JPH0463119A - 耐酸性複合分離膜の製造方法 - Google Patents
耐酸性複合分離膜の製造方法Info
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- Silicon Compounds (AREA)
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は耐酸性複合分離膜の製造方法に関し、特に有機
酸を含む水溶液から水を選択的に分離することができる
耐酸性複合分離膜の製造方法に関する。
酸を含む水溶液から水を選択的に分離することができる
耐酸性複合分離膜の製造方法に関する。
有機酸を含む水溶液から水を選択的に分離することがで
きる耐酸性の分離膜としては有機高分子膜(ポリイミド
系、テフロン系)、無機多孔質膜がある。前者は分離係
数は大きいが透過速度が小さく、かつ耐熱性が悪いので
比較的低温でしか使用できないという不具合があり、後
者は透過速度が大きく耐熱性はあるが分離係数が小さい
という不具合があった。
きる耐酸性の分離膜としては有機高分子膜(ポリイミド
系、テフロン系)、無機多孔質膜がある。前者は分離係
数は大きいが透過速度が小さく、かつ耐熱性が悪いので
比較的低温でしか使用できないという不具合があり、後
者は透過速度が大きく耐熱性はあるが分離係数が小さい
という不具合があった。
無機多孔質膜としては無機多孔体を基材とし、その表面
に分離機能を有する無機膜を担持した膜がある。その例
としては、化学工学協会第54年金において広島大学工
学部教授浅枝正司らが発表した方法により製造した無機
膜がある。この製造方法は次のとおりである。
に分離機能を有する無機膜を担持した膜がある。その例
としては、化学工学協会第54年金において広島大学工
学部教授浅枝正司らが発表した方法により製造した無機
膜がある。この製造方法は次のとおりである。
無機多孔体としては第1図に示すように種々のものがあ
る。しかしながら、無機多孔体の細孔径が大きくあると
シリカゲルの前駆体であるシリカゾルの必要担持量が多
く、かつクラックが発生しやすくなり、また細孔径が小
さすぎると透過性能を低下させるので細孔径が100〜
10.000人程度の無機多孔体を使用することが好ま
しい。特に、細孔径1.000Å以上の発泡シリカ、焼
結アルミナ及びムライト等が好ましく使用される。
る。しかしながら、無機多孔体の細孔径が大きくあると
シリカゲルの前駆体であるシリカゾルの必要担持量が多
く、かつクラックが発生しやすくなり、また細孔径が小
さすぎると透過性能を低下させるので細孔径が100〜
10.000人程度の無機多孔体を使用することが好ま
しい。特に、細孔径1.000Å以上の発泡シリカ、焼
結アルミナ及びムライト等が好ましく使用される。
一般に、シリカゲルの製法としては、次の方法がある。
(1)水ガラス溶液に大量のNaC1、Na25O,等
の塩を添加し、更に酸で中和して白色粉末状のシリカゲ
ルを得る水ガラス溶液からの沈澱法(2) S i
C1、を水蒸気流中で燃焼させて5102ガスを生成さ
せ、これを捕集する5iC1n燃焼法(3) S i
O、を1.700℃付近で蒸発させ、これを凝縮させ
るSin、蒸気凝集法 しかしながら、これらの方法によって得られたSiO□
粒子を数十μm程度の薄膜にコーティングし、更に10
〜30人程度の多孔質のものとすることは極めて困難で
ある。
の塩を添加し、更に酸で中和して白色粉末状のシリカゲ
ルを得る水ガラス溶液からの沈澱法(2) S i
C1、を水蒸気流中で燃焼させて5102ガスを生成さ
せ、これを捕集する5iC1n燃焼法(3) S i
O、を1.700℃付近で蒸発させ、これを凝縮させ
るSin、蒸気凝集法 しかしながら、これらの方法によって得られたSiO□
粒子を数十μm程度の薄膜にコーティングし、更に10
〜30人程度の多孔質のものとすることは極めて困難で
ある。
浅枝らの提案した方法はシリカゾルを加水分解してシリ
カゲルを製造する方法である。これはシリカゲルの前駆
体となるシリカゾルとして、例えばエトキシシラン基、
メトキシ基等を含むアルコキシシランを加水分解して得
られるものを使用する。
カゲルを製造する方法である。これはシリカゲルの前駆
体となるシリカゾルとして、例えばエトキシシラン基、
メトキシ基等を含むアルコキシシランを加水分解して得
られるものを使用する。
これらのアルコキシシランの例としては、テトラエトキ
シシラン(ケイ酸エチル、5in(C2H5) 、)
テトラメトキシシラン(ケイ酸メチル、5iO(OC
H=) 4)等があり、これらはいずれも分離対象とな
