりわけ0.01以上含有されていることが、前述の原料混合液(水性反応混合物)中のAl元素源による効果を確実に得る上で好ましい。ただし、原料混合液(水性反応混合物)中のAl元素源量が過度に多くても、原料混合液(水性反応混合物)が糊化する場合やAFX型ゼオライト以外のゼオライトが形成されやすくなる場合があるため、原料混合液(水性反応混合物、後述の種結晶は含まれない。)中のAl元素源含有量はAl/SiOモル比として0.5以下、特に0.1以下、とりわけ0.05以下であることが好ましい。 The Si element source and the Al element source are used so that the SiO 2 /Al 2 O 3 molar ratio in the obtained AFX type zeolite falls within the above-mentioned preferred range, but the Al element source is used such that the Al 2 O 3 /SiO 2 molar ratio The above-mentioned raw material mixture contains 0.0001 or more, especially 0.001 or more, especially 0.01 or more in the raw material mixture (aqueous reaction mixture, not including seed crystals described below). This is preferable in order to reliably obtain the effect of the Al element source in the liquid (aqueous reaction mixture). However, even if the amount of Al element source in the raw material mixture (aqueous reaction mixture) is excessively large, the raw material mixture (aqueous reaction mixture) may gelatinize or zeolites other than AFX type zeolite may be easily formed. Therefore, the Al element source content in the raw material mixture (aqueous reaction mixture, not including seed crystals described below) is 0.5 or less, particularly 0.1 or less, as an Al 2 O 3 /SiO 2 molar ratio. In particular, it is preferably 0.05 or less.

なお、Al元素源およびSi元素源以外に他の元素源、例えばGa、Fe、B、Ti、Zr、Sn、Znなどの元素源を用いてもよい。 Note that in addition to the Al element source and the Si element source, other element sources such as Ga, Fe, B, Ti, Zr, Sn, and Zn may be used.

AFX型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、有機テンプレートを用いて合成したものがより好ましい。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AFX型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、アルミニウム原子の電荷補償として存在する細孔内アルカリカチオン量が減少するため、カチオンによる分子拡散阻害が起こりにくく、透過能(透過性能)が向上する。 In the crystallization of AFX type zeolite, an organic template (structure directing agent) can be used if necessary, and one synthesized using an organic template is more preferable. By synthesizing using an organic template, the ratio of silicon atoms to aluminum atoms in crystallized AFX type zeolite increases, and the amount of alkali cations in the pores that exist as charge compensation for aluminum atoms decreases. Diffusion inhibition is less likely to occur, and permeability (permeation performance) is improved.

有機テンプレートとしては、所望のAFX型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、有機テンプレートは1種類でも、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。 The organic template may be of any type as long as it can form the desired AFX type zeolite membrane. Further, one type of organic template or a combination of two or more types may be used.

本発明に係るAFX型ゼオライトの合成では、有機テンプレートとして、通常、アミン類が用いられる。好ましくは4級アンモニウムイオンであり、具体的には、例えば1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンやキヌクリジン等の含窒素6員環化合物や、トリエチルアミン等のアミンが、その窒素原子間を架橋して得られる2量体構造が挙げられる。架橋部分の構造としては、例えば飽和炭化水素鎖等が挙げられ、その炭素数は4又は5が好ましい。また、含窒素5員環化合物も用いることができ、例えば、2つのピロリジル基を有するピロリジン誘導体や、イミダゾールの有する2つの窒素原子に置換基を有する構造も挙げられる。この置換基は特に限定されないが、嵩高い炭化水素基やアダマンチル基等の環状構造が好ましい。 In the synthesis of AFX type zeolite according to the present invention, amines are usually used as organic templates. Preferably it is a quaternary ammonium ion, and specifically, for example, a nitrogen-containing six-membered ring compound such as 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane or quinuclidine, or an amine such as triethylamine is used to Examples include dimer structures obtained by crosslinking. Examples of the structure of the crosslinked portion include a saturated hydrocarbon chain, and the number of carbon atoms thereof is preferably 4 or 5. Further, nitrogen-containing five-membered ring compounds can also be used, such as pyrrolidine derivatives having two pyrrolidyl groups and structures having substituents on two nitrogen atoms of imidazole. This substituent is not particularly limited, but preferably has a cyclic structure such as a bulky hydrocarbon group or an adamantyl group.

このような有機テンプレートのカチオンは、AFX型ゼオライトの形成に害を及ぼさないアニオンを伴う。このようなアニオンを代表するものには、Cl、Br、Iなどのハロゲンイオンや水酸化物イオン、酢酸塩、硫酸塩、およびカルボン酸塩が含まれる。これらの中で、水酸化物イオンが特に好適に用いられる。 Such organic template cations are accompanied by anions that do not harm the formation of AFX-type zeolites. Representative examples of such anions include halogen ions such as Cl - , Br - and I - , hydroxide ions, acetates, sulfates, and carboxylates. Among these, hydroxide ions are particularly preferably used.

有機テンプレートを用いる場合には、有機テンプレートの使用量は、結晶の生成しやすさの観点から、原料混合液(水性反応混合物、後述の種結晶は含まれない。)に含まれるケイ素(Si)に対するモル比で通常0.01以上、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1以上であり、通常1以下、好ましくは0.5以下、より好ましくは0.3以下である。有機テンプレートの使用量が上記下限値より少ないと、AFX型ゼオライトが十分に生成しない場合がある。有機テンプレートの使用量が上記上限値よりも多いと、コストが高騰し不利である。 When using an organic template, the amount of organic template to be used is determined based on the silicon (Si) contained in the raw material mixture (aqueous reaction mixture, not including seed crystals described below) from the viewpoint of ease of crystal formation. The molar ratio is usually 0.01 or more, preferably 0.05 or more, more preferably 0.1 or more, and usually 1 or less, preferably 0.5 or less, more preferably 0.3 or less. If the amount of organic template used is less than the above lower limit, AFX type zeolite may not be sufficiently produced. If the amount of organic template used is greater than the above upper limit, the cost will rise, which is disadvantageous.

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、Si元素源やAl元素源に含まれるアルカリカチオン、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。 Examples of alkali sources include hydroxide ions as counter anions of organic templates, alkali cations contained in Si element sources and Al element sources, alkali metal hydroxides such as NaOH and KOH, and alkaline earth metals such as Ca(OH) 2 . Metal hydroxides and the like can be used.

アルカリの種類は特に限定されず、2種類以上を併用してもよい。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、Naがより好ましい。 The type of alkali is not particularly limited, and two or more types may be used in combination. Usually, Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, Ba, etc. are used. Among these, Na is more preferred.

アルカリ源は、その適当量を使用することにより、ケイ素やアルミニウムに有機テンプレートが好適な状態に配位しやすくなるため、結晶構造を作りやすくできる。アルカリ源の金属元素(R)と、原料混合液(水性反応混合物、後述の種結晶は含まれない。)に含まれるケイ素(Si)とのモル比R/Siは、通常0.1以上、好ましくは0.2以上、より好ましくは0.25以上、更に好ましくは0.3以上、特に好ましくは0.35以上であり、通常2.0以下、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.0以下、更に好ましくは0.8以下である。 By using an appropriate amount of the alkali source, it becomes easier to coordinate the organic template to silicon or aluminum in a suitable state, thereby making it easier to form a crystal structure. The molar ratio R/Si between the metal element (R) of the alkali source and the silicon (Si) contained in the raw material mixture (aqueous reaction mixture, not including seed crystals described below) is usually 0.1 or more, Preferably 0.2 or more, more preferably 0.25 or more, even more preferably 0.3 or more, particularly preferably 0.35 or more, and usually 2.0 or less, preferably 1.5 or less, more preferably 1 It is .0 or less, more preferably 0.8 or less.

アルカリ金属元素のケイ素に対するモル比(R/Si)が上記上限値よりも大きいと、生成したAFX型ゼオライトが溶解しやすく、AFX型ゼオライトが得られなかったり収率が著しく低くなったりする場合がある。R/Siが上記下限値よりも小さいと、原料のSi元素源やAl元素源が十分に溶解せず、均一な原料混合液(水性反応混合物)が得られず、AFX型ゼオライトが生成しにくくなる場合がある。 If the molar ratio of the alkali metal element to silicon (R/Si) is larger than the above upper limit, the generated AFX type zeolite will be easily dissolved, and the AFX type zeolite may not be obtained or the yield may be significantly low. be. If R/Si is smaller than the above lower limit, the raw material Si element source and Al element source will not be sufficiently dissolved, a uniform raw material mixture (aqueous reaction mixture) will not be obtained, and AFX type zeolite will be difficult to produce. It may happen.

原料混合液(水性反応混合物)中の水の量は、結晶の生成しやすさの観点から、原料混合液(水性反応混合物、後述の種結晶は含まれない。)に含まれるケイ素(Si)に対するモル比で通常3以上、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以上である。また廃液処理にかかるコスト抑制の点から、通常100モル以下、好ましくは50以下である。 The amount of water in the raw material mixture (aqueous reaction mixture) is determined based on the amount of silicon (Si) contained in the raw material mixture (aqueous reaction mixture, not including seed crystals described below) from the viewpoint of ease of crystal formation. The molar ratio is usually 3 or more, preferably 5 or more, more preferably 8 or more, still more preferably 10 or more. In addition, from the viewpoint of cost reduction for waste liquid treatment, the amount is usually 100 mol or less, preferably 50 mol or less.

本発明では、多孔質支持体に予めFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトを付着させているため、水熱合成に際して、必ずしも原料混合液中に種結晶を存在させる必要は無いが、原料混合液に種結晶を加えることで、AFX型ゼオライトの結晶化を促進できる。 In the present invention, since FAU type zeolite or CHA type zeolite is attached to the porous support in advance, it is not necessary to have seed crystals in the raw material mixture during hydrothermal synthesis. By adding crystals, crystallization of AFX type zeolite can be promoted.

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、骨格を形成するナノパーツの構造がAFX型ゼオライトと同じであることが好ましい。具体的には、International Zeolite Association(IZA)がcomposite building unitとして定めるd6r、gme、あるいはaftを骨格中に含むものが、AFX型ゼオライトに再構成されやすく好ましい。 Any type of seed crystal can be used as long as it is a zeolite that promotes crystallization, but in order to achieve efficient crystallization, it is preferable that the structure of the nanoparts that form the skeleton is the same as that of AFX type zeolite. . Specifically, those containing d6r, gme, or aft in the skeleton, which are defined as composite building units by the International Zeolite Association (IZA), are preferred because they are easily reconstituted into AFX type zeolites.

d6rを骨格中に含むゼオライト構造はAEI、AFT、AFV、AFX、AVL、CHA、EAB、EMT、ERI、FAU、GME、JSR、KFI、LEV、LTL、LTN、MOZ、MSO、MWW、OFF、SAS、SAT、SAV、SBS、SBTSFW、SSF、SWY、SZR、TSC、WEN、SVYが挙げられる。gmeを骨格中に含むゼオライト構造はAFX、EAB、EON、GME、LTF、MAZ、OFF、SFW、SWYが挙げられる。aftを骨格中に含むゼオライト構造はAFT、AFXが挙げられる。これらのうち、AFX、CHA、FAUがより好ましい。中でも、FAUは骨格密度がAFXよりも低いため、より骨格密度の高いAFXへの再構成が起こりやすいことから、特に好ましい。 Zeolite structures containing d6r in the skeleton are AEI, AFT, AFV, AFX, AVL, CHA, EAB, EMT, ERI, FAU, GME, JSR, KFI, LEV, LTL, LTN, MOZ, MSO, MWW, OFF, SAS. , SAT, SAV, SBS, SBTSFW, SSF, SWY, SZR, TSC, WEN, and SVY. Zeolite structures containing gme in the skeleton include AFX, EAB, EON, GME, LTF, MAZ, OFF, SFW, and SWY. Examples of zeolite structures containing aft in the skeleton include AFT and AFX. Among these, AFX, CHA, and FAU are more preferred. Among these, FAU is particularly preferable because it has a lower skeleton density than AFX and is therefore more likely to be rearranged into AFX having a higher skeleton density.

種結晶の粒子径は特に限定されない。種結晶の粒子径は、SEMにより観察される平均一次粒子径で通常0.5nm以上、好ましくは1nm以上、より好ましくは2nm以上で、通常20μm以下、好ましくは15μm以下、より好ましくは10μm以下、更に好ましくは5μm以下、特に好ましくは1μm以下、とりわけ好ましくは500nm以下である。原料混合液(水性反応混合物)に加える種結晶として、粒子径の小さい種結晶を用いることで、種結晶が原料混合液(水性反応混合物)中で沈降せずより均一に分散するため、より効率よくAFX型ゼオライトの結晶化を促進できる。 The particle size of the seed crystal is not particularly limited. The particle size of the seed crystal is usually 0.5 nm or more, preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more, and usually 20 μm or less, preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less, as observed by SEM. The thickness is more preferably 5 μm or less, particularly preferably 1 μm or less, particularly preferably 500 nm or less. By using seed crystals with small particle size as seed crystals added to the raw material mixture (aqueous reaction mixture), the seed crystals do not settle in the raw material mixture (aqueous reaction mixture) and are dispersed more uniformly, resulting in more efficiency. It can promote crystallization of AFX type zeolite well.

原料混合液(水性反応混合物)中に種結晶を含有させる場合、原料混合液(水性反応混合物)中に含有させる種結晶の量は特に限定されず、原料混合液水性反応混合物)の全質量に対して、通常0.001質量%以上、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上である。また、通常50質量%以下、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは質量20%以下、特に好ましくは10質量%以下である。
原料混合液(水性反応混合物)に分散させる種結晶の量が少なすぎると、種結晶を用いることによるゼオライトの結晶化促進効果を十分に得ることができず、過度に多過ぎても添加量に見合う効果は得られず、種結晶の無駄が多くなりコスト面で不利である。
When containing seed crystals in the raw material mixture (aqueous reaction mixture), the amount of seed crystals to be contained in the raw material mixture (aqueous reaction mixture) is not particularly limited, and the amount of seed crystals contained in the raw material mixture (aqueous reaction mixture) is not limited to the total mass of the raw material mixture (aqueous reaction mixture). On the other hand, it is usually 0.001% by mass or more, preferably 0.01% by mass or more, and more preferably 0.1% by mass or more. Further, it is usually 50% by mass or less, preferably 40% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, still more preferably 20% by mass or less, particularly preferably 10% by mass or less.
If the amount of seed crystals dispersed in the raw material mixture (aqueous reaction mixture) is too small, the effect of promoting zeolite crystallization cannot be obtained sufficiently by using seed crystals, and if the amount is too large, the amount added may be too small. No commensurate effect can be obtained, and a lot of seed crystals are wasted, which is disadvantageous in terms of cost.

<多孔質支持体の固定方法>
水熱合成に際して、原料混合液(水性反応混合物)中に浸漬した多孔質支持体の固定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。固定した多孔質支持体へは、静置法でAFX型ゼオライト膜を形成させてもよいし、原料混合液(水性反応混合物)の撹拌下にAFX型ゼオライト膜を形成させてもよい。
<Method of fixing porous support>
During hydrothermal synthesis, there is no particular restriction on the method of fixing the porous support immersed in the raw material mixture (aqueous reaction mixture), and it can be placed in any manner such as vertically or horizontally. An AFX type zeolite membrane may be formed on the fixed porous support by a static method, or an AFX type zeolite membrane may be formed while stirring the raw material mixture (aqueous reaction mixture).

<水熱合成反応条件>
AFX型ゼオライト膜を形成する水熱合成時の加熱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140℃以上であり、通常200℃以下、好ましくは190℃以下、更に好ましくは180℃以下、より好ましくは160℃以下であり、特に好ましくは150℃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AFX型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ったり、緻密でない(欠陥がある)膜になったりすることがある。
<Hydrothermal synthesis reaction conditions>
The heating temperature during hydrothermal synthesis to form an AFX type zeolite membrane is not particularly limited, but is usually 100°C or higher, preferably 120°C or higher, more preferably 140°C or higher, and usually 200°C or lower, preferably 190°C or lower. The temperature is more preferably 180°C or lower, more preferably 160°C or lower, particularly preferably 150°C or lower. If the reaction temperature is too low, the zeolite may be difficult to crystallize. Furthermore, if the reaction temperature is too high, a type of zeolite different from the AFX type zeolite in the present invention may be easily produced, or a film may be formed that is not dense (with defects).

