JPH03242231A - 金属多孔質担体セラミック分離膜 - Google Patents
金属多孔質担体セラミック分離膜Info
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- JPH03242231A JPH03242231A JP3725690A JP3725690A JPH03242231A JP H03242231 A JPH03242231 A JP H03242231A JP 3725690 A JP3725690 A JP 3725690A JP 3725690 A JP3725690 A JP 3725690A JP H03242231 A JPH03242231 A JP H03242231A
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Landscapes
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- Filtering Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は金属多孔質担体セラミック分離膜に関し、更に
詳しくは−Al基を有する金属多孔体を支持材(基材)
とする選択性機能を有する分#f膜に関する。
詳しくは−Al基を有する金属多孔体を支持材(基材)
とする選択性機能を有する分#f膜に関する。
従来の分離膜は膜内体が高分子(有機物)である場合、
その基材も一般に高分子(有機物)であった。また、無
機膜は一般に多孔質セラミックスや多孔質ガラスを基材
とするものが多い。
その基材も一般に高分子(有機物)であった。また、無
機膜は一般に多孔質セラミックスや多孔質ガラスを基材
とするものが多い。
前者の場合には耐熱温度が一般に90℃以下であり、ま
た、後者の場合には強度が弱い。従って、従来の膜をモ
ジュール化して大型化する場合にはいずれも実用上の問
題点が多い。
た、後者の場合には強度が弱い。従って、従来の膜をモ
ジュール化して大型化する場合にはいずれも実用上の問
題点が多い。
分離膜の中で精密ろ過膜(MF)や限外ろ過膜(UP)
の一部では、多孔質金属を使用したものもあるが、一般
に選択機能を有するガス分離膜、透析膜、透過気化膜(
PV)、逆浸透膜(R○)等では高分子を基材とするも
のが多い。
の一部では、多孔質金属を使用したものもあるが、一般
に選択機能を有するガス分離膜、透析膜、透過気化膜(
PV)、逆浸透膜(R○)等では高分子を基材とするも
のが多い。
高分子を基材とする分離膜の耐熱温度は一般に90℃で
、高温用として使用できない。
、高温用として使用できない。
また、多孔質セラミックスや多孔質ガラスを基材とする
場合、複数本の膜をモジュール化して使用する時に振動
・衝撃等の強度上で問題がある。また、金属容器内に膜
モジュールを収納する構造では温度の膨張率の差が問題
となる。
場合、複数本の膜をモジュール化して使用する時に振動
・衝撃等の強度上で問題がある。また、金属容器内に膜
モジュールを収納する構造では温度の膨張率の差が問題
となる。
また、溶接ができないためシール部の構造が複雑になる
等の問題点もある。
等の問題点もある。
例えば、従来のセラミック分離膜はセラミック多孔体の
細孔中にアルミナゾルを含浸した後、乾燥、焼成し、次
いで前記セラミック多孔体にアルミニウムアルコラード
またはアルミニウムキレートを含浸し、加水分解した後
、焼成し、しかる後に前記セラミック多孔体を金属塩を
溶解した水溶液中に含浸し、乾燥、焼成する方法で製造
されていた。
細孔中にアルミナゾルを含浸した後、乾燥、焼成し、次
いで前記セラミック多孔体にアルミニウムアルコラード
またはアルミニウムキレートを含浸し、加水分解した後
、焼成し、しかる後に前記セラミック多孔体を金属塩を
溶解した水溶液中に含浸し、乾燥、焼成する方法で製造
されていた。
このセラミック担体は多孔質体が得やすく、しかも高温
安定性が良好なので、セラミック分離膜成分を担持し、
分離膜としての機能を引き出すのに有効であるが、セラ
ミック材料は機械的強度、振動衝撃性、熱衝撃に弱いた
め、セラミック担体を破損しないように保持することは
難しく、特別の容器や支持方法の設計を要する。
安定性が良好なので、セラミック分離膜成分を担持し、
分離膜としての機能を引き出すのに有効であるが、セラ
ミック材料は機械的強度、振動衝撃性、熱衝撃に弱いた
め、セラミック担体を破損しないように保持することは
難しく、特別の容器や支持方法の設計を要する。
加えて、セラミック担体は加工性が悪く、長尺の管状の
成形体を得ることが難しいので設計の自由度も小さい。
成形体を得ることが難しいので設計の自由度も小さい。
したがって、モジュール化して大型化する場合には実用
上の問題点が多い。
上の問題点が多い。
このセラミック多孔質を担体としたセラミック分離膜の
欠点を改良し大型化を容易にするため、多孔質担体を金