る有機酸混合物により分離性能が相違するため使い分け
られている。
シシラン(ケイ酸エチル、5in(C2H5) 、)
テトラメトキシシラン(ケイ酸メチル、5iO(OC
H=) 4)等があり、これらはいずれも分離対象とな
る有機酸混合物により分離性能が相違するため使い分け
られている。
分離膜として使用するシリカゲル膜は原料のテトラエト
キシシラン等を水で加水分解し、重縮合反応を未完成の
まま途中で停止して活性基として一叶を残存する状態で
ケ゛ル化することにより分離膜として使用することに特
徴がある。
キシシラン等を水で加水分解し、重縮合反応を未完成の
まま途中で停止して活性基として一叶を残存する状態で
ケ゛ル化することにより分離膜として使用することに特
徴がある。
テトラエトキシシランの反応の例を以下に示す。
(加水分解)
DC,H5
HsCzO−3i−0−C2Hs + 4H20→DC
,H3 H )10−3i−Oll +4C2H50HH (重縮合) テトラエトキシシラン等を加水分解した後、800℃以
上に加熱すると−DH基が完全になくなり一5i−CI
−の結晶構造を有するガラスとなるが、この製法は既に
知られている。
,H3 H )10−3i−Oll +4C2H50HH (重縮合) テトラエトキシシラン等を加水分解した後、800℃以
上に加熱すると−DH基が完全になくなり一5i−CI
−の結晶構造を有するガラスとなるが、この製法は既に
知られている。
この重縮合反応の進行度合は見かけ上はゾルの粘度で判
断できる。例えば、後記の第4図のゾル(1−A)、
(1−B)、 (1−C)を選択して適正に担持す
ることによりゲルの細孔径を制御することが可能である
。
断できる。例えば、後記の第4図のゾル(1−A)、
(1−B)、 (1−C)を選択して適正に担持す
ることによりゲルの細孔径を制御することが可能である
。
一般に、加水分解状態のゾルを室温で放置すると約17
0時間で完全にゲル化し、80℃では約40〜120程
度度でゲル化する。従って、安定した膜を製造するため
には、このゲル化反応(重縮合反応)を凍結する必要が
ある。そこで、ゾルを担持した後の無機多孔体を200
℃以上で焼成する。この焼成が不十分な場合、製造した
ゲル中に−C,II5基が残存し耐酸性が不安定な膜と
なる。
0時間で完全にゲル化し、80℃では約40〜120程
度度でゲル化する。従って、安定した膜を製造するため
には、このゲル化反応(重縮合反応)を凍結する必要が
ある。そこで、ゾルを担持した後の無機多孔体を200
℃以上で焼成する。この焼成が不十分な場合、製造した
ゲル中に−C,II5基が残存し耐酸性が不安定な膜と
なる。
無機多孔体の細孔内にシリカゾルを担持させる方法は任
意の方法が採用できるが、そのシリカゾルを安定したシ
リカゲル膜とするには適正な操作条件がある。その−例
として、化学工学協会第54年金において発表された「
無機多孔質薄膜による有機酸/水系混合物の分離」があ
る。
意の方法が採用できるが、そのシリカゾルを安定したシ
リカゲル膜とするには適正な操作条件がある。その−例
として、化学工学協会第54年金において発表された「
無機多孔質薄膜による有機酸/水系混合物の分離」があ
る。
その方法は以下の通りである。
■ テトラエトキシシランと酸触媒を常温の水中に加え
てシリカゾルを調製する。その組成を第1表に示す。
てシリカゾルを調製する。その組成を第1表に示す。
第1表 シリカゾル調製の組成
■ 無機多孔体よりなる管を前記シリカゾル中に浸漬し
、該多孔体の細孔内及びその管外壁に重縮合反応により
ゲルを形成させる。
、該多孔体の細孔内及びその管外壁に重縮合反応により
ゲルを形成させる。
■ 重合が終了した後、シリカゾル溶液から該多孔体を
取り出し室温で放置して表面を乾燥させる。
取り出し室温で放置して表面を乾燥させる。
■ 200℃の乾燥器内で該多孔体を乾燥する。
■ 上記操作をシリカゾル1及び2についてそれぞれ2
〜3回繰り返す。
〜3回繰り返す。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記、化学工学協会第54年金において発表された「無
機多孔質薄膜による有機酸/水系混合物の分離」におい
て提案された方法により製造した分離膜を使用して、ア
クリル酸水溶液の分離実験を行った。その結果を第14
図に示す。
機多孔質薄膜による有機酸/水系混合物の分離」におい
て提案された方法により製造した分離膜を使用して、ア
クリル酸水溶液の分離実験を行った。その結果を第14
図に示す。
経過時間の増加により分離性能αが低下している。