水熱合成の反応時間は特に限定されないが、例えば、加熱温度が150℃の時は、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、特に好ましくは20時間以上、とりわけ好ましくは40時間以上であり、通常15日間以下、好ましくは10日以下、より好ましくは8日以下、更に好ましくは6日以下、特に好ましくは70時間以下である。水熱合成の反応時間が短すぎるとゼオライトが結晶化し難しくなることがある。また、水熱合成において、多孔質支持体に付着させたFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトはAFX型ゼオライトに転換されるが、この水熱合成の反応時間が短すぎると、多孔質支持体上に一部FAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトが残存するおそれがある。水熱合成の反応時間が長すぎると、本発明におけるAFX型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。反応時間は、加熱温度により変わりうる。加熱温度を下げると、反応時間は長くなる。 The reaction time for hydrothermal synthesis is not particularly limited, but for example, when the heating temperature is 150°C, it is usually 1 hour or more, preferably 5 hours or more, more preferably 10 hours or more, particularly preferably 20 hours or more, particularly preferably is 40 hours or more, usually 15 days or less, preferably 10 days or less, more preferably 8 days or less, even more preferably 6 days or less, particularly preferably 70 hours or less. If the reaction time of hydrothermal synthesis is too short, the zeolite may crystallize and become difficult to synthesize. In addition, in hydrothermal synthesis, FAU type zeolite or CHA type zeolite attached to a porous support is converted to AFX type zeolite, but if the reaction time of this hydrothermal synthesis is too short, There is a possibility that some FAU type zeolite or CHA type zeolite may remain. If the reaction time of hydrothermal synthesis is too long, a type of zeolite different from the AFX type zeolite in the present invention may be easily produced. The reaction time can vary depending on the heating temperature. Lowering the heating temperature increases the reaction time.

水熱合成反応時の圧力は特に限定されず、密閉容器中に入れた原料混合液(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。更に必要に応じて、窒素などの不活性ガスを加えても差し支えない。 The pressure during the hydrothermal synthesis reaction is not particularly limited, and the autogenous pressure generated when the raw material mixture (aqueous reaction mixture) placed in a closed container is heated to this temperature range is sufficient. Furthermore, if necessary, an inert gas such as nitrogen may be added.

<加熱処理>
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、加熱処理する。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する、或いは有機テンプレートを使用した場合に有機テンプレートを焼成することを意味する。
<Heat treatment>
The zeolite membrane composite obtained by hydrothermal synthesis is washed with water and then heat-treated. Here, heat treatment means applying heat to dry the zeolite membrane composite, or firing the organic template when an organic template is used.

加熱処理の温度は、乾燥を目的とする場合は通常50℃以上、好ましくは80℃以上、より好ましくは100℃以上、通常200℃以下、好ましくは150℃以下である。乾燥を目的とした加熱処理時の昇温速度及び降温速度は、後述の有機テンプレートの除去における場合と同様としてもよい。 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 when the purpose is drying. The temperature increase rate and temperature decrease rate during the heat treatment for drying may be the same as in the case of removing the organic template described below.

加熱時間は、多孔質支持体上のAFX型ゼオライト膜が十分に乾燥され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。 The heating time is not particularly limited as long as the AFX type zeolite membrane on the porous support is sufficiently dried, 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.

[多孔質支持体-ゼオライト膜複合体の空気透過量]
加熱処理として、乾燥のみ目的とする加熱処理を行った後のゼオライト膜を、as-madeのゼオライト膜と呼称する。本発明のゼオライト膜複合体のas-madeでの空気透過量[L/(m・h)]は、通常245L/(m・h)以下、好ましくは100L/(m・h)以下、より好ましくは50L/(m・h)以下、更に好ましくは30L/(m・h)以下である。as-madeのゼオライト膜は、その細孔内に有機テンプレートを有しているため、空気は主にゼオライト粒子間隙を透過する。そのため、as-madeのゼオライト膜の空気透過量が多いことは、そのゼオライト膜に欠陥が多く緻密性が低いことを示しており、as-madeのゼオライト膜の空気透過量は低いほど好ましい。
[Air permeation amount of porous support-zeolite membrane composite]
A zeolite membrane that has been subjected to heat treatment for the sole purpose of drying is referred to as an as-made zeolite membrane. The air permeation amount [L/(m 2・h)] of the zeolite membrane composite of the present invention in as-made is usually 245 L/(m 2・h) or less, preferably 100 L/(m 2・h) or less. , more preferably 50 L/(m 2 ·h) or less, still more preferably 30 L/(m 2 ·h) or less. Since the as-made zeolite membrane has organic templates in its pores, air mainly passes through the gaps between the zeolite particles. Therefore, a large amount of air permeation through an as-made zeolite membrane indicates that the zeolite membrane has many defects and low density, and the lower the amount of air permeation through an as-made zeolite membrane, the better.

ここで、空気透過量とは、後述の実施例の項で詳述するとおり、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。 Here, the amount of air permeation is the amount of air permeation [L/(m 2 h) when the zeolite membrane composite is connected to a vacuum line with an absolute pressure of 5 kPa, as will be explained in detail in the Examples section below. ].

<有機テンプレートの除去>
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。
<Removal of organic template>
When hydrothermal synthesis is performed in the presence of an organic template, the organic template can be removed by, for example, heat treatment or extraction, preferably heat treatment, i.e., calcination, after washing the resulting zeolite membrane composite with water. Appropriate.

この場合の焼成温度は、通常350℃以上、好ましくは400℃以上、より好ましくは430℃以上、更に好ましくは480℃以上であり、通常900℃以下、好ましくは850℃以下、更に好ましくは800℃以下、特に好ましくは750℃以下である。焼成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、AFX型ゼオライトの細孔が少なく、そのために分離、濃縮の際の透過流束が減少する可能性がある。焼成温度が高すぎると多孔質支持体とAFX型ゼオライトの熱膨張率の差が大きくなるためAFX型ゼオライト膜に亀裂が生じやすくなる可能性があり、AFX型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。 The firing temperature in this case is usually 350°C or higher, preferably 400°C or higher, more preferably 430°C or higher, even more preferably 480°C or higher, and usually 900°C or lower, preferably 850°C or lower, and even more preferably 800°C. The temperature below is particularly preferably 750°C or below. If the calcination temperature is too low, the proportion of organic templates remaining tends to increase, and the pores of AFX type zeolite are small, which may reduce the permeation flux during separation and concentration. If the calcination temperature is too high, the difference in thermal expansion coefficient between the porous support and AFX type zeolite will increase, which may cause cracks to occur in the AFX type zeolite membrane, causing the AFX type zeolite membrane to lose its compactness and cause separation. Performance may decrease.

焼成時間は、昇温速度や降温速度により変動するが、有機テンプレートが十分に取り除かれる時間であれば特に限定されず、好ましくは1時間以上、より好ましくは5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、最も好ましくは24時間以内である。
焼成は空気雰囲気で行えばよいが、酸素を付加した雰囲気で行ってもよい。
The firing time varies depending on the temperature increase rate and temperature decrease rate, but is not particularly limited as long as the organic template is sufficiently removed, and is preferably 1 hour or more, more preferably 5 hours or more. The upper limit is not particularly limited, and is usually within 200 hours, preferably within 150 hours, more preferably within 100 hours, and most preferably within 24 hours.
Firing may be performed in an air atmosphere, but may also be performed in an atmosphere to which oxygen is added.

焼成の際の昇温速度は、多孔質支持体とAFX型ゼオライトの熱膨張率の差でAFX型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、更に好ましくは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。
また、焼成後の降温速度もAFX型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。
It is desirable that the temperature increase rate during firing be as slow as possible in order to reduce the occurrence of cracks in the AFX type zeolite membrane due to the difference in thermal expansion coefficient between the porous support and the AFX type zeolite. The temperature increase rate is usually 5°C/min or less, preferably 2°C/min or less, more preferably 1°C/min or less, particularly preferably 0.5°C/min or less. Usually, the speed is 0.1° C./min or more in consideration of workability.
Furthermore, the rate of temperature decrease after firing must be controlled to avoid cracks in the AFX type zeolite membrane. As with the heating rate, the slower the temperature the better. The temperature decreasing rate is usually 5°C/min or less, preferably 2°C/min or less, more preferably 1°C/min or less, particularly preferably 0.5°C/min or less. Usually, the speed is 0.1° C./min or more in consideration of workability.

<AFX型ゼオライト膜のイオン交換>
多孔質支持体上に形成されたAFX型ゼオライト膜は、必要に応じてイオン交換してもよい。イオン交換は、有機テンプレートを用いて合成した場合は、通常、有機テンプレートを除去した後に行う。
<Ion exchange of AFX type zeolite membrane>
The AFX type zeolite membrane formed on the porous support may be ion-exchanged if necessary. In the case of synthesis using an organic template, ion exchange is usually performed after removing the organic template.

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+などのアルカリ土類金属イオン、Fe、Cu、Znなどの遷移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が好ましい。 Ions to be ion-exchanged include protons, alkali metal ions such as Na + , K + , and Li + , alkaline earth metal ions such as Ca 2+ , Mg 2+ , Sr 2+ , and Ba 2+ , and transitions such as Fe, Cu, and Zn. Examples include metal ions. Among these, protons and alkali metal ions such as Na + , K + and Li + are preferred.

イオン交換は、焼成後(有機テンプレートを使用した場合など)のAFX型ゼオライト膜を、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。更に、必要に応じて200~500℃で焼成してもよい。 Ion exchange is usually performed by removing the AFX type zeolite membrane after calcination (such as when an organic template is used) with an ammonium salt such as NH 4 NO 3 or NaNO 3 or an aqueous solution containing the ions to be exchanged, or in some cases an acid such as hydrochloric acid. This may be carried out by a method such as processing at a temperature from room temperature to 100° C. and then washing with water. Furthermore, it may be fired at 200 to 500°C if necessary.

[多孔質支持体-ゼオライト膜複合体の空気透過量]
本発明のゼオライト膜複合体(加熱処理後(ここでいう加熱処理とは焼成による有機テンプレート除去を指す)のゼオライト膜複合体)の空気透過量[L/(m・h)]は、通常2700L/(m・h)以下、好ましくは1400L/(m・h)以下、より好ましくは1000L/(m・h)以下、更に好ましくは700L/(m・h)以下、より更に好ましくは600L/(m・h)以下、特に好ましくは500L/(m・h)以下、とりわけ好ましくは300L/(m・h)以下、最も好ましくは200L/(m・h)以下である。空気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。
[Air permeation amount of porous support-zeolite membrane composite]
The air permeation amount [L/(m 2 · h)] of the zeolite membrane composite of the present invention (the zeolite membrane composite after heat treatment (heat treatment here refers to removal of organic template by calcination)) is usually 2700 L/(m 2・h) or less, preferably 1400 L/(m 2・h) or less, more preferably 1000 L/(m 2・h) or less, even more preferably 700 L/(m 2・h) or less, even more Preferably 600 L/(m 2・h) or less, particularly preferably 500 L/(m 2・h) or less, particularly preferably 300 L/(m 2・h) or less, most preferably 200 L/(m 2・h) or less It is. The lower limit of air permeation is not particularly limited, but is usually 0.01 L/(m 2・h) or more, preferably 0.1 L/(m 2・h) or more, more preferably 1 L/(m 2・h) or more. It is.

ここで、空気透過量とは、後述の実施例の項で詳述するとおり、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。 Here, the amount of air permeation is the amount of air permeation [L/(m 2 h) when the zeolite membrane composite is connected to a vacuum line with an absolute pressure of 5 kPa, as will be explained in detail in the Examples section below. ].

本発明の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、気体混合物又は液体混合物から特定の成分を分離するための膜分離手段として好適に用いることができる。 The zeolite membrane composite of the present invention has excellent properties as described above, and can be suitably used as a membrane separation means for separating specific components from a gas mixture or a liquid mixture.

[ゼオライト膜複合体のゼオライト付着量]
本発明のゼオライト膜複合体のゼオライト付着量は、水熱合成前に多孔質支持体に付着させたFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトも含めて、表面積1mあたりの質量で、通常1g以上、好ましくは5g以上、より好ましくは10g以上、更に好ましくは20g以上であり、通常2000g以下、好ましくは1000g以下、より好ましくは500g以下、更に好ましくは300g以下である。
ゼオライトの付着量が上記下限未満の場合には、後述の分離、濃縮操作において、選択性が低下したり、ゼオライト膜強度が低下したりする傾向があり、上記上限を超えると、透過量が低下する傾向がある。
[Amount of zeolite attached to zeolite membrane composite]
The amount of zeolite attached to the zeolite membrane composite of the present invention is usually 1 g or more, preferably 1 g or more in terms of mass per 1 m 2 of surface area, including the FAU type zeolite or CHA type zeolite attached to the porous support before hydrothermal synthesis. is 5 g or more, more preferably 10 g or more, still more preferably 20 g or more, and usually 2000 g or less, preferably 1000 g or less, more preferably 500 g or less, still more preferably 300 g or less.
If the amount of zeolite attached is less than the above lower limit, the selectivity and zeolite membrane strength will tend to decrease in the separation and concentration operations described below, and if it exceeds the above upper limit, the amount of permeation will decrease. There is a tendency to

[気体混合物又は液体混合物の分離方法]
本発明の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体に、気体混合物又は液体混合物を接触させて、透過性の高い成分を透過させることにより、該成分を分離することができる。以下、この分離方法を「本発明の気体混合物又は液体混合物の分離方法」と称す場合がある。
なお、本発明の気体混合物又は液体混合物の分離方法によれば、透過性の高い成分を透過させることにより、透過性の低い成分を濃縮することができる。
[Separation method of gas mixture or liquid mixture]
By bringing a gas mixture or a liquid mixture into contact with the porous support-zeolite membrane composite of the present invention and allowing the highly permeable components to permeate, the components can be separated. Hereinafter, this separation method may be referred to as "the method for separating gas mixtures or liquid mixtures of the present invention".
According to the method for separating a gas mixture or liquid mixture of the present invention, components with low permeability can be concentrated by allowing components with high permeability to pass through.

本発明の気体混合物又は液体混合物の分離方法において、本発明のゼオライト膜複合体を介し、多孔質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混合物又は液体混合物を接触させ、その逆側を気体混合物又は液体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気体混合物又は液体混合物から、ゼオライト膜に透過性が高い成分(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、気体混合物又は液体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、気体混合物又は液体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 method for separating a gas mixture or liquid mixture of the present invention, a gas mixture or liquid mixture consisting of a plurality of components is brought into contact with one side of the porous support side or the zeolite membrane side via the zeolite membrane composite of the present invention, By applying a lower pressure on the opposite side than the side in contact with the gas mixture or liquid mixture, components with high permeability to the zeolite membrane (substances in the mixture with relatively high permeability) are removed from the gas or liquid mixture. ) is selectively transmitted, that is, as the main component of the permeable substance. This makes it possible to separate highly permeable substances from gaseous or liquid mixtures. As a result, by increasing the concentration of a specific component (substance in the mixture with relatively low permeability) in the gas mixture or liquid mixture, the specific component can be separated, recovered, or concentrated.

分離又は濃縮の対象となる気体混合物としては、本発明の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体によって、分離又は濃縮が可能な気体混合物であれば特に制限はない。
気体混合物としては、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て分離され、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。
The gas mixture to be separated or concentrated is not particularly limited as long as it can be separated or concentrated by the porous support-zeolite membrane composite of the present invention.
Examples of gas mixtures include carbon dioxide, oxygen, nitrogen, methane, ethane, ethylene, propane, propylene, normal butane, isobutane, 1-butene, 2-butene, isobutene, sulfur hexafluoride, helium, carbon monoxide, Examples include those containing at least one component selected from nitrogen monoxide, water, and the like. Among these gas components, gas components with high permeance are separated by passing through the zeolite membrane composite, and gas components with low permeance are concentrated on the supply gas side.

気体混合物は、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 gas mixture contains at least two of the above components. In this case, the two types of components are preferably a combination of a component with high permeance and a component with low permeance.
Here, permeance (also referred to as "permeability") is the amount of permeating substance divided by the product of the membrane area, time, and partial pressure difference between the supply side and the permeate side of the permeating substance, and the unit is , [mol·(m 2 ·s·Pa) −1 ].