属化する試みがなされている。金属多孔質担体は前述の
セラミック多孔質担体とは逆に加工性、熱衝撃性、機械
的強度、振動衝撃性は良好であるため設計自由度が大き
い。また、長尺の管状の成形体を得ることも容易であり
、かつ、溶接も可能であり、特別な支持法を必要とせず
、加工性がよいことは経済的にも大きなメリットがある
。しかしながら、前述のセラミック多孔質担体と同様な
方法で、金属多孔質担体の細孔中にセラミック分離膜成
分を保持しても金属とセラミックとは全く異質なもので
あるため変形能や熱膨張などそれぞれの機械的、熱的性
質の違いから剥離や亀裂を生じて十分に担持てきないと
言う問題がある。
欠点を改良し大型化を容易にするため、多孔質担体を金
属化する試みがなされている。金属多孔質担体は前述の
セラミック多孔質担体とは逆に加工性、熱衝撃性、機械
的強度、振動衝撃性は良好であるため設計自由度が大き
い。また、長尺の管状の成形体を得ることも容易であり
、かつ、溶接も可能であり、特別な支持法を必要とせず
、加工性がよいことは経済的にも大きなメリットがある
。しかしながら、前述のセラミック多孔質担体と同様な
方法で、金属多孔質担体の細孔中にセラミック分離膜成
分を保持しても金属とセラミックとは全く異質なもので
あるため変形能や熱膨張などそれぞれの機械的、熱的性
質の違いから剥離や亀裂を生じて十分に担持てきないと
言う問題がある。
本発明は上記技術水準に鑑み、従来の分離膜の有する不
具合を解消した分離膜を提供しようとするものである。
具合を解消した分離膜を提供しようとするものである。
本発明は金属多孔質体の表面にAlを真空蒸着し、その
後真空中で加熱・拡散処理して前記金属多孔体内にAl
を拡散させ金属多孔体表面にAlの合金層を形成させた
後、酸化処理を行って前記金属多孔体内の細孔内表面に
基材との密着性が高く高温で安定な粗面を有するα−A
l。00層を形成させた金属多孔体を得、これを支持材
とし該支持材の表面に−Si基を有する分離膜を担持し
てなることを特徴とする金属多孔質担体セラミック分離
膜である。
後真空中で加熱・拡散処理して前記金属多孔体内にAl
を拡散させ金属多孔体表面にAlの合金層を形成させた
後、酸化処理を行って前記金属多孔体内の細孔内表面に
基材との密着性が高く高温で安定な粗面を有するα−A
l。00層を形成させた金属多孔体を得、これを支持材
とし該支持材の表面に−Si基を有する分離膜を担持し
てなることを特徴とする金属多孔質担体セラミック分離
膜である。
本発明で使用する金属多孔体としては金属粉、金属繊維
、金網などを燃結して得た金属多孔体で、気孔率:30
%以上、細孔径:5μm以下のものであればどのような
ものでもよく、フェライト系ステンレス鋼、ハステロイ
合金鋼、オーステナイト系ステンレス鋼など蒸着したA
lと合金層を形成する材質であればいずれの材質でもよ
い。
、金網などを燃結して得た金属多孔体で、気孔率:30
%以上、細孔径:5μm以下のものであればどのような
ものでもよく、フェライト系ステンレス鋼、ハステロイ
合金鋼、オーステナイト系ステンレス鋼など蒸着したA
lと合金層を形成する材質であればいずれの材質でもよ
い。
Al蒸着は真空蒸着法により金属多孔質体の表面にAl
を所定の厚さ蒸着すればよい。Al蒸着皮膜の適正な厚
さは金属多孔質体の細孔径により異なり、Al蒸着後の
細孔径が1μm以下となる厚さとするようにする。即ち
、金属多孔質体の細孔径が大きいほどAl蒸着皮膜の適
性な厚さを厚くするのがよい。
を所定の厚さ蒸着すればよい。Al蒸着皮膜の適正な厚
さは金属多孔質体の細孔径により異なり、Al蒸着後の
細孔径が1μm以下となる厚さとするようにする。即ち
、金属多孔質体の細孔径が大きいほどAl蒸着皮膜の適
性な厚さを厚くするのがよい。
又、真空中での加熱・拡散処理は^l蒸着皮膜と金属多
孔質体との境界面にあらかじめ合金層を形成しておき、
酸化処理により金属多孔質体表面に密着性の高いα−A
l203皮膜層を形成させるために実施するものであり
、この目的が達成できる条件であればいずれの条件でも
よい。通常は、真空度10−’ Torr、 900℃
〜1000℃の条件で約30m1n程度で実施する。
孔質体との境界面にあらかじめ合金層を形成しておき、
酸化処理により金属多孔質体表面に密着性の高いα−A
l203皮膜層を形成させるために実施するものであり
、この目的が達成できる条件であればいずれの条件でも
よい。通常は、真空度10−’ Torr、 900℃
〜1000℃の条件で約30m1n程度で実施する。
さらに、又酸化処理は金属多孔質体表面のAl蒸着皮膜
を酸化させて、金属多孔質体表面にαAl2O3層を形
成させるために実施するもので、この目的が達成できる
条件であればいずれの条件でもよい。通常は大気雰囲気
中で900℃〜1000℃の条件で実施する。処理時間
はAl蒸着皮膜の厚さにより異なるが、Al蒸着皮膜の
膜厚5〜10μmの場合、4〜8時間程度実施すれば十