本発明は上記技術水準に鑑み、従来の分離膜におけるよ
うな不具合がなく、耐酸性、耐熱性耐圧性があり、かつ
透過速度及び分離係数ともに実用上満足できる性質を有
する分離膜を提供しようとするものである。
うな不具合がなく、耐酸性、耐熱性耐圧性があり、かつ
透過速度及び分離係数ともに実用上満足できる性質を有
する分離膜を提供しようとするものである。
本発明は無機多孔体の細孔内に、エトキシ基またはメト
キシ基を含むアルコキシシランの加水分解を経て得られ
たシリカゲルを担持してなる耐酸性複合分離膜の製造方
法において、(1) シリカゾルの原料であるアルコ
キシシランと水と酸触媒の混合割合を変化させて製造す
る複数の種類のシリカゾルの調製条件において、担持す
るシリカゾルの原料調合割合をシリカゾル1用とシリカ
ゾル2用の2種類に区別し、 (2) シリカゾルl用原料のアルコキシシランに対
する水の重量比をo、5〜2.0とし、かつ、反応触媒
として、アルコキシシランに対する酸触媒の重量比を0
.O1〜0.1とし、(3) シリカゾル2用原料の
アルコキシシランに対する水の重量比を2.0〜50と
し、がっ、反応触媒として、アルコキシシランに対する
酸触媒の重量比を0.01〜0.5とし、(4)前記シ
リカゾル1用原料を沸騰状態に保持し、沸騰開始後約2
5分、約20分及び約15分の液をそれぞれ、1−A、
1−B及び1−C液とし、 (5)前記シリカゾル2用原料を常温で30分〜90分
間攪拌・混合してシリカゾル2を製造し、 (6) 多孔質基材の表面上に前記シリカゾル1用液
を担持した後、該多孔質基材を約200℃に設定した電
気炉内で5〜15分間焼成し、次に該多孔体を約300
℃に設定した電気炉内で5〜15分間焼成し、次に該多
孔質基材を約400℃に設定した電気炉内で5〜15分
間焼成し、次に該多孔質基材を約500℃に設定した電
気炉内で5〜15分間焼成し、(7)該シリカゾル1−
A液を担持した多孔質基材の表面に更にシリカゾル1−
A液を担持した後、前記(6)の操作を2〜3回繰り返
し、(8)次に該シリカゾル1−A液を担持した多孔質
基材の表面上に更にシリカゾル1−B液を使用して上記
(6)〜(7)と同様の処理を行い、(9)次に該シリ
カゾル1−B液を担持した多孔質基材の表面上にシリカ
ゾル1−C液を使用して上記(6)〜(7)と同様の処
理を行い、01 次に前記シリカゾルl−A、1−B及
び1−C液を担持してなる多孔質基材の表面上に前記シ
リカゾル2液を担持し、該多孔体を約200℃に設定し
た電気炉内で5〜15分間焼成し、次に該多孔質基材を
約300℃に設定した電気炉内で5〜15分間焼成し、
次に該多孔質基材を約400tに設定した電気炉内で5
〜15分間焼成し、次に該多孔質基材を約500℃に設
定した電気炉内で5〜15分間焼成し、 OD 該シリカゾル2液を担持した多孔質基材の表面
に更にシリカゾル2液を担持した後、前記(10)の操
作を2〜3回繰り返す ことを特徴とする耐酸性複合分離膜の製造方法である。
キシ基を含むアルコキシシランの加水分解を経て得られ
たシリカゲルを担持してなる耐酸性複合分離膜の製造方
法において、(1) シリカゾルの原料であるアルコ
キシシランと水と酸触媒の混合割合を変化させて製造す
る複数の種類のシリカゾルの調製条件において、担持す
るシリカゾルの原料調合割合をシリカゾル1用とシリカ
ゾル2用の2種類に区別し、 (2) シリカゾルl用原料のアルコキシシランに対
する水の重量比をo、5〜2.0とし、かつ、反応触媒
として、アルコキシシランに対する酸触媒の重量比を0
.O1〜0.1とし、(3) シリカゾル2用原料の
アルコキシシランに対する水の重量比を2.0〜50と
し、がっ、反応触媒として、アルコキシシランに対する
酸触媒の重量比を0.01〜0.5とし、(4)前記シ
リカゾル1用原料を沸騰状態に保持し、沸騰開始後約2
5分、約20分及び約15分の液をそれぞれ、1−A、
1−B及び1−C液とし、 (5)前記シリカゾル2用原料を常温で30分〜90分
間攪拌・混合してシリカゾル2を製造し、 (6) 多孔質基材の表面上に前記シリカゾル1用液
を担持した後、該多孔質基材を約200℃に設定した電
気炉内で5〜15分間焼成し、次に該多孔体を約300
℃に設定した電気炉内で5〜15分間焼成し、次に該多
孔質基材を約400℃に設定した電気炉内で5〜15分
間焼成し、次に該多孔質基材を約500℃に設定した電
気炉内で5〜15分間焼成し、(7)該シリカゾル1−
A液を担持した多孔質基材の表面に更にシリカゾル1−
A液を担持した後、前記(6)の操作を2〜3回繰り返
し、(8)次に該シリカゾル1−A液を担持した多孔質