気体混合物として具体的には、二酸化炭素と窒素を含有する気体混合物、二酸化炭素とメタンを含有する気体混合物、水素と炭化水素を含有する気体混合物、水素と酸素を含有する気体混合物、水素と二酸化炭素を含有する気体混合物、窒素と酸素を含有する気体混合物、メタン及びヘリウムを含有する気体混合物などが挙げられ、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又は濃縮に使用することもできる。 Specifically, gas mixtures include gas mixtures containing carbon dioxide and nitrogen, gas mixtures containing carbon dioxide and methane, gas mixtures containing hydrogen and hydrocarbons, gas mixtures containing hydrogen and oxygen, and hydrogen and dioxide. These include gas mixtures containing carbon, gas mixtures containing nitrogen and oxygen, gas mixtures containing methane and helium, and include air, natural gas, combustion gases and coke oven gas, and land file gases generated from landfills. It can also be used for the separation or concentration of biogas such as methane, steam reformed gas of methane produced and discharged in the petrochemical industry, etc.

これらのうち、本発明は特に二酸化炭素と窒素を含有する気体混合物、窒素と酸素を含有する気体混合物、および、水素と酸素を含有する気体混合物の分離、濃縮に好適である。 Among these, the present invention is particularly suitable for separating and concentrating gas mixtures containing carbon dioxide and nitrogen, gas mixtures containing nitrogen and oxygen, and gas mixtures containing hydrogen and oxygen.

本発明のゼオライト膜複合体の分離又は濃縮の対象となる液体混合物としては、本発明のゼオライト膜複合体によって、分離又は濃縮が可能な液体混合物であれば特に制限はない。 The liquid mixture to be separated or concentrated by the zeolite membrane composite of the present invention is not particularly limited as long as it is a liquid mixture that can be separated or concentrated by the zeolite membrane composite of the present invention.

液体混合物としては水と有機化合物との液体混合物が挙げられる。
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。
The liquid mixture includes a liquid mixture of water and an organic compound.
Examples of organic compounds include carboxylic acids such as acetic acid, acrylic acid, propionic acid, formic acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid, and benzoic acid, sulfonic acid, sulfinic acid, habituric acid, uric acid, phenol, enol, and diketone type compounds. , thiophenols, imides, oximes, aromatic sulfonamides, and organic acids such as primary and secondary nitro compounds; alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol (2-propanol); ketones such as acetone, methyl isobutyl ketone, etc. aldehydes such as acetaldehyde; ethers such as dioxane and tetrahydrofuran; organic compounds containing nitrogen (N-containing organic compounds) such as amides such as dimethylformamide and N-methylpyrrolidone; esters such as acetic acid ester and acrylic acid ester Examples include.

これらの中で、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。 Among these, 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 preferred, and those having 3 to 8 carbon atoms are more preferred.

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。 Further, the organic compound may be a polymer compound that can form a mixture (mixed solution) with water. Examples of such polymer compounds include those having a polar group in the molecule, such as 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 copolymerizing a nonpolar monomer such as an olefin with a polar monomer having a polar group such as a carboxyl group. Examples include the following.

更に、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。 Furthermore, 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 that is commonly used in adhesives, paints, and the like. Examples of polymers used in the polymer emulsion include polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, acrylic resins, polyolefins, olefin-polar monomer copolymers such as ethylene-vinyl alcohol copolymers, polystyrene, polyvinyl ether, polyamide, polyester, and cellulose. Thermoplastic resins such as derivatives; thermosetting resins such as urea resins, phenolic resins, epoxy resins, and polyurethanes; rubbers such as natural rubber, polyisoprene, polychloroprene, butadiene copolymers such as styrene-butadiene copolymers, etc. Can be mentioned. Furthermore, as the surfactant, any known surfactant may be used.

液体混合物としては、より具体的には、有機酸類/水、アルコール類/水、アセトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類/水、アルデヒド類/水、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類/水、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(窒素含有有機物)/水、酢酸エステル等のエステル類/水等が挙げられ、本発明のゼオライト膜複合体によれば、これらの有機化合物と水の混合水溶液から水を選択的に透過させて有機化合物を分離、濃縮することができる。 More specifically, the liquid mixture includes organic acids/water, alcohols/water, ketones such as acetone and methyl isobutyl ketone/water, aldehydes/water, ethers such as dioxane and tetrahydrofuran/water, and dimethylformamide. , nitrogen-containing organic compounds (nitrogen-containing organic substances) such as amides such as N-methylpyrrolidone/water, esters such as acetic acid ester/water, etc. According to the zeolite membrane composite of the present invention, these organic compounds Organic compounds can be separated and concentrated by selectively permeating water from a mixed aqueous solution of compounds and water.

これら気体混合物や液体混合物の分離や濃縮の条件は、対象とする気体種、液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。 Conditions for separating and concentrating these gas mixtures and liquid mixtures may be those known per se, depending on the target gas species, liquid species, composition, etc.

気体混合物または液体混合物の分離に用いるゼオライト膜複合体を設けた分離膜モジュールの形態としては、平膜型、スパイラル型、ホロウファイバー型、円筒型、ハニカム型等が挙げられ、適用対象に合わせて最適な形態が選ばれる。 The shapes of separation membrane modules equipped with zeolite membrane composites used for separating gas mixtures or liquid mixtures include flat membrane types, spiral types, hollow fiber types, cylindrical types, honeycomb types, etc., depending on the application. The most suitable form is selected.

その一つである円筒型分離膜モジュールについて、図1を参照して説明する。 One of these, a cylindrical separation membrane module, will be explained with reference to FIG.

図1において、円筒管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、試料混合物の温度調整が可能なように、温度制御装置が付設されている。 In FIG. 1, a cylindrical tube-shaped zeolite membrane composite 1 is placed in a thermostatic chamber (not shown) while being housed in a pressure-resistant container 2 made of stainless steel. The constant temperature bath is equipped with a temperature control device so that the temperature of the sample mixture can be adjusted.

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。ゼオライト膜複合体1の内側と、透過成分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から延出している。
ゼオライト膜複合体1には、配管11を経由して、スイープ気体等のスイープ流体9を供給する配管12が挿入されている。
耐圧容器2に通じるいずれかの箇所には、試料混合物の供給側の圧力を測る圧力計5、供給側の圧力を調整する背圧弁6が接続されている。
各接続部は気密性よく接続されている。
One end of the 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 container 2. The inside of the zeolite membrane composite 1 and a pipe 11 for discharging the permeated component 8 are connected via a connecting part 4 , and the pipe 11 extends from the pressure vessel 2 .
A pipe 12 for supplying a sweep fluid 9 such as a sweep gas is inserted into the zeolite membrane composite 1 via a pipe 11 .
A pressure gauge 5 that measures the pressure on the supply side of the sample mixture and a back pressure valve 6 that adjusts the pressure on the supply side are connected to any point communicating with the pressure vessel 2.
Each connection part is airtightly connected.

試料混合物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。透過成分8はゼオライト膜複合体1の内外の分圧差に応じてゼオライト膜複合体1を透過し、配管11を通じて排出され、不透過成分(濃縮成分)10が得られる。 The sample mixture 7 is supplied at a constant flow rate between the pressure vessel 2 and the zeolite membrane composite 1, and the pressure on the supply side is kept constant by the back pressure valve 6. The permeated component 8 permeates through the zeolite membrane composite 1 according to the partial pressure difference between the inside and outside of the zeolite membrane composite 1, and is discharged through the pipe 11 to obtain an impermeable component (concentrated component) 10.

気体混合物又は液体混合物の分離は、通常0~500℃の範囲内で行なわれる。本発明のゼオライト膜複合体の分離特性から、分離温度は室温から200℃の範囲内が好ましい。 The separation of gaseous or liquid mixtures is usually carried out within the range of 0 to 500°C. In view of the separation characteristics of the zeolite membrane composite of the present invention, the separation temperature is preferably within the range of room temperature to 200°C.

本発明の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を気体混合物又は液体混合物の分離、濃縮に供する際には、分離、濃縮操作に先立ち、前処理を行うことが好ましい。 When the porous support-zeolite membrane composite of the present invention is used for separating or concentrating a gas mixture or liquid mixture, it is preferable to perform a pretreatment prior to the separation and concentration operation.

多孔質支持体-ゼオライト膜複合体の前処理としては、次のような前処理操作が挙げられる。
(1) 多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を気体混合物又は液体混合物の分離、濃縮時の操作温度以上の温度、例えば0~250℃高い温度で0~10時間程度で乾燥する。
(2) 多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を気体混合物又は液体混合物の分離、濃縮で透過させる成分でパージする。具体的には、前記の乾燥温度において、AFX型ゼオライトの細孔径よりも小さいガスを、膜の外側に加圧供給する。
Pretreatment of the porous support-zeolite membrane composite includes the following pretreatment operations.
(1) The porous support-zeolite membrane composite is dried for about 0 to 10 hours at a temperature higher than the operating temperature during separation and concentration of a gas mixture or liquid mixture, for example, at a temperature 0 to 250° C. higher.
(2) Purging the porous support-zeolite membrane composite with components that permeate through separation and concentration of the gas or liquid mixture. Specifically, at the above drying temperature, a gas smaller than the pore diameter of the AFX type zeolite is supplied under pressure to the outside of the membrane.

以下、実施例によっ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。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the description of the following examples unless it exceeds the gist thereof.

(1)X線回折(XRD)
XRD測定は以下の条件に基づき行った。
・装置名:オランダPANalytical社製X’PertPro MPD
・光学系仕様 入射側:封入式X線管球(CuKα)
Soller Slit(0.04rad)
Divergence Slit(Valiable Slit)
試料台:XYZステージ
受光側:半導体アレイ検出器(X’ Celerator)
Ni-filter
Soller Slit(0.04rad)
ゴニオメーター半径:240mm
・測定条件 X線出力(CuKα):45kV、40mA
走査軸:θ/2θ
走査範囲(2θ):5.0-70.0°
測定モード:Continuous
読込幅:0.05°
計数時間:99.7sec
自動可変スリット(Automatic-DS):1mm(照射幅)
横発散マスク:10mm(照射幅)
(1) X-ray diffraction (XRD)
XRD measurement was performed based on the following conditions.
・Device name: X'PertPro MPD manufactured by PANalytical in the Netherlands
・Optical system specifications Incidence side: Enclosed X-ray tube (CuKα)
Soller Slit (0.04rad)
Divergence Slit (Variable Slit)
Sample stage: XYZ stage
Light receiving side: Semiconductor array detector (X' Celerator)
Ni-filter
Soller Slit (0.04rad)
Goniometer radius: 240mm
・Measurement conditions X-ray output (CuKα): 45kV, 40mA
Scan axis: θ/2θ
Scanning range (2θ): 5.0-70.0°
Measurement mode: Continuous
Reading width: 0.05°
Counting time: 99.7sec
Automatic variable slit (Automatic-DS): 1mm (irradiation width)
Lateral divergence mask: 10mm (irradiation width)

なお、X線は円筒管(ゼオライト膜複合体)の軸方向に対して垂直な方向に照射した。またX線は、できるだけノイズ等がはいらないように、試料台においた円筒管状のゼオライト膜複合体と、試料台表面に平行な面とが接する2つのラインのうち、試料台表面に接するラインではなく、試料台表面より上部にあるもう一方のライン上に主にあたるようにした。
また、照射幅を自動可変スリットによって1mmに固定して測定し、Materials Data,Inc.のXRD解析ソフトJADE7.5.2(日本語版)を用いて可変スリット→固定スリット変換を行ってXRDパターンを得た。
Note that the X-rays were irradiated in a direction perpendicular to the axial direction of the cylindrical tube (zeolite membrane composite). In addition, in order to avoid noise as much as possible, X-rays are transmitted at one of the two lines where the cylindrical-tubular zeolite membrane composite placed on the sample stand and a plane parallel to the sample stand surface are in contact with the sample stand surface. Instead, it mainly hit the other line above the sample stage surface.
In addition, measurements were made with the irradiation width fixed at 1 mm using an automatic variable slit. An XRD pattern was obtained by performing variable slit → fixed slit conversion using XRD analysis software JADE 7.5.2 (Japanese version).

(2)空気透過量
大気圧下で、ゼオライト膜複合体の一端を封止し、他端を、気密性を保持した状態で5kPaの真空ラインに接続して、真空ラインとゼオライト膜複合体の間に設置したマスフローメーターでゼオライト膜複合体を透過した空気の流量を測定し、空気透過量[L/(m・h)]とした。マスフローメーターとしてはKOFLOC社製8300、Nガス用、最大流量500ml/min(20℃、1気圧換算)を用いた。KOFLOC社製8300においてマスフローメーターの表示が10ml/min(20℃、1気圧換算)以下であるときはLintec社製MM-2100M、Airガス用、最大流量20ml/min(0℃、1気圧換算)を用いて測定した。
(2) Air permeation amount Under atmospheric pressure, one end of the zeolite membrane composite is sealed, and the other end is connected to a 5 kPa vacuum line while maintaining airtightness. The flow rate of air that permeated through the zeolite membrane composite was measured with a mass flow meter installed between the two, and was defined as the air permeation amount [L/(m 2 ·h)]. As a mass flow meter, 8300 manufactured by KOFLOC, for N 2 gas, with a maximum flow rate of 500 ml/min (20° C., converted to 1 atmosphere) was used. If the mass flow meter reading for KOFLOC 8300 is 10 ml/min (20°C, 1 atm) or less, use Lintec's MM-2100M, for Air gas, maximum flow rate 20 ml/min (0°C, 1 atm) Measured using

(3)ガス透過・分離試験
単成分ガス透過試験および複数成分ガス分離試験は、図1に模式的に示す分離膜モジュールを用いて、以下のとおり行った。用いた試料ガスは、二酸化炭素(純度99.9%、高圧ガス工業社製)、メタン(純度99.999%、ジャパンファインプロダクツ社製)、窒素(工業用窒素ガス、東邦酸素工業社製)、又は水素(純度99.99%以上、HORIBA STEC製水素発生器OPGU-2200より発生)である。
(3) Gas permeation/separation test A single-component gas permeation test and a multiple-component gas separation test were conducted as follows using a separation membrane module schematically shown in FIG. The sample gases used were carbon dioxide (purity 99.9%, manufactured by Kosatsu Gas Kogyo Co., Ltd.), methane (purity 99.999%, manufactured by Japan Fine Products Co., Ltd.), and nitrogen (industrial nitrogen gas, manufactured by Toho Sanso Kogyo Co., Ltd.). , or hydrogen (purity 99.99% or higher, generated from a hydrogen generator OPGU-2200 manufactured by HORIBA STEC).

この分離膜モジュールの構成については前述の通りである。
この分離膜モジュールにおいて、試料ガス(供給ガス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した。一方、ゼオライト膜複合体1を透過した透過ガス8を、配管11に接続されている流量計(図示せず)にて測定した。また、非透過ガス10を配管12に接続されている流量計(図示せず)にて測定した。更に、ガス分離試験の場合には、透過ガス8、非透過ガス10のガスを分取してガスクロマトグラフによる成分分析を行った。
The configuration of this separation membrane module is as described above.
In this separation membrane module, a sample gas (supply gas 7) was supplied between the pressure vessel 2 and the zeolite membrane composite 1 at a constant flow rate, and the pressure on the supply side was kept constant by the back pressure valve 6. On the other hand, the permeated gas 8 that passed through the zeolite membrane composite 1 was measured with a flow meter (not shown) connected to the pipe 11. In addition, the non-permeable gas 10 was measured with a flow meter (not shown) connected to the pipe 12. Furthermore, in the case of the gas separation test, the gases of permeated gas 8 and non-permeated gas 10 were fractionated and subjected to component analysis using a gas chromatograph.