分である。
を酸化させて、金属多孔質体表面にαAl2O3層を形
成させるために実施するもので、この目的が達成できる
条件であればいずれの条件でもよい。通常は大気雰囲気
中で900℃〜1000℃の条件で実施する。処理時間
はAl蒸着皮膜の厚さにより異なるが、Al蒸着皮膜の
膜厚5〜10μmの場合、4〜8時間程度実施すれば十
分である。
一3i基を有する分離膜としては、特願昭59〜344
21.同59〜34422.同60〜30546及び特
願平1〜33781において捉案したものが使用され、
この−3i基はAlと結合して一3i−0−Alとなり
安定した膜を形成する。
21.同59〜34422.同60〜30546及び特
願平1〜33781において捉案したものが使用され、
この−3i基はAlと結合して一3i−0−Alとなり
安定した膜を形成する。
Si基がない膜の場合には、多孔質体の細孔内に膜の一
部が入り込んで単に物理的に付着するだけで膜の安定性
が弱い。
部が入り込んで単に物理的に付着するだけで膜の安定性
が弱い。
以下、本発明の実施例を比較例と対比してあげ、本発明
分離膜の効果を明らかにする。
分離膜の効果を明らかにする。
多孔質金属として、ステンレス鋼を使用してその表面に
アルミナゲル膜を担持した。
アルミナゲル膜を担持した。
(1)ステンレス鋼板
平均細孔径:1μm
(2)アルミナゲル膜の担持
水100gに対し5gのアルミニウムイソプロオキシド
を80℃に保持した水中に添加し、アルミニウムイソプ
ロオキシドを加水分解した。これに0.6dの濃硝酸を
加え80℃に24時間保持し解膠してアルミナゾルを得
た。このアルミナゾルに上記多孔質金属を5分間浸漬し
た後、室温で24時間乾燥し80℃で2時間乾燥した後
、更に350℃で2時間、600℃で2時間焼成した。
を80℃に保持した水中に添加し、アルミニウムイソプ
ロオキシドを加水分解した。これに0.6dの濃硝酸を
加え80℃に24時間保持し解膠してアルミナゾルを得
た。このアルミナゾルに上記多孔質金属を5分間浸漬し
た後、室温で24時間乾燥し80℃で2時間乾燥した後
、更に350℃で2時間、600℃で2時間焼成した。
この操作の後、焼成炉から金属多孔体を取り出した時点
で多孔体の表面に多数の亀裂が生じ、アルミナゲルが剥
離して十分に担持てきなかった。
で多孔体の表面に多数の亀裂が生じ、アルミナゲルが剥
離して十分に担持てきなかった。
〔実施例1〕
(1)アルミニウム酸化物を生成させたステンレス鋼の
金属多孔質体 繊維径8μm、長さ50〜100μm5US304のス
テンレス鋼繊維を冷間静水圧加圧装置を用いて、圧力3
000 kg/c++fの条件でパイプ状に加圧成形し
、その後、真空中で真空度10−’Torr、温度12
00℃XIHrの条件で焼結してパイプ状の金属多孔質
体を得た。この金属多孔質体の気孔率は30%、細孔径
は2μmであった。真空蒸着法によりAl皮膜を前記金
属多孔質体の表面に8μm蒸着した後、真空中で真空度
10−’Torr、 950tX30+++inの条件
で加熱し、Al蒸着皮膜と金属多孔質体との境界面に合
金層を形成し、その後、大気雰囲気中で、950℃X8
Hrの条件で酸化処理を施し、前記金属多孔質体表面に
α−Al203層を形成させた。この平均細孔径は1μ
mである。
金属多孔質体 繊維径8μm、長さ50〜100μm5US304のス
テンレス鋼繊維を冷間静水圧加圧装置を用いて、圧力3
000 kg/c++fの条件でパイプ状に加圧成形し
、その後、真空中で真空度10−’Torr、温度12
00℃XIHrの条件で焼結してパイプ状の金属多孔質
体を得た。この金属多孔質体の気孔率は30%、細孔径
は2μmであった。真空蒸着法によりAl皮膜を前記金
属多孔質体の表面に8μm蒸着した後、真空中で真空度
10−’Torr、 950tX30+++inの条件
で加熱し、Al蒸着皮膜と金属多孔質体との境界面に合
金層を形成し、その後、大気雰囲気中で、950℃X8
Hrの条件で酸化処理を施し、前記金属多孔質体表面に
α−Al203層を形成させた。この平均細孔径は1μ
mである。
(2)シリカ・アルミナゲル膜の担持
水100gに対し5gのアルミニウムイソプロオキシド
を80℃に保持した水中に添加し、アルミニウムイソプ
ロオキシドを加水分解した。これに0.6−の濃硝酸を
加え80℃に24時間保持し解膠してアルミナゾルを得
た。このアルミナゾルに上記多孔質金属を5分間浸漬し
た後、室温で24時間乾燥し80℃で2時間乾燥した後
、更に350℃で2時間焼成、600℃で2時間焼成し
た。この操作を4回繰り返して金属表面にアルミナゲル
膜を担持した。
を80℃に保持した水中に添加し、アルミニウムイソプ
ロオキシドを加水分解した。これに0.6−の濃硝酸を
加え80℃に24時間保持し解膠してアルミナゾルを得
た。このアルミナゾルに上記多孔質金属を5分間浸漬し
た後、室温で24時間乾燥し80℃で2時間乾燥した後