基材の表面上に更にシリカゾル1−B液を使用して上記
(6)〜(7)と同様の処理を行い、(9)次に該シリ
カゾル1−B液を担持した多孔質基材の表面上にシリカ
ゾル1−C液を使用して上記(6)〜(7)と同様の処
理を行い、01 次に前記シリカゾルl−A、1−B及
び1−C液を担持してなる多孔質基材の表面上に前記シ
リカゾル2液を担持し、該多孔体を約200℃に設定し
た電気炉内で5〜15分間焼成し、次に該多孔質基材を
約300℃に設定した電気炉内で5〜15分間焼成し、
次に該多孔質基材を約400tに設定した電気炉内で5
〜15分間焼成し、次に該多孔質基材を約500℃に設
定した電気炉内で5〜15分間焼成し、 OD 該シリカゾル2液を担持した多孔質基材の表面
に更にシリカゾル2液を担持した後、前記(10)の操
作を2〜3回繰り返す ことを特徴とする耐酸性複合分離膜の製造方法である。
第2表にシリカゾル調製の薬剤の組成を示す。
第2表 シリカゾル調製の組成
シリカゾル1は沸騰後の保持時間により第4図の性状を
示す。時間経過に伴ってゾルの重縮合が進み、そのゾル
を基材に担持して加熱した後に形成されるシリカゲルの
細孔径が小さくなる。従って重縮合の度合を選択するこ
とにより分離膜の特性を変化できる。
示す。時間経過に伴ってゾルの重縮合が進み、そのゾル
を基材に担持して加熱した後に形成されるシリカゲルの
細孔径が小さくなる。従って重縮合の度合を選択するこ
とにより分離膜の特性を変化できる。
シリカゾル2は第5図に示すように粘度変化が小さい(
25℃において)が、数千時間後に急激に重縮合が進ん
で高粘度の液になる。
25℃において)が、数千時間後に急激に重縮合が進ん
で高粘度の液になる。
本発明は複数のシリカゾル1を製造(第4図に示す実施
例では(1−A) (1−B)及び(1−〇)液の
3種類)し、該シリカゾル1を多孔質基材表面に順次担
持することにより細孔径を調整し、さらに選択分離機能
を有するシリカゾル2をその表面に担持することにより
、安定した耐酸性複合分離膜を製造する方法を提案する
ものである。
例では(1−A) (1−B)及び(1−〇)液の
3種類)し、該シリカゾル1を多孔質基材表面に順次担
持することにより細孔径を調整し、さらに選択分離機能
を有するシリカゾル2をその表面に担持することにより
、安定した耐酸性複合分離膜を製造する方法を提案する
ものである。
すなわち、本発明は以下の方法で製膜を行う。
■ 第2表のシリカゾル1の組成の薬剤を使用して第4
図に示す数種類の粘度(細孔径)のゾルを調製する。−
例としては、シリカゾル1用原料を沸騰状態に保持し、
沸騰開始後約25分、約20分及び約15分の液をそれ
ぞれ、1−A、1−B及びi −c液とする。
図に示す数種類の粘度(細孔径)のゾルを調製する。−
例としては、シリカゾル1用原料を沸騰状態に保持し、
沸騰開始後約25分、約20分及び約15分の液をそれ
ぞれ、1−A、1−B及びi −c液とする。
■ 次に、第2表のシリカゾル2の組成の薬剤を使用し
て常温で約30分〜90分間攪拌・混合してシリカゾル
2を製造する。
て常温で約30分〜90分間攪拌・混合してシリカゾル
2を製造する。
■ 多孔質基材(第1図参照)の表面上に前記シリカゾ
ル1−A液を担持した後、該多孔質基材を約200℃に
設定した電気炉内で約5〜15分間焼成し、次に該多孔
体を約300℃に設定した電気炉内で約5〜15分間焼
成し、次に該多孔体を約400℃に設定した電気炉内で
約5〜15分間焼成し、次に該多孔質基材を約500℃
に設定した電気炉内で約5〜15分間焼成する。
ル1−A液を担持した後、該多孔質基材を約200℃に
設定した電気炉内で約5〜15分間焼成し、次に該多孔
体を約300℃に設定した電気炉内で約5〜15分間焼
成し、次に該多孔体を約400℃に設定した電気炉内で
約5〜15分間焼成し、次に該多孔質基材を約500℃
に設定した電気炉内で約5〜15分間焼成する。
■ 該シリカゾル1−A液を担持した多孔質基材の表面
に更にシリカゾル1−A液を担持した後、前記■の操作
を2〜3回繰り返す。
に更にシリカゾル1−A液を担持した後、前記■の操作
を2〜3回繰り返す。
■ 次に該シリカゾル1−A液を担持した多孔質基材の
表面上に更にシリカゾル1−B液を使用して上記■〜■
と同様の処理を行う。
表面上に更にシリカゾル1−B液を使用して上記■〜■
と同様の処理を行う。
■ 次に該シリカゾル1−B液を担持した多孔質基材の
表面上にシリカゾル1−C液を使用して上記■〜■と同
様の処理を行う。
表面上にシリカゾル1−C液を使用して上記■〜■と同