より具体的には、水分や空気などの成分を除去するため、測定温度以上での乾燥、及び、排気若しくは使用する供給ガスによるパージ処理をした後、試料温度及びゼオライト膜複合体1の供給ガス7側と透過ガス8側の差圧を一定として、透過ガス流速が安定したのちに、ゼオライト膜複合体1を透過した試料ガス(透過ガス8)の流速を測定し、ガスのパーミエンス[mol・(m・s・Pa)-1]を算出した。パーミエンスを計算する際の圧力は、供給ガスの供給側と透過側の圧力差(差圧)を用いた。ガス分離試験の場合には、ゼオライト膜複合体1を透過した試料ガス(透過ガス8)の流速とガスクロマトグラフによる成分分析結果を用いて、各ガス成分についてパーミエンス[mol・(m・s・Pa)-1]を算出した。
ガス透過試験においては、上記測定結果に基づき、パーミエンス比αを下記式(1)により算出した。例えば、水素、窒素のパーミエンス比については以下の通り算出される。
α=PH2/PN2 (1)
〔式(1)中、PH2およびPN2は、それぞれ、水素および窒素のパーミエンス[mol・(m・s・Pa)-1]を示す〕
他のガス種についても同様である。
ガス分離試験においても、上記測定結果に基づき、パーミエンス比αを下記式(2)により算出した。例えば、水素、窒素のパーミエンス比については以下の通り算出される。
α=pH2/pN2 (2)
〔式(2)中、pH2およびpN2は、それぞれ、ゼオライト膜複合体1を水素と窒素の混合ガスとして透過した試料ガスのパーミエンス[mol・(m・s・Pa)-1]のうち、水素および窒素の各パーミエンス[mol・(m・s・Pa)-1]を示す〕
他のガス種についても同様である。
More specifically, in order to remove components such as moisture and air, after drying at a temperature higher than the measurement temperature and purging with exhaust or the supply gas used, the temperature of the sample and the supply gas of the zeolite membrane composite 1 are reduced. After the differential pressure between the 7 side and the permeated gas 8 side is kept constant and the permeated gas flow rate is stabilized, the flow rate of the sample gas (permeated gas 8) that has permeated through the zeolite membrane composite 1 is measured, and the gas permeance [mol・(m 2 ·s·Pa) −1 ] was calculated. For the pressure when calculating permeance, the pressure difference (differential pressure) between the supply side and the permeation side of the supply gas was used. In the case of a gas separation test, the permeance [mol・(m 2・s・Pa) −1 ] was calculated.
In the gas permeation test, the permeance ratio α was calculated using the following formula (1) based on the above measurement results. For example, the permeance ratio of hydrogen and nitrogen is calculated as follows.
α=P H2 /P N2 (1)
[In formula (1), P H2 and P N2 represent hydrogen and nitrogen permeance [mol·(m 2 ·s·Pa) −1 ], respectively]
The same applies to other gas types.
Also in the gas separation test, the permeance ratio α was calculated using the following formula (2) based on the above measurement results. For example, the permeance ratio of hydrogen and nitrogen is calculated as follows.
α=p H2 /p N2 (2)
[In formula (2), p H2 and p N2 are the permeance [mol・(m 2・s・Pa) −1 ] of the sample gas that permeated the zeolite membrane composite 1 as a mixed gas of hydrogen and nitrogen, respectively. Among them, each permeance of hydrogen and nitrogen [mol・(m 2・s・Pa) −1 ] is shown]
The same applies to other gas types.

[比較例1]
<付着用ゼオライトの合成>
付着用AFX型ゼオライトを次の通り合成した。
1.24gのNaOH(キシダ化学社製)と1.87gの水、および、10.8gの1,4-Bis(DABCO)Butanedimminium DiHydroxide(以下DABCOと略すことがある。セイケム社製 19.8質量%水溶液)を加え撹拌してNaOHを溶解させた。そこに、3.81gのFAU型ゼオライト(SAR=30、Zeolyst社製CBV720)を加え、室温で2時間撹拌することで、水熱合成用原料混合液を調製した。得られた水熱合成用原料混合液の組成は1SiO/0.033Al/0.50NaOH/0.10DABCO/10HO(モル比)であった。
[Comparative example 1]
<Synthesis of zeolite for adhesion>
AFX type zeolite for adhesion was synthesized as follows.
1.24 g of NaOH (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), 1.87 g of water, and 10.8 g of 1,4-Bis (DABCO) Butanediminium DiHydroxide (hereinafter sometimes abbreviated as DABCO. Manufactured by Seichem Co., Ltd. 19.8 mass % aqueous solution) was added and stirred to dissolve NaOH. Thereto, 3.81 g of FAU type zeolite (SAR=30, Zeolyst CBV720) was added and stirred at room temperature for 2 hours to prepare a raw material mixture for hydrothermal synthesis. The composition of the obtained raw material mixture for hydrothermal synthesis was 1SiO 2 /0.033Al 2 O 3 /0.50NaOH/0.10DABCO/10H 2 O (molar ratio).

この水熱合成用原料混合液を耐圧容器に入れ、150℃のオーブン中に静置し、72時間水熱合成を行った。水熱合成反応後、反応液を冷却して、濾過により生成した結晶を回収した。回収した結晶を100℃で12時間乾燥した後、得られたゼオライト粉末のXRDを測定したところ、AFX型ゼオライトであることを確認した。得られたAFX型ゼオライトをSEMで観察したところ、粒子径は約1μmであった。 This raw material mixture for hydrothermal synthesis was placed in a pressure-resistant container and left in an oven at 150° C. to perform hydrothermal synthesis for 72 hours. After the hydrothermal synthesis reaction, the reaction solution was cooled and the produced crystals were collected by filtration. After drying the collected crystals at 100° C. for 12 hours, the XRD of the obtained zeolite powder was measured, and it was confirmed that it was AFX type zeolite. When the obtained AFX type zeolite was observed by SEM, the particle size was about 1 μm.

<多孔質支持体へのゼオライトの付着>
多孔質支持体としてアルミナチューブ(外径12mm、内径9mm、ノリタケカンパニーリミテッド社製)を40mmの長さに切断した後、水で洗浄したのち乾燥させたものを用いた。
<Attachment of zeolite to porous support>
As a porous support, an alumina tube (outer diameter 12 mm, inner diameter 9 mm, manufactured by Noritake Company Limited) was cut into a length of 40 mm, washed with water, and then dried.

付着用に合成した粒子径約1μmのAFX型ゼオライトの結晶を水に分散させ、1質量%のAFX型ゼオライト分散液を作製した。作製したAFX型ゼオライト分散液に、下端に栓をし、上端からチューブを付けた状態で多孔質支持体を浸漬し、チューブを通して、多孔質支持体の内側を真空に減圧し3秒間保持することで、多孔質支持体にAFX型ゼオライトを付着させた。AFX型ゼオライトを付着させた多孔質支持体は120℃で30分間乾燥した。付着したAFX型ゼオライト量は17g/mであった。 Crystals of AFX type zeolite synthesized for adhesion and having a particle diameter of about 1 μm were dispersed in water to prepare a 1% by mass AFX type zeolite dispersion. The porous support is immersed in the prepared AFX type zeolite dispersion with a stopper at the bottom end and a tube attached from the top end, and the inside of the porous support is vacuumed through the tube and maintained for 3 seconds. Then, AFX type zeolite was attached to the porous support. The porous support to which the AFX type zeolite was attached was dried at 120° C. for 30 minutes. The amount of AFX type zeolite attached was 17 g/m 2 .

<水熱合成>
1.38gのFAU型ゼオライト(NaY、SAR=5、日揮触媒化成社製)と0.382gのNaOH(キシダ化学社製)、59.5gの水を混合撹拌し、そこに、15.37gの水ガラス3号(キシダ化学社製)と13.95gのDABCO 19.8質量%水溶液(セイケム社製)加え、室温で2時間撹拌することで、水熱合成用原料混合液を調製した。得られた水熱合成用原料混合液の組成は1SiO/0.033Al/0.70NaOH/0.10DABCO/50HO(モル比)であった。
<Hydrothermal synthesis>
1.38g of FAU type zeolite (NaY, SAR=5, manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd.), 0.382g of NaOH (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), and 59.5g of water were mixed and stirred, and 15.37g of Water glass No. 3 (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and 13.95 g of a DABCO 19.8% by mass aqueous solution (manufactured by Seichem Co., Ltd.) were added and stirred at room temperature for 2 hours to prepare a raw material mixture for hydrothermal synthesis. The composition of the obtained raw material mixture for hydrothermal synthesis was 1SiO 2 /0.033Al 2 O 3 /0.70NaOH/0.10DABCO/50H 2 O (molar ratio).

AFX型ゼオライトを付着させた多孔質支持体を水熱合成用原料混合液の入ったテフロン(登録商標)製内筒に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し、150℃で72時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後に多孔質支持体-ゼオライト膜複合体をオートクレーブから取り出し、洗浄後、100℃以上120℃以下の温度で1時間以上乾燥させた。乾燥後、テンプレート焼成前(以下as-madeということがある)の状態で円筒管の一端を封止し、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前述の条件で測定したところ、透過量は0.0L/(m・h)であった。 The porous support to which AFX type zeolite was attached was immersed vertically into a Teflon (registered trademark) inner cylinder containing a raw material mixture for hydrothermal synthesis, the autoclave was sealed, and the autoclave was heated at 150°C for 72 hours under autogenous pressure. It was heated under. After a predetermined period of time had elapsed, the porous support-zeolite membrane composite was left to cool, taken out from the autoclave, washed, and dried at a temperature of 100° C. or higher and 120° C. or lower for 1 hour or more. After drying and before firing the template (hereinafter sometimes referred to as as-made), one end of the cylindrical tube is sealed and the other end is connected to a vacuum line to reduce the pressure inside the tube, and a flowmeter with a vacuum line installed. When the amount of air permeation was measured under the above-mentioned conditions, the amount of permeation was 0.0 L/(m 2 ·h).

<テンプレートの除去>
得られたゼオライト膜複合体のテンプレートを除去するために電気炉で500℃にて5時間焼成し(テンプレート焼成工程)、焼成後のゼオライト膜複合体を得た。このとき150℃までの昇温速度と降温速度はともに2.5℃/分、150℃から450℃までの昇温速度と降温速度は0.5℃/分、450℃から500℃までの昇温速度と降温速度は0.1℃/分とした。
<Removal of template>
In order to remove the template of the obtained zeolite membrane composite, it was fired in an electric furnace at 500°C for 5 hours (template firing step) to obtain a fired zeolite membrane composite. At this time, the heating rate and cooling rate to 150°C are both 2.5°C/min, the heating rate and cooling rate from 150°C to 450°C are 0.5°C/min, and the heating rate from 450°C to 500°C. The temperature rate and cooling rate were 0.1°C/min.

<測定・評価>
焼成後のゼオライト膜複合体の重量と多孔質支持体の重量の差から、多孔質支持体上に結晶化したゼオライトの重量は30g/mであった。焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は600L/(m・h)であった。生成した膜のXRD測定をしたところAFX型ゼオライトが生成していたが、多くのANA型ゼオライトも副生成しており、AFX型ゼオライトに帰属されるピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=22.0[deg])のピーク強度をI、AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=16.2[deg])のピーク強度をIとした時、ピーク強度比I/Iが1.45であった。
XRD測定チャートを図2に示す。
この比較例1では、原料混合液中にAl元素源を含むが、多孔質支持体にFAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトではなくAFX型ゼオライトを付着させたため、種結晶としたAFX型ゼオライトが原料混合液中で長時間加熱されることにより、一部ANA型ゼオライトに転換し、緻密ではあるものの純度の高いAFX型ゼオライト膜は得られなかった。
<Measurement/Evaluation>
Based on the difference between the weight of the zeolite membrane composite after firing and the weight of the porous support, the weight of the zeolite crystallized on the porous support was 30 g/m 2 . The air permeation amount of the zeolite membrane composite after firing was 600 L/(m 2 ·h). When the produced membrane was subjected to XRD measurement, it was found that AFX-type zeolite was produced, but many ANA-type zeolites were also produced as by-products, and the peak with the highest intensity (2θ = 22 .0 [deg]) is I 1 , and the highest intensity peak (2θ = 16.2 [deg]) of the peaks derived from AFX type zeolite or other crystalline phases not assigned to the porous support. When the peak intensity was defined as I 2 , the peak intensity ratio I 2 /I 1 was 1.45.
An XRD measurement chart is shown in FIG.
In Comparative Example 1, the raw material mixture contains an Al element source, but since AFX type zeolite rather than FAU type zeolite or CHA type zeolite was attached to the porous support, the AFX type zeolite used as a seed crystal was added to the raw material mixture. By being heated in the liquid for a long time, a portion of the zeolite was converted to ANA type zeolite, and although it was dense, an AFX type zeolite membrane with high purity could not be obtained.

なお、図2及び後述の図3~図14において、図中の「S」マークで示すピークは多孔質支持体に帰属される。また、図中の「*」マークで示すピークは、AFX型ゼオライトおよび多孔質支持体に帰属されない、不純物結晶性物質のピークである。 Note that in FIG. 2 and FIGS. 3 to 14 described later, the peak indicated by the "S" mark in the figure is attributed to the porous support. Moreover, the peak indicated by the "*" mark in the figure is a peak of an impurity crystalline substance that is not assigned to the AFX type zeolite or the porous support.

[実施例1]
<多孔質支持体へのゼオライトの付着>
国際公開第2015/159986号の実施例1に記載の種結晶と同様に作製したFAU型ゼオライトを、2質量%水に分散させたものを付着用FAU型ゼオライト分散液として用い、比較例1と同様の操作で多孔質支持体上にFAU型ゼオライトを付着させた。FAU型ゼオライトの付着量は39g/mであった。
[Example 1]
<Attachment of zeolite to porous support>
FAU type zeolite prepared in the same manner as the seed crystal described in Example 1 of International Publication No. 2015/159986 was dispersed in 2% by mass water and used as the FAU type zeolite dispersion for adhesion. FAU type zeolite was deposited on the porous support using a similar operation. The amount of FAU type zeolite deposited was 39 g/m 2 .

<水熱合成>
水熱合成用原料混合液として、水酸化アルミニウム(Al、53.5質量%含有、アルドリッチ社製)0.78g、1mol/lのNaOH水溶液(キシダ化学社製)9.74g、水17.36gを混合撹拌しているところに、水ガラス3号(キシダ化学社製)31.0g、DABCO(19.8質量%水溶液 セイケム社製)25.75gを加え、室温で2時間撹拌して得たものを用い、合成時間を144時間とした以外は比較例1と同様に多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を製造した。用いた水熱合成用原料混合液の組成は1SiO/0.033Al/0.70NaOH/0.10DABCO/25HO(モル比)であった。
<Hydrothermal synthesis>
As a raw material mixture for hydrothermal synthesis, 0.78 g of aluminum hydroxide (containing 53.5% by mass of Al 2 O 3 , manufactured by Aldrich Co., Ltd.), 9.74 g of a 1 mol/l NaOH aqueous solution (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), and water. While mixing and stirring 17.36 g, 31.0 g of Water Glass No. 3 (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and 25.75 g of DABCO (19.8% by mass aqueous solution, manufactured by Seichem) were added, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours. A porous support-zeolite membrane composite was produced in the same manner as in Comparative Example 1, except that the synthesis time was 144 hours. The composition of the raw material mixture for hydrothermal synthesis used was 1SiO 2 /0.033Al 2 O 3 /0.70NaOH/0.10DABCO/25H 2 O (molar ratio).

<測定・評価>
このようにして得られたas-madeのゼオライト膜複合体の空気透過量は0L/(m・h)であり、緻密な膜を得られたことが示唆された。焼成後のゼオライト膜複合体の重量と多孔質支持体の重量の差から求めた、多孔質支持体上に結晶化したゼオライトの重量は180g/mであった。焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は320L/(m・h)であった。
生成した膜のXRD測定をしたところAFX型ゼオライトが生成していることを確認した。ANA型ゼオライトも副生成しており、AFX型ゼオライトに帰属されるピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=21.9[deg])のピーク強度をI、AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=26.2[deg])のピーク強度をIとした時、ピーク強度比I/Iが1.24であった。比較例1に比べて長時間加熱したにもかかわらず、AFX型ゼオライト由来のピークに対するANA型ゼオライト由来のピーク強度が低減されていることから、本実施例ではFAU型ゼオライトを付着させた多孔質支持体を用いてAl元素源を含む原料混合液中で水熱合成したことで、AFX型ゼオライトの形成を促進できたことが分かる。
XRD測定チャートを図3に示す。
<Measurement/Evaluation>
The air permeation rate of the as-made zeolite membrane composite thus obtained was 0 L/(m 2 ·h), suggesting that a dense membrane was obtained. The weight of the zeolite crystallized on the porous support, determined from the difference between the weight of the zeolite membrane composite after firing and the weight of the porous support, was 180 g/m 2 . The air permeation amount of the zeolite membrane composite after firing was 320 L/(m 2 ·h).
When the produced membrane was subjected to XRD measurement, it was confirmed that AFX type zeolite was produced. ANA type zeolite is also a by-product, and the peak intensity of the highest peak (2θ = 21.9 [deg]) among the peaks attributed to AFX type zeolite is I 1 , AFX type zeolite or porous support. When the peak intensity of the highest intensity peak (2θ = 26.2 [deg]) among the peaks derived from other crystal phases not assigned to is I 2 , the peak intensity ratio I 2 /I 1 is 1.24 Met. Even though it was heated for a long time compared to Comparative Example 1, the intensity of the peak derived from the ANA type zeolite was reduced compared to the peak derived from the AFX type zeolite. It can be seen that the formation of AFX type zeolite was promoted by hydrothermal synthesis using a support in a raw material mixture containing an Al element source.
An XRD measurement chart is shown in FIG.