、更に350℃で2時間焼成、600℃で2時間焼成し
た。この操作を4回繰り返して金属表面にアルミナゲル
膜を担持した。
次に、トリクレン100に対してアルミニウムイソプロ
オキシドを5の重最比で溶解し、アルミナの充填を行っ
た前記多孔質金属をこの溶液に含浸し、トリクレンを発
揮させ、細孔内にアルミニウムプロオキシドを析出させ
た。次に、この多孔質金属の片側を減圧しながら、10
0℃のスチーム中に入れてアルミニウムイソプロオキシ
ドを加水分解し、室温で乾燥した後、350℃で2時間
焼成し、更に600℃で1時間焼成した。この操作を3
回繰り返した。
オキシドを5の重最比で溶解し、アルミナの充填を行っ
た前記多孔質金属をこの溶液に含浸し、トリクレンを発
揮させ、細孔内にアルミニウムプロオキシドを析出させ
た。次に、この多孔質金属の片側を減圧しながら、10
0℃のスチーム中に入れてアルミニウムイソプロオキシ
ドを加水分解し、室温で乾燥した後、350℃で2時間
焼成し、更に600℃で1時間焼成した。この操作を3
回繰り返した。
次に、水100gに対し、0.54gのケイ酸ソーダ(
Na2St[]2)を溶解し、沸騰水で加熱し、上記の
アルミニウムイソプロオキシドで処理した多孔質金属を
上記ケイ酸ソーダ中に5分間浸漬した後、80℃の飽和
水蒸気中で12時間保持し、多孔質金属表面にシリカ・
アルミナゲル膜を形成させた。
Na2St[]2)を溶解し、沸騰水で加熱し、上記の
アルミニウムイソプロオキシドで処理した多孔質金属を
上記ケイ酸ソーダ中に5分間浸漬した後、80℃の飽和
水蒸気中で12時間保持し、多孔質金属表面にシリカ・
アルミナゲル膜を形成させた。
以上の操作で製造した分離膜の平均細孔分布は16Aで
あった。
あった。
この分離膜を使用して空気中の除湿の実験を行った。そ
の結果、以下の性能を得た。
の結果、以下の性能を得た。
原料ガス:温度29℃、関係湿度−98%の空気、透過
側圧力= 10 Torr表 1 離膜はセラミックスを基材とする分離膜よりも靭性が大
きく、振動・衝撃等による強度上の問題がなくなる。
側圧力= 10 Torr表 1 離膜はセラミックスを基材とする分離膜よりも靭性が大
きく、振動・衝撃等による強度上の問題がなくなる。
〔実施例2〕
金網を積層焼結して得た金属多孔体の表面にAlを蒸着
し、その後真空中で加熱・拡散処理し、金属多孔体内に
Alを拡散させたものを酸化処理して、該金属多孔体表
面にアルミニウム酸化物を生成させて金属孔体を支持材
とし、該多孔体の表面に実施例1と同様の方法でシリカ
・アルミナゲル膜を担持して分離膜を製造した。
し、その後真空中で加熱・拡散処理し、金属多孔体内に
Alを拡散させたものを酸化処理して、該金属多孔体表
面にアルミニウム酸化物を生成させて金属孔体を支持材
とし、該多孔体の表面に実施例1と同様の方法でシリカ
・アルミナゲル膜を担持して分離膜を製造した。
この分離膜を使用して、空気中の除湿の実験を行った。
その結果、以下の性能を得た。
金網:径8μm 材質: SUS 304原料ガス:温
度29℃、関係湿度−98%の空気 透過側圧力−10
Torr 本発明により製造した多孔質金属を基材とする分離膜の
分離性能はセラミックス基材のものとほぼ同じ性能を得
た。また、本発明による公表 2 本発明により製造した多孔質金属を基材とする分離膜の
分離性能はセラミックス基材のものとほぼ同じ性能を得
た。また、本発明による分離膜はセラミックスを基材と
する分離膜よりも強度が大きい。
度29℃、関係湿度−98%の空気 透過側圧力−10
Torr 本発明により製造した多孔質金属を基材とする分離膜の
分離性能はセラミックス基材のものとほぼ同じ性能を得
た。また、本発明による公表 2 本発明により製造した多孔質金属を基材とする分離膜の
分離性能はセラミックス基材のものとほぼ同じ性能を得
た。また、本発明による分離膜はセラミックスを基材と
する分離膜よりも強度が大きい。
本発明により高温下でも使用可能で強度も高く、温度差
に基く膨張率差も低減可能であり、かつ溶接可能な分離
膜が提供されうる。
に基く膨張率差も低減可能であり、かつ溶接可能な分離
膜が提供されうる。
Claims (1)
- 金属多孔質体の表面にAlを真空蒸着し、その後真空中
で加熱・拡散処理して前記金属多孔体内にAlを拡散さ
せ金属多孔体表面にAlの合金層を形成させた後、酸化
処理を行って前記金属多孔体内の細孔内表面に基材との
密着性が高く高温で安定な粗面を有するα−Al_2O
_3層を形成させた金属多孔体を得、これを支持材とし
該支持材の表面に−Si基を有する分離膜を担持してな