様の処理を行う。
■ 次に前記シリカゾルl−A、1−B及び1−C液を
担持してなる多孔質基材の表面上に前記シリカゾル2液
を担持し、該多孔体を約200℃に設定した電気炉内で
約5〜15分間焼成し、次に該多孔質基材を約300℃
に設定した電気炉内で約5〜15分間焼成し、次に該多
孔質基材を約400℃に設定した電気炉内で約5〜15
分間焼成し、次に該多孔質基材を約500℃に設定した
電気炉内で5〜15分間焼成する。
担持してなる多孔質基材の表面上に前記シリカゾル2液
を担持し、該多孔体を約200℃に設定した電気炉内で
約5〜15分間焼成し、次に該多孔質基材を約300℃
に設定した電気炉内で約5〜15分間焼成し、次に該多
孔質基材を約400℃に設定した電気炉内で約5〜15
分間焼成し、次に該多孔質基材を約500℃に設定した
電気炉内で5〜15分間焼成する。
■ 該シリカゾル2液を担持した多孔質基材の表面に更
にシリカゾル2液を担持した後、前記■の操作を2〜3
回繰り返す。
にシリカゾル2液を担持した後、前記■の操作を2〜3
回繰り返す。
上記の処理温度、時間、回数等の最適条件は、シリカゾ
ルの状態により相違する。例えば、加水分解の速度は、
テトラエトキシシランに対する水の割合(+120/5
l(OC2H5)4” r )に大きく影響する。例え
ば、80℃におけるシリカゾル1の粘度に及ぼすrの影
響を第6図に示す。シリカゾル1に対してはr = 0
.5〜2.0が工業的に適用できる条件であり、好まし
くは1.0〜2.0である。
ルの状態により相違する。例えば、加水分解の速度は、
テトラエトキシシランに対する水の割合(+120/5
l(OC2H5)4” r )に大きく影響する。例え
ば、80℃におけるシリカゾル1の粘度に及ぼすrの影
響を第6図に示す。シリカゾル1に対してはr = 0
.5〜2.0が工業的に適用できる条件であり、好まし
くは1.0〜2.0である。
また、第7図にゲルの粒径に及ぼす酸の量を示す。多孔
質基材の孔径は0.01〜1.0μm程度のものが使用
される。従って、シリカゾル1を焼成して生成するシリ
カゲル1の粒径が基材の細孔径より小さい場合には、多
孔質基材の細孔内にゲルが充填されて細孔容積を減少さ
せ、その結果、分離膜としての透過量が減少し性能低下
となる。そのため、エトキシシランに対する酸触媒の重
量比は0.01〜0.1にすべきである。一方、シリカ
ゾル2は、多孔質基材の最上表面に担持され、焼成して
ゲル化した後、微細な細孔が分離性能に関与するもので
あり、約0、001〜0.01μmの細孔径に設定する
必要がある。そのため、シリカゲルの粒径を制御するた
めにはエトキシシランに対する酸触媒の重量比は0.0
1〜0.5にすべきであり、特に0.2以下にすること
が好ましい。
質基材の孔径は0.01〜1.0μm程度のものが使用
される。従って、シリカゾル1を焼成して生成するシリ
カゲル1の粒径が基材の細孔径より小さい場合には、多
孔質基材の細孔内にゲルが充填されて細孔容積を減少さ
せ、その結果、分離膜としての透過量が減少し性能低下
となる。そのため、エトキシシランに対する酸触媒の重
量比は0.01〜0.1にすべきである。一方、シリカ
ゾル2は、多孔質基材の最上表面に担持され、焼成して
ゲル化した後、微細な細孔が分離性能に関与するもので
あり、約0、001〜0.01μmの細孔径に設定する
必要がある。そのため、シリカゲルの粒径を制御するた
めにはエトキシシランに対する酸触媒の重量比は0.0
1〜0.5にすべきであり、特に0.2以下にすること
が好ましい。
なお、本実施例では酸として硝酸HNO,を使用したが
、塩酸等の酸を使用しても同様な効果が得られる。
、塩酸等の酸を使用しても同様な効果が得られる。
前述のように、組成により加水分解速度および重縮合速
度が変化する。従って、第2表以外の組成でもシリカゲ
ルの製造は可能であるが、工業的規模による製膜時間、
シリカゲル膜としての分離性能に必要な細孔径等から、
本発明による条件が適正であると考えられる。
度が変化する。従って、第2表以外の組成でもシリカゲ
ルの製造は可能であるが、工業的規模による製膜時間、
シリカゲル膜としての分離性能に必要な細孔径等から、
本発明による条件が適正であると考えられる。
また、焼成温度変化についても、約100℃から約50
0℃に昇温する過程を段階的でなく保持時間をもちなが
ら連続的に昇温しても問題はない。
0℃に昇温する過程を段階的でなく保持時間をもちなが
ら連続的に昇温しても問題はない。
更にまた、本発明で使用する無機多孔体としては第1図
に示した何れのものも使用できるが、特に、細孔径1.