このゼオライト膜複合体を用いて、試験温度を140℃、供給ガス圧を0.4MPa、透過ガス圧を大気圧として単成分ガス透過試験を実施したところ、COパーミエンス(PCO2)は5.14×10-7[mol・(m・s・Pa)-1]、CHガスパーミエンスPCH4は7.09×10-8[mol・(m・s・Pa)-1]、パーミエンス比PCO2/PCH4は7.3であった。CH分子はAFX型ゼオライトの細孔径より大きいため、すべてゼオライト細孔ではなくゼオライト粒界を拡散して、膜を透過すると予想される。ゼオライト膜中の粒界におけるCOおよびCHの拡散がKnudsen拡散であると仮定すると、欠陥におけるパーミエンス比PCO2/PCH4は、以下の式から0.603と算出できる。
CO2/PCH4=(MWCH4×T)0.5/(MWCO2×T)0.5
(MWCO2およびMWCH4はそれぞれCOおよびCHの分子量、Tは試験温度[K])
ゼオライト膜全体におけるパーミエンス比PCO2/PCH4が、Knudsen拡散におけるパーミエンス比PCO2/PCH4に比べて大きいことから、ゼオライト細孔をCOが選択的に透過したことが判った。従って、このゼオライト膜がAFX型ゼオライト細孔の分子篩に由来するCO/CH分離能を有することが示唆された。
Using this zeolite membrane composite, a single component gas permeation test was conducted at a test temperature of 140°C, a supply gas pressure of 0.4 MPa, and a permeate gas pressure of atmospheric pressure, and the CO 2 permeance (P CO2 ) was 5. 14×10 −7 [mol・(m 2・s・Pa) −1 ], CH4 gas permeance P CH4 is 7.09×10 −8 [mol・(m 2・s・Pa) −1 ], The permeance ratio P CO2 /P CH4 was 7.3. Since CH 4 molecules are larger than the pore diameter of AFX type zeolite, they are expected to all diffuse through the zeolite grain boundaries rather than through the zeolite pores and pass through the membrane. Assuming that the diffusion of CO 2 and CH 4 at the grain boundaries in the zeolite film is Knudsen diffusion, the permeance ratio P CO2 /P CH4 at the defect can be calculated as 0.603 from the following equation.
P CO2 /P CH4 = (MW CH4 ×T) 0.5 / (MW CO2 ×T) 0.5
(MW CO2 and MW CH4 are the molecular weights of CO2 and CH4 , respectively, T is the test temperature [K])
Since the permeance ratio P CO2 /P CH4 in the entire zeolite membrane was larger than the permeance ratio P CO2 /P CH4 in Knudsen diffusion, it was found that CO 2 selectively permeated through the zeolite pores. Therefore, it was suggested that this zeolite membrane has CO 2 /CH 4 separation ability derived from the molecular sieve of AFX type zeolite pores.

本実施例では、FAU型ゼオライトを付着させた多孔質支持体を用いてAl元素源を含む原料混合液中で水熱合成したことで、AFX型ゼオライトの純度が比較的高く、as-madeでの空気透過量が低く緻密なAFX型ゼオライト膜を多孔質支持体上に形成することができ、分子ふるい作用による分離効果の高いゼオライト膜複合体を得ることができた。 In this example, hydrothermal synthesis was performed in a raw material mixture containing an Al element source using a porous support to which FAU type zeolite was attached, so that AFX type zeolite had relatively high purity and was as-made. A dense AFX-type zeolite membrane with a low air permeation rate could be formed on a porous support, and a zeolite membrane composite with a high separation effect due to molecular sieving action could be obtained.

[実施例2]
<多孔質支持体へのゼオライトの付着>
FAU型ゼオライト(SAR=30、Zeolyst社製CBV720)10質量%分散液を3φのAlボール(分散液の3倍量使用)で6時間ボールミルした分散液を2質量%に水で希釈したFAU型ゼオライト分散液を、AFX型ゼオライト分散液の代りに用いた以外は、比較例1と同様にして、多孔質支持体にFAU型ゼオライトを付着させた。FAU型ゼオライトの付着量は20g/mであった。
[Example 2]
<Attachment of zeolite to porous support>
A 10% by mass dispersion of FAU type zeolite (SAR=30, CBV720 manufactured by Zeolyst) was ball milled for 6 hours using 3φ Al 2 O 3 balls (using 3 times the amount of the dispersion), and the dispersion was diluted to 2% by mass with water. FAU zeolite was adhered to a porous support in the same manner as in Comparative Example 1, except that the FAU zeolite dispersion prepared above was used instead of the AFX zeolite dispersion. The amount of FAU type zeolite deposited was 20 g/m 2 .

<水熱合成>
このFAU型ゼオライト付着多孔質支持体を用いて、反応時間を72時間とした以外は実施例1と同様にして多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を製造した。
<Hydrothermal synthesis>
Using this FAU type zeolite-adhered porous support, a porous support-zeolite membrane composite was produced in the same manner as in Example 1, except that the reaction time was 72 hours.

<測定・評価>
このようにして得られたas-madeのゼオライト膜複合体の重量と多孔質支持体の重量の差から求めた、多孔質支持体上に結晶化したas-madeのゼオライトの重量は160g/mであった。生成した膜のXRD測定をしたところAFX型ゼオライトが生成していることを確認した。
AFX型ゼオライトに帰属されるピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=22.1[deg])のピーク強度をI、AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=22.9[deg])のピーク強度をIとした時、ピーク強度比I/Iが0.31であり、比較的純度の高いAFX型ゼオライト膜が形成されていることが示唆された。
XRD測定チャートを図4に示す。
<Measurement/Evaluation>
The weight of the as-made zeolite crystallized on the porous support, determined from the difference between the weight of the as-made zeolite membrane composite thus obtained and the weight of the porous support, is 160 g/m It was 2 . When the produced membrane was subjected to XRD measurement, it was confirmed that AFX type zeolite was produced.
The peak intensity of the highest peak (2θ = 22.1 [deg]) among the peaks attributed to AFX type zeolite is I 1 , which is derived from AFX type zeolite or other crystalline phases not attributed to the porous support. When the peak intensity of the highest intensity peak (2θ=22.9[deg]) is I2 , the peak intensity ratio I2 / I1 is 0.31, indicating that the AFX type has relatively high purity. It was suggested that a zeolite film was formed.
An XRD measurement chart is shown in FIG.

本実施例でも、FAU型ゼオライトを付着させた多孔質支持体を用いてAl元素源を含む原料混合液中で水熱合成したことで、AFX型ゼオライトの純度が高いAFX型ゼオライト膜を多孔質支持体上に形成することができた。 In this example as well, hydrothermal synthesis was performed in a raw material mixture containing an Al element source using a porous support to which FAU type zeolite was attached, so that an AFX type zeolite membrane with high purity AFX type zeolite was made into a porous structure. could be formed on a support.

[実施例3]
<多孔質支持体へのゼオライトの付着>
多孔質支持体上に、直接水熱合成することにより、多孔質支持体-FAU型ゼオライト(Y型ゼオライト)膜複合体を作製した。
多孔質支持体としてアルミナチューブ(外径12mm、内径9mm、ノリタケカンパニーリミテド社製)を40mmの長さに切断した後、水で洗浄したのち乾燥させたものを用いた。
FAU型ゼオライト膜合成用の種結晶としてはFAU型ゼオライト(NaY、SAR=5、日揮触媒化成社製 以下、「NaY5」ということがある。)を用いた。NaY5の3質量%水分散液を作製し、120℃で30分以上乾燥させた多孔質支持体の上下をシリコンゴム栓で封じたものを、この種結晶分散液に浸漬して種結晶を付着させ、分散液から引き揚げたのちに、ラテックス手袋を着用した指でこすりこむ(以下、ラビング法ということがある)ことにより種結晶を支持体に付着させた。その後、100℃で1時間以上乾燥して、種結晶付着多孔質支持体を得た。付着した種結晶量は1.7g/mであった。
[Example 3]
<Attachment of zeolite to porous support>
A porous support-FAU type zeolite (Y type zeolite) membrane composite was produced by direct hydrothermal synthesis on the porous support.
As a porous support, an alumina tube (outer diameter 12 mm, inner diameter 9 mm, manufactured by Noritake Company Limited) was cut into a length of 40 mm, washed with water, and then dried.
FAU type zeolite (NaY, SAR=5, manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd., hereinafter sometimes referred to as "NaY5") was used as a seed crystal for FAU type zeolite membrane synthesis. A 3% by mass aqueous dispersion of NaY5 was prepared, a porous support was dried at 120°C for 30 minutes or more, the top and bottom of which were sealed with silicone rubber plugs, and then immersed in this seed crystal dispersion to attach seed crystals. After removing the seed crystals from the dispersion, the seed crystals were attached to the support by rubbing with fingers wearing latex gloves (hereinafter sometimes referred to as the rubbing method). Thereafter, it was dried at 100° C. for 1 hour or more to obtain a porous support with seed crystals attached. The amount of attached seed crystals was 1.7 g/m 2 .

NaOH(キシダ化学社製)4.48gを水50gに溶解させたのち、アルミン酸ナトリウム水溶液(NaO 18.9質量%、Al 20.13質量%浅田化学工業社製)3.0gを加えて撹拌し、そこに水ガラス3号(キシダ化学社製)12.4gと水31.26gを予め混合したものを加えて、室温で12時間撹拌して水熱合成用原料混合液を調製した。得られた水熱合成用原料混合液の組成は1SiO/0.1Al/2.8NaOH/84HO(モル比)であった。 After dissolving 4.48 g of NaOH (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) in 50 g of water, a sodium aluminate aqueous solution (Na 2 O 18.9 mass %, Al 2 O 3 20.13 mass % manufactured by Asada Chemical Industry Co., Ltd.)3. 0 g was added and stirred, and a pre-mixed mixture of 12.4 g of Water Glass No. 3 (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and 31.26 g of water was added thereto, and the mixture was stirred at room temperature for 12 hours to obtain a raw material mixture for hydrothermal synthesis. was prepared. The composition of the obtained raw material mixture for hydrothermal synthesis was 1SiO 2 /0.1Al 2 O 3 /2.8NaOH/84H 2 O (molar ratio).

種結晶付着多孔質支持体を水熱合成用原料混合液の入ったテフロン(登録商標)製内筒に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し100℃で5時間、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後に多孔質支持体-ゼオライト膜複合体をオートクレーブから取り出し、洗浄後100℃で1時間以上乾燥させて、多孔質支持体-FAU型ゼオライト膜複合体を得た。得られたゼオライト膜複合体と多孔質支持体重量の差から求めた、多孔質支持体上に結晶化したFAU型ゼオライトの重量は37g/mであった。 The seed crystal-attached porous support was vertically immersed in a Teflon (registered trademark) inner tube containing a raw material mixture for hydrothermal synthesis, the autoclave was sealed, and the autoclave was heated at 100° C. for 5 hours under autogenous pressure. After a predetermined period of time, the porous support-zeolite membrane composite was left to cool, taken out from the autoclave, washed, and dried at 100° C. for over 1 hour to obtain a porous support-FAU type zeolite membrane composite. The weight of the FAU type zeolite crystallized on the porous support was 37 g/m 2 as determined from the difference in weight between the obtained zeolite membrane composite and the porous support.

<水熱合成>
FAU型ゼオライトを付着させた多孔質支持体の代わりに、上述のアルミナ支持体-FAU型ゼオライト膜複合体を用いた以外は実施例2と同様にして、ゼオライト膜複合体を得た。
<Hydrothermal synthesis>
A zeolite membrane composite was obtained in the same manner as in Example 2, except that the above-mentioned alumina support-FAU type zeolite membrane composite was used instead of the porous support to which FAU type zeolite was attached.

<測定・評価>
このようにして得られたas-madeのゼオライト膜複合体の空気透過量は35L/(m・h)であり、緻密な膜を得られたことが示唆された。焼成後のゼオライト膜複合体の重量と多孔質支持体の重量の差から求めた、多孔質支持体上に結晶化したゼオライトの重量は270g/mであった。焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は190L/(m・h)であった。生成した膜のXRD測定をしたところAFX型ゼオライトが生成し、ANA型ゼオライトも副生成しており、AFX型ゼオライトに帰属されるピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=21.9[deg])のピーク強度をI、AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=26.2[deg])のピーク強度をIとした時、ピーク強度比I/Iが1.38であり、比較的純度の高いAFX型ゼオライト膜が形成されていることが示唆された。
XRD測定チャートを図5に示す。
<Measurement/Evaluation>
The air permeation rate of the as-made zeolite membrane composite thus obtained was 35 L/(m 2 ·h), suggesting that a dense membrane was obtained. The weight of the zeolite crystallized on the porous support, determined from the difference between the weight of the zeolite membrane composite after firing and the weight of the porous support, was 270 g/m 2 . The air permeation amount of the zeolite membrane composite after firing was 190 L/(m 2 ·h). When the produced membrane was subjected to XRD measurement, AFX-type zeolite was produced, and ANA-type zeolite was also produced as a by-product, and among the peaks attributed to AFX-type zeolite, the highest intensity peak (2θ = 21.9 [deg] ) is the peak intensity of I 1 , and the peak intensity of the highest peak (2θ = 26.2 [deg]) among the peaks derived from AFX type zeolite or other crystalline phases not assigned to the porous support is I 2 When the peak intensity ratio I 2 /I 1 was 1.38, it was suggested that an AFX type zeolite membrane with relatively high purity was formed.
An XRD measurement chart is shown in FIG.

このゼオライト膜複合体を用いて、試験温度を50℃、供給ガス圧を0.4MPa、透過ガス圧を大気圧として単成分ガス透過試験を実施したところ、COパーミエンス(PCO2)は2.13×10-7[mol・(m・s・Pa)-1]、CHガスパーミエンスPCH4は4.97×10-8[mol・(m・s・Pa)-1]、パーミエンス比PCO2/PCH4は4.3であった。CH分子はAFX型ゼオライトの細孔径より大きいため、すべてゼオライト細孔ではなくゼオライト粒界を拡散して、膜を透過すると予想される。ゼオライト膜中の粒界におけるCOおよびCHの拡散がKnudsen拡散であると仮定すると、欠陥におけるパーミエンス比PCO2/PCH4は、以下の式から0.603と算出できる。
CO2/PCH4=(MWCH4×T)0.5/(MWCO2×T)0.5
(MWCO2およびMWCH4はそれぞれCOおよびCHの分子量、Tは試験温度[K])
ゼオライト膜全体におけるパーミエンス比PCO2/PCH4が、Knudsen拡散におけるパーミエンス比PCO2/PCH4に比べて大きいことから、ゼオライト細孔をCOが選択的に透過したことが判った。従って、このゼオライト膜がAFX型ゼオライト細孔の分子篩に由来するCO/CH分離能を有することが示唆された。
Using this zeolite membrane composite, a single component gas permeation test was conducted at a test temperature of 50°C, a supply gas pressure of 0.4 MPa, and a permeate gas pressure of atmospheric pressure, and the CO 2 permeance (P CO2 ) was 2. 13×10 −7 [mol・(m 2・s・Pa) −1 ], CH 4 gas permeance P CH4 is 4.97×10 −8 [mol・(m 2・s・Pa) −1 ], The permeance ratio P CO2 /P CH4 was 4.3. Since CH 4 molecules are larger than the pore diameter of AFX type zeolite, they are expected to all diffuse through the zeolite grain boundaries rather than through the zeolite pores and pass through the membrane. Assuming that the diffusion of CO 2 and CH 4 at the grain boundaries in the zeolite film is Knudsen diffusion, the permeance ratio P CO2 /P CH4 at the defect can be calculated as 0.603 from the following equation.
P CO2 /P CH4 = (MW CH4 ×T) 0.5 / (MW CO2 ×T) 0.5
(MW CO2 and MW CH4 are the molecular weights of CO2 and CH4 , respectively, T is the test temperature [K])
Since the permeance ratio P CO2 /P CH4 in the entire zeolite membrane was larger than the permeance ratio P CO2 /P CH4 in Knudsen diffusion, it was found that CO 2 selectively permeated through the zeolite pores. Therefore, it was suggested that this zeolite membrane has CO 2 /CH 4 separation ability derived from the molecular sieve of AFX type zeolite pores.