ることを特徴とする金属多孔質担体セラミック分離膜。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3725690A JPH07114933B2 (ja) | 1990-02-20 | 1990-02-20 | 金属多孔質担体セラミック分離膜 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3725690A JPH07114933B2 (ja) | 1990-02-20 | 1990-02-20 | 金属多孔質担体セラミック分離膜 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03242231A true JPH03242231A (ja) | 1991-10-29 |
JPH07114933B2 JPH07114933B2 (ja) | 1995-12-13 |
Family
ID=12492570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3725690A Expired - Fee Related JPH07114933B2 (ja) | 1990-02-20 | 1990-02-20 | 金属多孔質担体セラミック分離膜 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07114933B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL1001181C2 (nl) * | 1995-09-12 | 1997-03-13 | Inst Voor Agrotech Onderzoek | Buisvormig membraan, werkwijze ter vervaardiging daarvan, alsmede een membraanscheidingsproces. |
US5904754A (en) * | 1997-06-20 | 1999-05-18 | Walter Juda Associates | Diffusion-bonded palladium-copper alloy framed membrane for pure hydrogen generators and the like and method of preparing the same |
US6039792A (en) * | 1997-06-24 | 2000-03-21 | Regents Of The University Of California And Bp Amoco Corporation | Methods of forming and using porous structures for energy efficient separation of light gases by capillary condensation |
KR100720107B1 (ko) * | 2005-07-15 | 2007-05-18 | 한국기계연구원 | 금속 다공체의 확산 침투 합금화 방법 |
-
1990
- 1990-02-20 JP JP3725690A patent/JPH07114933B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL1001181C2 (nl) * | 1995-09-12 | 1997-03-13 | Inst Voor Agrotech Onderzoek | Buisvormig membraan, werkwijze ter vervaardiging daarvan, alsmede een membraanscheidingsproces. |
WO1997010045A1 (en) * | 1995-09-12 | 1997-03-20 | Instituut Voor Agrotechnologisch Onderzoek (Ato-Dlo) | Tubular membrane, method for manufacturing same, and membrane separation process |
US5904754A (en) * | 1997-06-20 | 1999-05-18 | Walter Juda Associates | Diffusion-bonded palladium-copper alloy framed membrane for pure hydrogen generators and the like and method of preparing the same |
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KR100720107B1 (ko) * | 2005-07-15 | 2007-05-18 | 한국기계연구원 | 금속 다공체의 확산 침투 합금화 방법 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07114933B2 (ja) | 1995-12-13 |
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