000Å以上の発泡シリカ、焼結アルミナ及びムライト
等が好ましく使用できる。
に示した何れのものも使用できるが、特に、細孔径1.
000Å以上の発泡シリカ、焼結アルミナ及びムライト
等が好ましく使用できる。
以上、本発明と従来の技術の相違をとりまとめると以下
の通りである。
の通りである。
■)重縮合反応速度の緩和
シリカゾル1の調整において、酸触媒、例えば硝酸の割
合を減少させて重縮合反応を穏やかに進め製膜条件を安
定化させる。
合を減少させて重縮合反応を穏やかに進め製膜条件を安
定化させる。
2)加水分解速度の加速
シリカゾル2の調整において、酸触媒、例えば硝酸の割
合を増加した製膜時間を短縮する。
合を増加した製膜時間を短縮する。
3) シリカゾルの焼成温度を高温化
シリカゾルを100℃から徐々に昇温し、最終的に50
0℃で焼成することにより−C2H5基の残存をなくす
ることにより耐酸性を向上する。
0℃で焼成することにより−C2H5基の残存をなくす
ることにより耐酸性を向上する。
第3表 課題の解決手段
〔作用〕
シリカゲル膜の構造は下記のようになっている。
ここで、−DH基に820が選択的に吸着され、他成分
はシリカゲル膜の細孔内に侵入することを妨害される。
はシリカゲル膜の細孔内に侵入することを妨害される。
一方、−DH基に吸着された8、0は細孔内を移動し減
圧された側で真空蒸発する。
圧された側で真空蒸発する。
以上のようにして、シリカゲル膜の−OH基により、有
機酸中の)+20が選択的に分離・除去される。この状
態の模式図を第2図に示す。
機酸中の)+20が選択的に分離・除去される。この状
態の模式図を第2図に示す。
以下、本発明の一実施例を示す。
基材の無機多孔体として、日本ガイシ■製セラミック管
(平均細孔径0.5μm1外径10闘、長さ500mm
)を使用し、以下の処理を行った。
(平均細孔径0.5μm1外径10闘、長さ500mm
)を使用し、以下の処理を行った。
(1) シリカゾル1の調製
ビーカ内に第4表に示す組成の薬剤をいれ、常温でスタ
ー5で急速攪拌・混合した。攪拌を継続したまま、80
℃(沸騰状態)に予熱すると発熱反応を開始し、約20
〜25分で粘度が急速に高くなる。沸騰開始後25分、
20分、15分の液をそれぞれ冷却し、1−A、 1−
B、、 、1−C液とする。1−C液はやや粘度が高い
液であり、1−B液はさらに粘度が高く、常温に冷却す
るとゼリー状の液である。1−A液は常温冷却により固
化する状態にある。
ー5で急速攪拌・混合した。攪拌を継続したまま、80
℃(沸騰状態)に予熱すると発熱反応を開始し、約20
〜25分で粘度が急速に高くなる。沸騰開始後25分、
20分、15分の液をそれぞれ冷却し、1−A、 1−
B、、 、1−C液とする。1−C液はやや粘度が高い
液であり、1−B液はさらに粘度が高く、常温に冷却す
るとゼリー状の液である。1−A液は常温冷却により固
化する状態にある。
第4表 シリカゾル調製の組成
(2) シリカゾル2の調製
ビーカ内に第4表に示す組成の薬剤を入れ、常温でスタ
ー5により60分間攪拌・混合し、シリカゾル2とした
。
ー5により60分間攪拌・混合し、シリカゾル2とした
。
(3) シリカゾルの担持方法
l) シリカゾルl液の担持
■ 無機多孔体よりなる管を前記シリカゾル(1−A)
液中に浸漬して該多孔体表面にシリカゾルを担持した。
液中に浸漬して該多孔体表面にシリカゾルを担持した。
■ 該多孔体を200℃に設定した電気炉内で10分間
焼成した。
焼成した。
■ 次に該多孔体を300℃に設定した電気炉内で10
分間焼成した。
分間焼成した。
■ 次に該多孔体を400℃に設定した電気炉内で10
分間焼成した。
分間焼成した。
■ 次に該多孔体を500℃に設定した電気炉内で10
分間焼成した。
分間焼成した。
■ 上記■〜■の操作を2回繰り返した。
■ 次に1−B液を使用して上記■〜■の処理を行った
。
。
■ 次に1−C液を使用して上記■〜■の処理を行った
。
。
2) シリカゾル2液の担持
次にシリカゾル2液を使用して上記■〜■の処理を行っ
た。
た。
上記の方法によって製作したシリカゲルを担持したセラ
ミック管を使用し、第3図に示す装置を使用して有機酸
/水の分離実験を行った。
ミック管を使用し、第3図に示す装置を使用して有機酸
/水の分離実験を行った。
内径30mmの循環式ガラス容器1内に有機酸水溶液3
50ccを入れ、モータ2の回転により液を循環させな
からヒータ3により昇温し、熱電対により測温しながら
温度調節器5により液温を一定に制御した。