本実施例でも、FAU型ゼオライトを付着させた多孔質支持体を用いてAl元素源を含む原料混合液中で水熱合成したことで、比較的純度が高く、as-madeでの空気透過量が低く緻密なAFX型ゼオライト膜を多孔質支持体上に形成することができ、分子ふるい作用による分離効果の高いゼオライト膜複合体を得ることができた。 In this example as well, hydrothermal synthesis was performed in a raw material mixture containing an Al element source using a porous support to which FAU type zeolite was attached, resulting in relatively high purity and a low air permeation amount in as-made. It was possible to form a dense AFX type zeolite membrane with a low density on a porous support, and to obtain a zeolite membrane composite with a high separation effect due to molecular sieving action.

[実施例4]
<多孔質支持体へのゼオライトの付着>
付着用FAU型ゼオライト合成時の反応時間を3日間にした以外は実施例1と同様にして合成したFAU型ゼオライトを用いてFAU型ゼオライトの2質量%分散液を作製し、実施例1と同様に2秒間吸引して多孔質支持体にFAU型ゼオライトを付着させたのち、ラテックス手袋を着用した指でこすりこむラビング法でFAU型ゼオライトを多孔質支持体に付着させた。その後、120℃で30分以上乾燥して、FAU型ゼオライト付着多孔質支持体を得た。付着したFAU型ゼオライト量は6.6g/mであった。
[Example 4]
<Attachment of zeolite to porous support>
A 2% by mass dispersion of FAU zeolite was prepared using FAU zeolite synthesized in the same manner as in Example 1, except that the reaction time during synthesis of FAU zeolite for adhesion was changed to 3 days. The FAU zeolite was attached to the porous support by suction for 2 seconds, and then the FAU zeolite was attached to the porous support by rubbing with fingers wearing latex gloves. Thereafter, it was dried at 120° C. for 30 minutes or more to obtain a FAU type zeolite-adhered porous support. The amount of FAU type zeolite attached was 6.6 g/m 2 .

<水熱合成>
得られたFAU型ゼオライト付着多孔質支持体を用いて、反応温度を140℃とした以外は実施例2と同様にして、ゼオライト膜複合体を得た。
<Hydrothermal synthesis>
Using the obtained FAU type zeolite-attached porous support, a zeolite membrane composite was obtained in the same manner as in Example 2, except that the reaction temperature was 140°C.

<測定・評価>
このようにして得られたas-madeのゼオライト膜複合体の空気透過量は0L/(m・h)であり、緻密な膜を得られたことが示唆された。焼成後のゼオライト膜複合体の重量と多孔質支持体の重量の差から求めた、多孔質支持体上に結晶化したゼオライトの重量は84g/mであった。焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は200L/(m・h)であった。生成した膜のXRD測定をしたところAFX型ゼオライトが生成していることを確認した。AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークはほとんど確認されず、非常に純度の高いAFX型ゼオライト膜の形成が示唆された。AFX型ゼオライトに帰属されるピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=26.2[deg])のピーク強度をI、AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=23.1[deg])のピーク強度をIとした時、ピーク強度比I/Iが0.39であった。
XRD測定チャートを図6に示す。
<Measurement/Evaluation>
The air permeation rate of the as-made zeolite membrane composite thus obtained was 0 L/(m 2 ·h), suggesting that a dense membrane was obtained. The weight of the zeolite crystallized on the porous support, determined from the difference between the weight of the zeolite membrane composite after firing and the weight of the porous support, was 84 g/m 2 . The air permeation amount of the zeolite membrane composite after firing was 200 L/(m 2 ·h). When the produced membrane was subjected to XRD measurement, it was confirmed that AFX type zeolite was produced. Almost no peaks derived from AFX type zeolite or other crystal phases not assigned to the porous support were observed, suggesting the formation of an extremely pure AFX type zeolite membrane. The peak intensity of the highest peak (2θ = 26.2 [deg]) among the peaks attributed to AFX type zeolite is I 1 , which is derived from AFX type zeolite or other crystalline phases not attributed to the porous support. When the peak intensity of the peak with the highest intensity among the peaks (2θ=23.1 [deg]) was defined as I 2 , the peak intensity ratio I 2 /I 1 was 0.39.
An XRD measurement chart is shown in FIG.

このゼオライト膜複合体を用いて、試験温度を140℃、供給ガス圧を0.4MPa、透過ガス圧を大気圧として単成分ガス透過試験を実施したところ、COパーミエンスPCO2は8.99×10-7[mol・(m・s・Pa)-1]、CHガスパーミエンスPCH4は8.28×10-8[mol・(m・s・Pa)-1]、パーミエンス比PCO2/PCH4は10.9であった。ゼオライト膜全体におけるパーミエンス比PCO2/PCH4が、Knudsen拡散におけるパーミエンス比PCO2/PCH4に比べて大きいことから、ゼオライト細孔をCOが選択的に透過したことが判った。従って、このゼオライト膜がAFX型ゼオライト細孔の分子篩に由来するCO/CH分離能を有することが示唆された。 Using this zeolite membrane composite, a single component gas permeation test was conducted at a test temperature of 140°C, a supply gas pressure of 0.4 MPa, and a permeate gas pressure of atmospheric pressure, and the CO2 permeance PCO2 was 8.99× 10 -7 [mol・(m 2・s・Pa) −1 ], CH 4 gas permeance P CH4 is 8.28×10 −8 [mol・(m 2・s・Pa) −1 ], permeance ratio P CO2 /P CH4 was 10.9. Since the permeance ratio P CO2 /P CH4 in the entire zeolite membrane was larger than the permeance ratio P CO2 /P CH4 in Knudsen diffusion, it was found that CO 2 selectively permeated through the zeolite pores. Therefore, it was suggested that this zeolite membrane has CO 2 /CH 4 separation ability derived from the molecular sieve of AFX type zeolite pores.

本実施例でも、FAU型ゼオライトを付着させた多孔質支持体を用いてAl元素源を含む原料混合液中で水熱合成したことで、AFX型ゼオライトの純度が非常に高く、as-madeでの空気透過量が低く緻密なAFX型ゼオライト膜を多孔質支持体上に形成することができ、分子ふるい作用による分離効果の高いゼオライト膜複合体を得ることができた。 In this example as well, the AFX type zeolite has a very high purity because it was hydrothermally synthesized in a raw material mixture containing an Al element source using a porous support to which the FAU type zeolite was attached, and it is as-made. A dense AFX-type zeolite membrane with a low air permeation rate could be formed on a porous support, and a zeolite membrane composite with a high separation effect due to molecular sieving action could be obtained.

[実施例5]
<多孔質支持体へのゼオライトの付着>
特許第5585126号公報の実施例5と同様にして(ただし、水熱合成用原料混合液の組成は、1SiO/0.066Al/0.15NaOH/0.1KOH/0.04TMADAOH/100HO(モル比)とした)作成したアルミナ多孔質支持体-CHA型ゼオライト膜複合体(アルミナ多孔質支持体:外径12mm、内径9mm、ノリタケカンパニーリミテド社製)を40mmに切断したものに更に、以下のようにしてFAU型ゼオライトを付着させた。
付着用FAU型ゼオライト分散液としては、プロトン型FAU型ゼオライト(SAR=10、HST-35OHVA東ソー社製 以下「HY10」ということがある。)を水共存下でビーズミル処理し、D50=150μmまで粉砕した20質量%分散液を用いた。
多孔質支持体-CHA型ゼオライト膜複合体上に、浸漬・吸引時間を20秒とした以外は実施例4と同様にして、ビーズミルしたHY10の20質量%分散液に浸漬・吸引後ラビングし、同様に乾燥させ、FAU型ゼオライトを付着させた。
[Example 5]
<Attachment of zeolite to porous support>
In the same manner as Example 5 of Japanese Patent No. 5585126 (however, the composition of the raw material mixture for hydrothermal synthesis was 1SiO 2 /0.066Al 2 O 3 /0.15NaOH/0.1KOH/0.04TMADAOH/100H). 2 O (molar ratio)) prepared alumina porous support-CHA type zeolite membrane composite (alumina porous support: outer diameter 12 mm, inner diameter 9 mm, manufactured by Noritake Company Limited) was cut into 40 mm pieces. Furthermore, FAU type zeolite was attached as follows.
As the FAU type zeolite dispersion for adhesion, proton type FAU type zeolite (SAR=10, HST-35OHVA manufactured by Tosoh Corporation, hereinafter sometimes referred to as "HY10") is bead milled in the coexistence of water, and the dispersion is made up to D 50 = 150 μm. A pulverized 20% by mass dispersion was used.
A porous support-CHA type zeolite membrane composite was immersed in a 20% by mass dispersion of bead-milled HY10, then rubbed, in the same manner as in Example 4, except that the immersion and suction time was 20 seconds. It was similarly dried and FAU type zeolite was attached.

<水熱合成>
上記の通りFAU型ゼオライトを付着させたアルミナ多孔質支持体-CHA型ゼオライト膜複合体を水熱合成用原料混合液に浸漬して実施例2と同様に水熱合成を行い、ゼオライト膜複合体を得た。
<Hydrothermal synthesis>
As mentioned above, the alumina porous support-CHA type zeolite membrane composite to which FAU type zeolite was attached was immersed in the raw material mixture for hydrothermal synthesis, and hydrothermal synthesis was performed in the same manner as in Example 2. I got it.

<測定・評価>
このようにして得られたas-madeのゼオライト膜複合体の重量と多孔質支持体の重量の差から求めた、多孔質支持体上に結晶化したas-madeのゼオライトの重量は82g/mであった。生成した膜のXRD測定をしたところAFX型ゼオライトが生成していることを確認した。AFX型ゼオライトに帰属されるピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=17.5[deg])のピーク強度をI、AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=23.3[deg])のピーク強度をIとした時、ピーク強度比I/Iが0.44であり、比較的純度の高いAFX型ゼオライト膜が形成されたことが示唆された。
XRD測定チャートを図7に示す。
<Measurement/Evaluation>
The weight of the as-made zeolite crystallized on the porous support, determined from the difference between the weight of the as-made zeolite membrane composite thus obtained and the weight of the porous support, is 82 g/m It was 2 . When the produced membrane was subjected to XRD measurement, it was confirmed that AFX type zeolite was produced. The peak intensity of the highest peak (2θ = 17.5 [deg]) among the peaks attributed to AFX type zeolite is I 1 , which is derived from AFX type zeolite or other crystalline phases not attributed to the porous support. When the peak intensity of the highest intensity peak (2θ=23.3[deg]) is I2 , the peak intensity ratio I2 / I1 is 0.44, indicating that the AFX type has relatively high purity. It was suggested that a zeolite film was formed.
An XRD measurement chart is shown in FIG.

本実施例では、FAU型ゼオライトとCHA型ゼオライトを付着させた多孔質支持体を用いてAl元素源を含む原料混合液中で水熱合成したことで、AFX型ゼオライト膜の純度が比較的高いAFX型ゼオライト膜を多孔質支持体上に形成することができた。 In this example, hydrothermal synthesis was performed in a raw material mixture containing an Al element source using a porous support to which FAU type zeolite and CHA type zeolite were attached, resulting in a relatively high purity AFX type zeolite membrane. An AFX type zeolite membrane could be formed on a porous support.

[実施例6]
<多孔質支持体へのゼオライトの付着>
プロトン型FAU型ゼオライト(SAR=200、東ソー社製HSZ-390HUA)の1質量%水分散液を付着用FAU型ゼオライト分散液として用い、実施例4と同様に3秒間吸引後ラビングすることでアルミナ支持体上にFAU型ゼオライトを付着させた。FAU型ゼオライトの付着量は6.5g/mであった。
[Example 6]
<Attachment of zeolite to porous support>
A 1% by mass aqueous dispersion of proton type FAU type zeolite (SAR=200, Tosoh Corporation HSZ-390HUA) was used as the FAU type zeolite dispersion for adhesion, and alumina was removed by suctioning for 3 seconds and rubbing in the same manner as in Example 4. FAU type zeolite was deposited on the support. The amount of FAU type zeolite deposited was 6.5 g/m 2 .

<水熱合成>
水熱合成用原料混合液として、アルミン酸ナトリウム水溶液(NaO 18.9質量%、Al 20.13質量%、浅田化学工業社製)0.72gに、予め混合した水ガラス3号(キシダ化学社製)10.90gと水8.74gを撹拌しながら加え、更にDABCO(17.29質量%水溶液 セイケム社製)9.45gを加え、室温で1時間撹拌して得たものを用い、合成時間を24時間とした以外は実施例2と同様に多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を製造した。用いた水熱合成用原料混合液の組成は1SiO/0.033Al/0.70NaOH/0.10DABCO/25HO(モル比)であった。
<Hydrothermal synthesis>
As a raw material mixture for hydrothermal synthesis, water glass 3 was mixed in advance with 0.72 g of a sodium aluminate aqueous solution (Na 2 O 18.9 mass %, Al 2 O 3 20.13 mass %, manufactured by Asada Chemical Industry Co., Ltd.). 10.90 g (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and 8.74 g of water were added with stirring, and further 9.45 g of DABCO (17.29% by mass aqueous solution, manufactured by Seichem Co., Ltd.) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. A porous support-zeolite membrane composite was produced in the same manner as in Example 2, except that the synthesis time was 24 hours. The composition of the raw material mixture for hydrothermal synthesis used was 1SiO 2 /0.033Al 2 O 3 /0.70NaOH/0.10DABCO/25H 2 O (molar ratio).

<測定・評価>
このようにして得られたas-madeのゼオライト膜複合体の重量と多孔質支持体の重量の差から求めた、多孔質支持体上に結晶化したas-madeのゼオライトの重量は70g/mであった。生成した膜のXRD測定をしたところAFX型ゼオライトが生成していることを確認した。AFX型ゼオライトに帰属されるピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=21.9[deg])のピーク強度をI、AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=22.8[deg])のピーク強度をIとした時、ピーク強度比I/Iが0.40であり、比較的純度の高いAFX型ゼオライト膜が形成されていることが示唆された。
XRD測定チャートを図8に示す。
<Measurement/Evaluation>
The weight of the as-made zeolite crystallized on the porous support, determined from the difference between the weight of the as-made zeolite membrane composite thus obtained and the weight of the porous support, is 70 g/m It was 2 . When the produced membrane was subjected to XRD measurement, it was confirmed that AFX type zeolite was produced. The peak intensity of the highest peak (2θ = 21.9 [deg]) among the peaks attributed to AFX type zeolite is I 1 , which is derived from AFX type zeolite or other crystalline phases not attributed to the porous support. When the peak intensity of the highest intensity peak (2θ = 22.8 [deg]) is I 2 , the peak intensity ratio I 2 /I 1 is 0.40, indicating that the AFX type has relatively high purity. It was suggested that a zeolite film was formed.
An XRD measurement chart is shown in FIG.

本実施例でも、FAU型ゼオライトを付着させた多孔質支持体を用いてAl元素源を含む原料混合液中で水熱合成したことで、AFX型ゼオライト膜の純度が比較的高いAFX型ゼオライト膜を多孔質支持体上に形成することができた。 In this example, an AFX zeolite membrane with relatively high purity was obtained by performing hydrothermal synthesis in a raw material mixture containing an Al element source using a porous support to which FAU zeolite was attached. could be formed on a porous support.

[実施例7]
<多孔質支持体へのゼオライトの付着・水熱合成>
付着用ゼオライトとしてSiO/Al比=500仕込みで合成したCHA型ゼオライトを用いた以外は実施例6と同様にして多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を製造した。CHA型ゼオライトの付着量は4.3g/mであった。
[Example 7]
<Attachment of zeolite to porous support and hydrothermal synthesis>
A porous support-zeolite membrane composite was produced in the same manner as in Example 6, except that a CHA type zeolite synthesized with a SiO 2 /Al 2 O 3 ratio of 500 was used as the adhesion zeolite. The amount of CHA type zeolite deposited was 4.3 g/m 2 .

<測定・評価>
このようにして得られたas-madeのゼオライト膜複合体の空気透過量は240L/(m・h)であり、比較的緻密な膜を得られたことが示唆された。焼成後のゼオライト膜複合体の重量と多孔質支持体の重量の差から求めた、多孔質支持体上に結晶化したゼオライトの重量は110g/mであった。焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は6600L/(m・h)であった。生成した膜のXRD測定をしたところAFX型ゼオライトが生成していることを確認した。AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークはほとんど確認されず、非常に純度の高いAFX型ゼオライト膜の形成が示唆された。AFX型ゼオライトに帰属されるピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=21.7[deg])のピーク強度をI、AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=7.3[deg])のピーク強度をIとした時、ピーク強度比I/Iが0.17であった。
XRD測定チャートを図9に示す。
<Measurement/Evaluation>
The air permeation rate of the as-made zeolite membrane composite thus obtained was 240 L/(m 2 ·h), suggesting that a relatively dense membrane was obtained. The weight of the zeolite crystallized on the porous support, determined from the difference between the weight of the zeolite membrane composite after firing and the weight of the porous support, was 110 g/m 2 . The air permeation amount of the zeolite membrane composite after firing was 6600 L/(m 2 ·h). When the produced membrane was subjected to XRD measurement, it was confirmed that AFX type zeolite was produced. Almost no peaks derived from AFX type zeolite or other crystal phases not assigned to the porous support were observed, suggesting the formation of an extremely pure AFX type zeolite membrane. The peak intensity of the highest peak (2θ = 21.7 [deg]) among the peaks attributed to AFX type zeolite is I 1 , which is derived from AFX type zeolite or other crystalline phases not attributed to the porous support. When the peak intensity of the peak with the highest intensity among the peaks (2θ=7.3 [deg]) was defined as I 2 , the peak intensity ratio I 2 /I 1 was 0.17.
An XRD measurement chart is shown in FIG.

本実施例でも、CHA型ゼオライトを付着させた多孔質支持体を用いてAl元素源を含む原料混合液中で水熱合成したことで、AFX型ゼオライトの純度が比較的高く、as-madeでの空気透過量が比較的低く緻密なAFX型ゼオライト膜を多孔質支持体上に形成することができた。 In this example as well, the AFX type zeolite had relatively high purity and was as-made because it was hydrothermally synthesized in a raw material mixture containing an Al element source using a porous support to which CHA type zeolite was attached. It was possible to form a dense AFX type zeolite membrane on a porous support with a relatively low amount of air permeation.

[比較例2]
<多孔質支持体へのゼオライトの付着>
実施例3と同様にアルミナ多孔質支持体-FAU型ゼオライト(Y型ゼオライト)膜複合体を合成した。
[Comparative example 2]
<Attachment of zeolite to porous support>
In the same manner as in Example 3, an alumina porous support-FAU type zeolite (Y type zeolite) membrane composite was synthesized.

<水熱合成>
水熱合成用原料混合液として、1mol/lのNaOH水溶液(キシダ化学社製)6.60gに、予め混合した水ガラス3号(キシダ化学社製)10.36gと水2.14gを加え、更にDABCO(17.29質量%水溶液 セイケム社製)8.98gを加え、室温で1時間撹拌して得たものを用いた以外は、実施例7と同様に多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を製造した。用いた水熱合成用原料混合液の組成は1SiO/0Al/0.767NaOH/0.10DABCO/25HO(モル比)であった。
<Hydrothermal synthesis>
As a raw material mixture for hydrothermal synthesis, 10.36 g of pre-mixed water glass No. 3 (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and 2.14 g of water were added to 6.60 g of a 1 mol/l NaOH aqueous solution (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.). A porous support-zeolite membrane composite was prepared in the same manner as in Example 7, except that 8.98 g of DABCO (17.29% by mass aqueous solution manufactured by Seichem) was added and stirred at room temperature for 1 hour. was manufactured. The composition of the raw material mixture for hydrothermal synthesis used was 1SiO 2 /0Al 2 O 3 /0.767NaOH/0.10DABCO/25H 2 O (molar ratio).

<測定・評価>
このようにして得られたas-madeのゼオライト膜複合体の空気透過量は250L/(m・h)と高い値であった。焼成後のゼオライト膜複合体の重量と多孔質支持体の重量の差から求めた、多孔質支持体上に結晶化したゼオライトの重量は93g/mであった。焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は2800L/(m・h)であった。生成した膜のXRD測定をしたところAFX型ゼオライトが生成していることを確認した。AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークはほとんど確認されず、非常に純度の高いAFX型ゼオライト膜の形成が示唆された。AFX型ゼオライトに帰属されるピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=21.8[deg])のピーク強度をI、AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=32.3[deg])のピーク強度をIとした時、ピーク強度比I/Iが0.18であった。
XRD測定チャートを図10に示す。
<Measurement/Evaluation>
The air permeation rate of the as-made zeolite membrane composite thus obtained was as high as 250 L/(m 2 ·h). The weight of the zeolite crystallized on the porous support, determined from the difference between the weight of the zeolite membrane composite after firing and the weight of the porous support, was 93 g/m 2 . The air permeation amount of the zeolite membrane composite after firing was 2800 L/(m 2 ·h). When the produced membrane was subjected to XRD measurement, it was confirmed that AFX type zeolite was produced. Almost no peaks derived from AFX type zeolite or other crystal phases not assigned to the porous support were observed, suggesting the formation of an extremely pure AFX type zeolite membrane. The peak intensity of the highest peak (2θ = 21.8 [deg]) among the peaks attributed to AFX type zeolite is I 1 , which is derived from AFX type zeolite or other crystalline phases not attributed to the porous support. When the peak intensity of the peak with the highest intensity among the peaks (2θ=32.3 [deg]) was defined as I 2 , the peak intensity ratio I 2 /I 1 was 0.18.
An XRD measurement chart is shown in FIG.

本比較例では、FAU型ゼオライトを付着させた多孔質支持体を用いたが、水熱合成用原料混合液中にAl元素源を含まないため、多孔質支持体上にAFX型ゼオライト膜を合成することはできたが、as-madeでの空気透過量が高く、AFX型ゼオライト膜は緻密ではないことが分かる。 In this comparative example, a porous support to which FAU type zeolite was attached was used, but since the raw material mixture for hydrothermal synthesis does not contain an Al element source, an AFX type zeolite membrane was synthesized on the porous support. However, it can be seen that the amount of air permeation is high in as-made, and the AFX type zeolite membrane is not dense.

[実施例8]
<多孔質支持体へのゼオライトの付着>
比較例2と同様にアルミナ多孔質支持体-FAU型ゼオライト(Y型ゼオライト)膜複合体を合成した。
[Example 8]
<Attachment of zeolite to porous support>
In the same manner as in Comparative Example 2, an alumina porous support-FAU type zeolite (Y type zeolite) membrane composite was synthesized.

<水熱合成>
水熱合成用原料混合液として、アルミン酸ナトリウム水溶液(NaO 18.9質量%、Al 20.13質量%、浅田化学工業社製)0.27gに、予め混合した水ガラス3号(キシダ化学社製)10.91gと水3.71gと1mol/l NaOH水溶液(キシダ化学社製)5.32gを撹拌しながら加え、更にDABCO(17.29質量%水溶液 セイケム社製)9.45gを加え、室温で1時間撹拌して得たものを用いた以外は比較例2と同様に多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を製造した。用いた水熱合成用原料混合液の組成は1SiO/0.01Al/0.767NaOH/0.10DABCO/25HO(モル比)であった。
<Hydrothermal synthesis>
As a raw material mixture for hydrothermal synthesis, water glass 3 was mixed in advance with 0.27 g of a sodium aluminate aqueous solution (Na 2 O 18.9 mass %, Al 2 O 3 20.13 mass %, manufactured by Asada Chemical Industry Co., Ltd.). No. (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) 10.91 g, water 3.71 g, and 1 mol/l NaOH aqueous solution (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) 5.32 g were added while stirring, and then DABCO (17.29% by mass aqueous solution, manufactured by Seichem Co., Ltd.) 9 A porous support-zeolite membrane composite was produced in the same manner as in Comparative Example 2, except that the material obtained by adding .45 g of the porous support and stirring at room temperature for 1 hour was used. The composition of the raw material mixture for hydrothermal synthesis used was 1SiO 2 /0.01Al 2 O 3 /0.767NaOH/0.10DABCO/25H 2 O (molar ratio).

<測定・評価>
このようにして得られたas-madeのゼオライト膜複合体の空気透過量は56L/(m・h)であった。本実施例では、原料混合液にAl元素源を添加したこと以外は比較例2と同様にゼオライト膜を製造していることから、原料混合液にAl元素源を添加した効果により、比較例2に比べてas-madeでの空気透過量が低減され、より緻密な膜が得られたことが示唆された。焼成後のゼオライト膜複合体の重量と多孔質支持体の重量の差から求めた、多孔質支持体上に結晶化したゼオライトの重量は130g/mであった。焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は2600L/(m・h)であった。生成した膜のXRD測定をしたところAFX型ゼオライトが生成していることを確認した。AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークはほとんど確認されず、非常に純度の高いAFX型ゼオライト膜の形成が示唆された。AFX型ゼオライトに帰属されるピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=21.8[deg])のピーク強度をI、AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=6.2[deg])のピーク強度をIとした時、ピーク強度比I/Iが0.30であった。
XRD測定チャートを図11に示す。
<Measurement/Evaluation>
The air permeation rate of the as-made zeolite membrane composite thus obtained was 56 L/(m 2 ·h). In this example, since the zeolite membrane was manufactured in the same manner as in Comparative Example 2 except that an Al element source was added to the raw material mixture, the effect of adding the Al element source to the raw material mixture was the same as in Comparative Example 2. It was suggested that the amount of air permeation in as-made was reduced compared to that in the case of as-made, and a denser membrane was obtained. The weight of the zeolite crystallized on the porous support, determined from the difference between the weight of the zeolite membrane composite after firing and the weight of the porous support, was 130 g/m 2 . The air permeation amount of the zeolite membrane composite after firing was 2600 L/(m 2 ·h). When the produced membrane was subjected to XRD measurement, it was confirmed that AFX type zeolite was produced. Almost no peaks derived from AFX type zeolite or other crystal phases not assigned to the porous support were observed, suggesting the formation of an extremely pure AFX type zeolite membrane. The peak intensity of the highest peak (2θ = 21.8 [deg]) among the peaks attributed to AFX type zeolite is I 1 , which is derived from AFX type zeolite or other crystalline phases not attributed to the porous support. When the peak intensity of the peak with the highest intensity among the peaks (2θ=6.2 [deg]) was defined as I 2 , the peak intensity ratio I 2 /I 1 was 0.30.
An XRD measurement chart is shown in FIG.

本実施例でも、FAU型ゼオライトを付着させた多孔質支持体を用いてAl元素源を含む原料混合液中で水熱合成したことで、AFX型ゼオライトの純度が比較的高く、Al元素源を含まない原料混合液中で水熱合成した場合に比べて明らかにas-madeでの空気透過量が低く緻密なAFX型ゼオライト膜を多孔質支持体上に形成することができた。 In this example as well, hydrothermal synthesis was performed in a raw material mixture containing an Al element source using a porous support to which FAU type zeolite was attached, so that the purity of AFX type zeolite was relatively high and the Al element source was It was possible to form a dense AFX-type zeolite membrane on a porous support with clearly lower air permeation in as-made than when hydrothermal synthesis was carried out in a raw material mixture containing no zeolite.

[実施例9]
<多孔質支持体へのゼオライトの付着・水熱合成>
実施例5で付着用FAU型ゼオライト分散液として用いたものと同様の、ビーズミルで粉砕したHY10の20質量%分散液0.016gを、水熱合成用原料混合液に添加したほかは、実施例8と同様にアルミナ多孔質支持体-FAU型ゼオライト(Y型ゼオライト)膜複合体を水熱合成用原料混合液に浸漬してゼオライト膜複合体を合成した。
[Example 9]
<Attachment of zeolite to porous support and hydrothermal synthesis>
Example 1 except that 0.016 g of a 20% by mass dispersion of HY10 ground with a bead mill, similar to that used as the FAU type zeolite dispersion for adhesion in Example 5, was added to the raw material mixture for hydrothermal synthesis. Similarly to 8, a zeolite membrane composite was synthesized by immersing the alumina porous support-FAU type zeolite (Y type zeolite) membrane composite in the raw material mixture for hydrothermal synthesis.

<測定・評価>
このようにして得られたas-madeのゼオライト膜複合体の空気透過量は0L/(m・h)であり、緻密な膜を得られたことが示唆された。焼成後のゼオライト膜複合体の重量と多孔質支持体の重量の差から求めた、多孔質支持体上に結晶化したゼオライトの重量は164g/mであった。焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は94L/(m・h)であった。生成した膜のXRD測定をしたところAFX型ゼオライトが生成していることを確認した。AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークはほとんど確認されず、非常に純度の高いAFX型ゼオライト膜の形成が示唆された。AFX型ゼオライトに帰属されるピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=21.8[deg])のピーク強度をI、AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=41.7[deg])のピーク強度をIとした時、ピーク強度比I/Iが0.30であった。
XRD測定チャートを図12に示す。
<Measurement/Evaluation>
The air permeation rate of the as-made zeolite membrane composite thus obtained was 0 L/(m 2 ·h), suggesting that a dense membrane was obtained. The weight of the zeolite crystallized on the porous support, determined from the difference between the weight of the zeolite membrane composite after firing and the weight of the porous support, was 164 g/m 2 . The air permeation amount of the zeolite membrane composite after firing was 94 L/(m 2 ·h). When the produced membrane was subjected to XRD measurement, it was confirmed that AFX type zeolite was produced. Almost no peaks derived from AFX type zeolite or other crystal phases not assigned to the porous support were observed, suggesting the formation of an extremely pure AFX type zeolite membrane. The peak intensity of the highest peak (2θ = 21.8 [deg]) among the peaks attributed to AFX type zeolite is I 1 , which is derived from AFX type zeolite or other crystalline phases not attributed to the porous support. When the peak intensity of the peak with the highest intensity among the peaks (2θ=41.7 [deg]) was defined as I 2 , the peak intensity ratio I 2 /I 1 was 0.30.
An XRD measurement chart is shown in FIG.

このゼオライト膜複合体を用いて、試験温度を140℃、供給ガス圧を0.4MPa、透過ガス圧を大気圧として単成分ガス透過試験を実施したところ、COパーミエンス(PCO2)は9.25×10-8[mol・(m・s・Pa)-1]、CHガスパーミエンスPCH4は1.50×10-8[mol・(m・s・Pa)-1]、パーミエンス比PCO2/PCH4は6.2であった。
ゼオライト膜全体におけるパーミエンス比PCO2/PCH4が、Knudsen拡散におけるパーミエンス比PCO2/PCH4に比べて大きいことから、ゼオライト細孔をCOが選択的に透過したことが判った。従って、このゼオライト膜がAFX型ゼオライト細孔の分子篩に由来するCO/CH分離能を有することが示唆された。
Using this zeolite membrane composite, a single component gas permeation test was conducted at a test temperature of 140°C, a supply gas pressure of 0.4 MPa, and a permeate gas pressure of atmospheric pressure, and the CO 2 permeance (P CO2 ) was 9. 25×10 −8 [mol・(m 2・s・Pa) −1 ], CH4 gas permeance P CH4 is 1.50×10 −8 [mol・(m 2・s・Pa) −1 ], The permeance ratio P CO2 /P CH4 was 6.2.
Since the permeance ratio P CO2 /P CH4 in the entire zeolite membrane was larger than the permeance ratio P CO2 /P CH4 in Knudsen diffusion, it was found that CO 2 selectively permeated through the zeolite pores. Therefore, it was suggested that this zeolite membrane has CO 2 /CH 4 separation ability derived from the molecular sieve of AFX type zeolite pores.

本実施例でも、FAU型ゼオライトを付着させた多孔質支持体を用いてAl元素源を含む原料混合液中で水熱合成したことで、AFX型ゼオライトの純度が非常に高く、as-madeでの空気透過量が低く緻密なAFX型ゼオライト膜を多孔質支持体上に形成することができ、分子ふるい作用による分離効果の高いゼオライト膜複合体を得ることができた。 In this example as well, the AFX type zeolite has a very high purity because it was hydrothermally synthesized in a raw material mixture containing an Al element source using a porous support to which the FAU type zeolite was attached, and it was as-made. A dense AFX-type zeolite membrane with a low air permeation rate could be formed on a porous support, and a zeolite membrane composite with a high separation effect due to molecular sieving action could be obtained.

[実施例10]
<多孔質支持体へのゼオライトの付着・水熱合成>
実施例6で付着用FAU型ゼオライトとして用いたものと同様のプロトン型FAU型ゼオライト(SAR=200、東ソー社製HSZ-390HUA)の粉末0.015gを、水熱合成用原料混合液に添加したほかは、実施例8と同様にアルミナ多孔質支持体-FAU型ゼオライト(Y型ゼオライト)膜複合体を水熱合成用原料混合液に浸漬してゼオライト膜複合体を合成した。
[Example 10]
<Attachment of zeolite to porous support and hydrothermal synthesis>
0.015 g of powder of proton type FAU type zeolite (SAR = 200, Tosoh Corporation HSZ-390HUA) similar to that used as the FAU type zeolite for adhesion in Example 6 was added to the raw material mixture for hydrothermal synthesis. Otherwise, a zeolite membrane composite was synthesized in the same manner as in Example 8 by immersing the alumina porous support-FAU type zeolite (Y type zeolite) membrane composite in the raw material mixture for hydrothermal synthesis.