50ccを入れ、モータ2の回転により液を循環させな
からヒータ3により昇温し、熱電対により測温しながら
温度調節器5により液温を一定に制御した。
所定温度に達した後、真空ポンプ(図示省略)を作動さ
せて、ゲルを担持したセラミックス管6の内部をI T
orrに吸引した。セラミックス管6を透過したガスは
、液体窒素で冷却されたガラス容器7内に凝縮させ、そ
の重量を計測することにより分離性能を測定した。なお
、第3図ここで、分離係数α= ((1−y)/y )
/((1−x)/x ) X :原料中の溶剤の組成(モル%) y :透過ガス中の溶剤の組成 (モル%) 無機多孔体のみの膜の場合には、分離性能が全熱なかっ
た。
せて、ゲルを担持したセラミックス管6の内部をI T
orrに吸引した。セラミックス管6を透過したガスは
、液体窒素で冷却されたガラス容器7内に凝縮させ、そ
の重量を計測することにより分離性能を測定した。なお
、第3図ここで、分離係数α= ((1−y)/y )
/((1−x)/x ) X :原料中の溶剤の組成(モル%) y :透過ガス中の溶剤の組成 (モル%) 無機多孔体のみの膜の場合には、分離性能が全熱なかっ
た。
(実験例1) 酢酸/水の分離実験
第8図は酢酸/水系における上流側の酢酸濃度と水・酢
酸の透過量及び透過ガス中の酢酸濃度の相関を示す図表
、第9図は酢酸/水系における上流側酢酸濃度と分離係
数の相関を示す図表である。
酸の透過量及び透過ガス中の酢酸濃度の相関を示す図表
、第9図は酢酸/水系における上流側酢酸濃度と分離係
数の相関を示す図表である。
(実験例2) アクリル酸/水の分離実験第10図はア
クリル酸/水系における上流側のアクリル酸濃度と水・
アクリル酸の透過量及び透過ガス中のアクリル酸濃度の
相関を示す図表、第11図はアクリル酸/水系における
上流側アクリル酸濃度と分離係数の相関を示す図表であ
る。
クリル酸/水系における上流側のアクリル酸濃度と水・
アクリル酸の透過量及び透過ガス中のアクリル酸濃度の
相関を示す図表、第11図はアクリル酸/水系における
上流側アクリル酸濃度と分離係数の相関を示す図表であ
る。
(実験例3) プロピオン酸/水の分離実験第12図は
プロピオン酸/水系における上流側のプロピオン酸濃度
と水・プロピオン酸の透過量及び透過ガス中のプロピオ
ン酸濃度の相関を示す図表、第13図はプロピオン酸/
水系における上流側プロピオン酸濃度と分離係数の相関
を示す図表である。
プロピオン酸/水系における上流側のプロピオン酸濃度
と水・プロピオン酸の透過量及び透過ガス中のプロピオ
ン酸濃度の相関を示す図表、第13図はプロピオン酸/
水系における上流側プロピオン酸濃度と分離係数の相関
を示す図表である。
(実験例4)
第14図はアクリル酸/水系の長時間(110時間)連
続分離実験の結果を示す図表である。
続分離実験の結果を示す図表である。
図中○印は、化学工学協会第54年余で発表した方法で
製造した分離膜を使用して行った実験結果を示し、口印
は本発明の実施例で示す方法で製造した分離膜を使用し
、第3図の実験装置で行った分離実験結果を示す。
製造した分離膜を使用して行った実験結果を示し、口印
は本発明の実施例で示す方法で製造した分離膜を使用し
、第3図の実験装置で行った分離実験結果を示す。
この結果、本発明の実施例で示す方法で製造した分離膜
は膜性能の変化は全く認められないことが明である。
は膜性能の変化は全く認められないことが明である。
本発明方法で製造された耐酸性複合分離膜は有機酸/水
混合物から水を高分離性能で、しかも高透過流束で分離
することが可能であり、さらに本発明分離膜の製造方法
も容易であることから、本発明は工業上極約て有益であ
る。
混合物から水を高分離性能で、しかも高透過流束で分離
することが可能であり、さらに本発明分離膜の製造方法
も容易であることから、本発明は工業上極約て有益であ
る。
第1図は本発明において使用しつる無機多孔体の種類と
その細孔様の関係を示す図表、第2図は本発明で製造し
た耐酸性複合分離膜の水の選択分離の原理を説明する模
式図、第3図は本発明で製造した耐酸性複合分離膜によ
る有機酸を含む水溶液から水を選択的に分離するのに使
用した実験装置の概略図、第8〜第13図は本発明の実
施例で製造した耐酸性複合分離膜を使用して酢酸/水、
アクリル酸/水、プロピオン酸/水系における分離特性
を示す図表、第14図はアクリル酸/水系の長時間連続
実験の結果を本発明の実施例で製造した耐酸性分離膜及
び化学工学協会54年会で発表した方法で製造した耐酸
性分離膜を使用して比較した図表である。 柩1
その細孔様の関係を示す図表、第2図は本発明で製造し
た耐酸性複合分離膜の水の選択分離の原理を説明する模
式図、第3図は本発明で製造した耐酸性複合分離膜によ
る有機酸を含む水溶液から水を選択的に分離するのに使
用した実験装置の概略図、第8〜第13図は本発明の実
施例で製造した耐酸性複合分離膜を使用して酢酸/水、
アクリル酸/水、プロピオン酸/水系における分離特性
を示す図表、第14図はアクリル酸/水系の長時間連続
実験の結果を本発明の実施例で製造した耐酸性分離膜及
び化学工学協会54年会で発表した方法で製造した耐酸
性分離膜を使用して比較した図表である。 柩1
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 無機多孔体の細孔内に、エトキシ基またはメトキシ基
を含むアルコキシシランの加水分解を経て得られたシリ
カゲルを担持してなる耐酸性複合分離膜の製造方法にお
いて、 (1)シリカゾルの原料であるアルコキシシランと水と
酸触媒の混合割合を変化させて製造する複数の種類のシ
リカゾルの調製条件において、担持するシリカゾルの原
料調合割合をシリカゾル1用とシリカゾル2用の2種類
に区別し、 (2)シリカゾル1用原料のアルコキシシランに対する
水の重量比を0.5〜2.0とし、かつ、反応触媒とし
て、アルコキシシランに対する酸触媒の重量比を0.0
1〜0.1とし、 (3)シリカゾル2用原料のアルコキシシランに対する
水の重量比を2.0〜50とし、かつ、反応触媒として
、アルコキシシランに対する酸触媒の重量比を0.01
〜0.5とし、 (4)前記シリカゾル1用原料を沸騰状態に保持し、沸
騰開始後約25分、約20分及び約 15分の液をそれぞれ、1−A、1−B及び1−C液と
し、 (5)前記シリカゾル2用原料を常温で30分〜90分
間攪拌・混合してシリカゾル2を製造し、 (6)多孔質基材の表面上に前記シリカゾル1−A液を
担持した後、該多孔質基材を約200℃に設定した電気
炉内で5〜15分間焼成し、次に該多孔体を約300℃
に設定した電気炉内で5〜15分間焼成し、次に該多孔
質基材を約400℃に設定した電気炉内で5〜15分間
焼成し、次に該多孔質基材を約500℃に設定した電気
炉内で5〜15分間焼成し、 (7)該シリカゾル1−A液を担持した多孔質基材の表
面に更にシリカゾル1−A液を担持した後、前記(6)
の操作を2〜3回繰り返し、 (8)次に該シリカゾル1−A液を担持した多孔質基材
の表面上に更にシリカゾル1−B液を使用して上記(6
)〜(7)と同様の処理を行い、 (9)次に該シリカゾル1−B液を担持した多孔質基材
の表面上にシリカゾル1−C液を使用して上記(6)〜
(7)と同様の処理を行い、 (10)次に前記シリカゾル1−A、1−B及び1−C
液を担持してなる多孔質基材の表面上に前記シリカゾル
2液を担持し、該多孔体を約200℃に設定した電気炉
内で5〜15分間焼成し、次に該多孔質基材を約300
℃に設定した電気炉内で5〜15分間焼成し、次に該多
孔質基材を約400℃に設定した電気炉内で5〜15分
間焼成し、次に該多孔質基材を約500℃に設定した電
気炉内で5〜15分間焼成し、 (11)該シリカゾル2液を担持した多孔質基材の表面
に更にシリカゾル2液を担持した後、前記(10)の操
作を2〜3回繰り返す ことを特徴とする耐酸性複合分離膜の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2172639A JP2808479B2 (ja) | 1990-07-02 | 1990-07-02 | 耐酸性複合分離膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2172639A JP2808479B2 (ja) | 1990-07-02 | 1990-07-02 | 耐酸性複合分離膜の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0463119A true JPH0463119A (ja) | 1992-02-28 |
JP2808479B2 JP2808479B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=15945614
Family Applications (1)
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