<測定・評価>
このようにして得られたas-madeのゼオライト膜複合体の空気透過量は0L/(m・h)であり、緻密な膜を得られたことが示唆された。焼成後のゼオライト膜複合体の重量と多孔質支持体の重量の差から求めた、多孔質支持体上に結晶化したゼオライトの重量は142g/mであった。焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は167L/(m・h)であった。生成した膜のXRD測定をしたところAFX型ゼオライトが生成していることを確認した。AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークはほとんど確認されず、非常に純度の高いAFX型ゼオライト膜の形成が示唆された。AFX型ゼオライトに帰属されるピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=21.8[deg])のピーク強度をI、AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=18.8[deg])のピーク強度をIとした時、ピーク強度比I/Iが0.34であった。
XRD測定チャートを図13に示す。
<Measurement/Evaluation>
The air permeation rate of the as-made zeolite membrane composite thus obtained was 0 L/(m 2 ·h), suggesting that a dense membrane was obtained. The weight of the zeolite crystallized on the porous support, determined from the difference between the weight of the zeolite membrane composite after firing and the weight of the porous support, was 142 g/m 2 . The air permeation amount of the zeolite membrane composite after firing was 167 L/(m 2 ·h). When the produced membrane was subjected to XRD measurement, it was confirmed that AFX type zeolite was produced. Almost no peaks derived from AFX type zeolite or other crystal phases not assigned to the porous support were observed, suggesting the formation of an extremely pure AFX type zeolite membrane. The peak intensity of the highest peak (2θ = 21.8 [deg]) among the peaks attributed to AFX type zeolite is I 1 , which is derived from AFX type zeolite or other crystalline phases not attributed to the porous support. When the peak intensity of the peak with the highest intensity among the peaks (2θ=18.8 [deg]) was defined as I 2 , the peak intensity ratio I 2 /I 1 was 0.34.
An XRD measurement chart is shown in FIG.

このゼオライト膜複合体を用いて、試験温度を140℃、供給ガス圧を0.4MPa、透過ガス圧を大気圧として単成分ガス透過試験を実施したところ、COパーミエンス(PCO2)は1.94×10-7[mol・(m・s・Pa)-1]、CHガスパーミエンスPCH4は1.50×10-8[mol・(m・s・Pa)-1]、パーミエンス比PCO2/PCH4は6.2であった。
ゼオライト膜全体におけるパーミエンス比PCO2/PCH4が、Knudsen拡散におけるパーミエンス比PCO2/PCH4に比べて大きいことから、ゼオライト細孔をCOが選択的に透過したことが判った。従って、このゼオライト膜がAFX型ゼオライト細孔の分子篩に由来するCO/CH分離能を有することが示唆された。
Using this zeolite membrane composite, a single component gas permeation test was carried out at a test temperature of 140°C, a supply gas pressure of 0.4 MPa, and a permeate gas pressure of atmospheric pressure, and the CO 2 permeance (P CO2 ) was 1. 94×10 −7 [mol・(m 2・s・Pa) −1 ], CH4 gas permeance P CH4 is 1.50×10 −8 [mol・(m 2・s・Pa) −1 ], The permeance ratio P CO2 /P CH4 was 6.2.
Since the permeance ratio P CO2 /P CH4 in the entire zeolite membrane was larger than the permeance ratio P CO2 /P CH4 in Knudsen diffusion, it was found that CO 2 selectively permeated through the zeolite pores. Therefore, it was suggested that this zeolite membrane has CO 2 /CH 4 separation ability derived from the molecular sieve of AFX type zeolite pores.

本実施例でも、FAU型ゼオライトを付着させた多孔質支持体を用いてAl元素源を含む原料混合液中で水熱合成したことで、AFX型ゼオライトの純度が比較的高く、as-madeでの空気透過量が低く緻密なAFX型ゼオライト膜を多孔質支持体上に形成することができ、分子ふるい作用による分離効果の高いゼオライト膜複合体を得ることができた。 In this example as well, the AFX type zeolite has a relatively high purity because it was hydrothermally synthesized in a raw material mixture containing an Al element source using a porous support to which FAU type zeolite was attached, and it was as-made. A dense AFX-type zeolite membrane with a low air permeation rate could be formed on a porous support, and a zeolite membrane composite with a high separation effect due to molecular sieving action could be obtained.

[実施例11]
<多孔質支持体へのゼオライトの付着・水熱合成>
水熱合成用原料混合液の組成を変更した以外は、実施例3と同様に、アルミナ多孔質支持体-FAU型ゼオライト(Y型ゼオライト)膜複合体を合成した。水熱合成用原料混合液は、実施例3と同様に得た後、更にDABCO(19.8質量%水溶液 セイケム社製)を加えて1分間撹拌し、水熱合成用原料混合液の組成を1SiO/0.1Al/2.8NaOH/84HO/0.1DABCO(モル比)として用いた。実施例5で付着用FAU型ゼオライト分散液として用いたものと同様の、ビーズミルで粉砕したHY10の20質量%分散液1.24gを水熱合成用原料混合液に添加したほかは、実施例8と同様にして、前記の方法で得たアルミナ多孔質支持体-FAU型ゼオライト(Y型ゼオライト)膜複合体を水熱合成用原料混合液に浸漬してゼオライト膜複合体を合成した。
[Example 11]
<Attachment of zeolite to porous support and hydrothermal synthesis>
An alumina porous support-FAU type zeolite (Y type zeolite) membrane composite was synthesized in the same manner as in Example 3, except that the composition of the raw material mixture for hydrothermal synthesis was changed. A raw material mixture for hydrothermal synthesis was obtained in the same manner as in Example 3, and then DABCO (19.8% by mass aqueous solution, manufactured by Seichem) was added and stirred for 1 minute to determine the composition of the raw material mixture for hydrothermal synthesis. It was used as 1SiO2 / 0.1Al2O3 / 2.8NaOH / 84H2O/0.1DABCO (molar ratio). Example 8 except that 1.24 g of a 20% by mass dispersion of HY10 ground with a bead mill, similar to that used as the FAU type zeolite dispersion for adhesion in Example 5, was added to the raw material mixture for hydrothermal synthesis. In the same manner as above, the alumina porous support-FAU type zeolite (Y type zeolite) membrane composite obtained by the above method was immersed in a raw material mixture for hydrothermal synthesis to synthesize a zeolite membrane composite.

<測定・評価>
このようにして得られたas-madeのゼオライト膜複合体の空気透過量は80L/(m・h)であり、比較的緻密な膜を得られたことが示唆された。焼成後のゼオライト膜複合体の重量と多孔質支持体の重量の差から求めた、多孔質支持体上に結晶化したゼオライトの重量は136g/mであった。焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は589L/(m・h)であった。生成した膜のXRD測定をしたところAFX型ゼオライトが生成していることを確認した。AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークはほとんど確認されず、非常に純度の高いAFX型ゼオライト膜の形成が示唆された。AFX型ゼオライトに帰属されるピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=21.9[deg])のピーク強度をI、AFX型ゼオライトまたは多孔質支持体に帰属されない他の結晶相に由来するピークのうち最も強度の高いピーク(2θ=7.1[deg])のピーク強度をIとした時、ピーク強度比I/Iが0.30であった。
XRD測定チャートを図14に示す。
<Measurement/Evaluation>
The air permeation rate of the as-made zeolite membrane composite thus obtained was 80 L/(m 2 ·h), suggesting that a relatively dense membrane was obtained. The weight of the zeolite crystallized on the porous support, determined from the difference between the weight of the zeolite membrane composite after firing and the weight of the porous support, was 136 g/m 2 . The air permeation amount of the zeolite membrane composite after firing was 589 L/(m 2 ·h). When the produced membrane was subjected to XRD measurement, it was confirmed that AFX type zeolite was produced. Almost no peaks derived from AFX type zeolite or other crystal phases not assigned to the porous support were observed, suggesting the formation of an extremely pure AFX type zeolite membrane. The peak intensity of the highest peak (2θ = 21.9 [deg]) among the peaks attributed to AFX type zeolite is I 1 , which is derived from AFX type zeolite or other crystalline phases not attributed to the porous support. When the peak intensity of the peak with the highest intensity among the peaks (2θ=7.1 [deg]) was defined as I 2 , the peak intensity ratio I 2 /I 1 was 0.30.
An XRD measurement chart is shown in FIG.

このゼオライト膜複合体を用いて、試験温度を50℃、供給ガス圧を0.4MPa、透過ガス圧を大気圧、供給ガス線速を40cm/sとして、2成分混合ガス透過試験を実施したところ、供給ガス組成CO/CH=50/50の時、COパーミエンス(PCO2)は3.65×10-7[mol・(m・s・Pa)-1]、CHガスパーミエンスPCH4は2.95×10-8[mol・(m・s・Pa)-1]、パーミエンス比PCO2/PCH4は12.4であった。また、供給ガス組成CO/N=50/50の時、COパーミエンス(PCO2)は3.36×10-7[mol・(m・s・Pa)-1]、NガスパーミエンスPN2は3.62×10-8[mol・(m・s・Pa)-1]、パーミエンス比PCO2/PN2は9.29であった。
ゼオライト膜全体におけるパーミエンス比PCO2/PCH4が、Knudsen拡散におけるパーミエンス比PCO2/PCH4に比べて大きいことから、ゼオライト細孔をCOが選択的に透過したことが判った。従って、このゼオライト膜がAFX型ゼオライト細孔の分子篩に由来するCO/CH分離能を有することが示唆された。
また、N分子はAFX型ゼオライトの細孔径より大きいため、すべてゼオライト細孔ではなくゼオライト粒界を拡散して、膜を透過すると予想される。ゼオライト膜中の粒界におけるCOおよびNの拡散がKnudsen拡散であると仮定すると、欠陥におけるパーミエンス比PCO2/PN2は、以下の式から0.798と算出できる。
CO2/PCH4=(MWN2×T)0.5/(MWCO2×T)0.5
(MWCO2およびMWN2はそれぞれCOおよびNの分子量、Tは試験温度[K])
ゼオライト膜全体におけるパーミエンス比PCO2/PN2が、Knudsen拡散におけるパーミエンス比PCO2/PN2に比べて大きいことから、ゼオライト細孔をCOが選択的に透過したことが判った。従って、このゼオライト膜がAFX型ゼオライト細孔の分子篩に由来するCO/N分離能を有することが示唆された。
Using this zeolite membrane composite, a two-component mixed gas permeation test was conducted at a test temperature of 50°C, a supply gas pressure of 0.4 MPa, a permeation gas pressure of atmospheric pressure, and a supply gas linear velocity of 40 cm/s. , when the supply gas composition CO 2 /CH 4 =50/50, the CO 2 permeance (P CO2 ) is 3.65×10 −7 [mol・(m 2・s・Pa) −1 ], and the CH 4 gas permeance The ence P CH4 was 2.95×10 −8 [mol·(m 2 ·s·Pa) −1 ], and the permeance ratio P CO2 /P CH4 was 12.4. Furthermore, when the supply gas composition CO 2 /N 2 = 50/50, the CO 2 permeance (P CO2 ) is 3.36×10 −7 [mol・(m 2・s・Pa) −1 ], and the N 2 gas The permeance P N2 was 3.62×10 −8 [mol·(m 2 ·s·Pa) −1 ], and the permeance ratio P CO2 /P N2 was 9.29.
Since the permeance ratio P CO2 /P CH4 in the entire zeolite membrane was larger than the permeance ratio P CO2 /P CH4 in Knudsen diffusion, it was found that CO 2 selectively permeated through the zeolite pores. Therefore, it was suggested that this zeolite membrane has CO 2 /CH 4 separation ability derived from the molecular sieve of AFX type zeolite pores.
Furthermore, since the pore diameter of N 2 molecules is larger than that of AFX type zeolite, it is expected that all of the N 2 molecules will diffuse through the zeolite grain boundaries rather than through the zeolite pores and pass through the membrane. Assuming that the diffusion of CO 2 and N 2 at the grain boundaries in the zeolite film is Knudsen diffusion, the permeance ratio P CO2 /P N2 at the defect can be calculated as 0.798 from the following formula.
P CO2 /P CH4 = (MW N2 ×T) 0.5 / (MW CO2 ×T) 0.5
(MW CO2 and MW N2 are the molecular weights of CO2 and N2 , respectively, T is the test temperature [K])
Since the permeance ratio P CO2 /P N2 in the entire zeolite membrane was larger than the permeance ratio P CO2 /P N2 in Knudsen diffusion, it was found that CO 2 selectively permeated through the zeolite pores. Therefore, it was suggested that this zeolite membrane has CO 2 /N 2 separation ability derived from the molecular sieve of AFX type zeolite pores.

本実施例でも、FAU型ゼオライトを付着させた多孔質支持体を用いてAl元素源を含む原料混合液中で水熱合成したことで、AFX型ゼオライトの純度が比較的高く、as-madeでの空気透過量が比較的低く緻密なAFX型ゼオライト膜を多孔質支持体上に形成することができ、分子ふるい作用による分離効果の高いゼオライト膜複合体を得ることができた。 In this example as well, AFX type zeolite has relatively high purity and is as-made because it was hydrothermally synthesized in a raw material mixture containing an Al element source using a porous support to which FAU type zeolite was attached. A dense AFX-type zeolite membrane with a relatively low air permeation rate could be formed on a porous support, and a zeolite membrane composite with a high separation effect due to molecular sieving action could be obtained.

以上より、本発明の方法により得られた多孔質支持体-AFX型ゼオライト膜複合体は、窒素などの小さい分子に対しても分子ふるい作用による分離効果を示すことが分かった。これは、AFX型ゼオライト膜を形成しているAFX型ゼオライトの純度が高く、膜が緻密で、ガス分子がAFX型ゼオライトの細孔内を透過していることに起因すると考えられる。 From the above, it was found that the porous support-AFX type zeolite membrane composite obtained by the method of the present invention exhibits a separation effect even for small molecules such as nitrogen due to the molecular sieving action. This is considered to be due to the fact that the AFX type zeolite forming the AFX type zeolite membrane has high purity, the membrane is dense, and gas molecules permeate through the pores of the AFX type zeolite.

1 多孔質支持体-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 試料混合物
8 透過成分
9 スイープ流体
10 濃縮成分
11 配管
12 配管
1 Porous support-zeolite membrane composite 2 Pressure-resistant container 3 End pin 4 Connection part 5 Pressure gauge 6 Back pressure valve 7 Sample mixture 8 Permeated component 9 Sweep fluid 10 Concentrated component 11 Piping 12 Piping

Claims (3)

多孔質支持体上にAFX型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、
FAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトを多孔質支持体の表面に付着させる工程と、
前記多孔質支持体を原料混合液に浸漬して水熱合成する工程とを備え、
前記原料混合液が、含窒素6員環化合物またはアミンがその窒素原子間を架橋して得られる2量体構造化合物、および含窒素5員環化合物のいずれか少なくとも1種類以上の化合物を含有し、かつ、アルミン酸ナトリウムおよび無定形アルミノシリケートのいずれか一方または両方を含有する、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 an AFX type zeolite membrane on a porous support, the method comprising:
A step of attaching FAU type zeolite or CHA type zeolite to the surface of the porous support;
immersing the porous support in a raw material mixture to perform hydrothermal synthesis,
The raw material mixture contains at least one of a nitrogen-containing six-membered ring compound, a dimer structure compound obtained by crosslinking nitrogen atoms of an amine, and a nitrogen-containing five-membered ring compound. and a method for producing a porous support-zeolite membrane composite containing either one or both of sodium aluminate and amorphous aluminosilicate .
前記FAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトが粉末状である、請求項1に記載の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体の製造方法。 The method for producing a porous support-zeolite membrane composite according to claim 1, wherein the FAU type zeolite or the CHA type zeolite is in powder form. 前記FAU型ゼオライトまたはCHA型ゼオライトが膜状である、請求項1に記載の多孔質支持体-ゼオライト膜複合体の製造方法。 The method for producing a porous support-zeolite membrane composite according to claim 1, wherein the FAU type zeolite or CHA type zeolite is in the form of a membrane.
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