JPH0632610A - A型またはフォージャサイト型ゼオライト膜の製造方法 - Google Patents

A型またはフォージャサイト型ゼオライト膜の製造方法

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JPH0632610A
JPH0632610A JP19085692A JP19085692A JPH0632610A JP H0632610 A JPH0632610 A JP H0632610A JP 19085692 A JP19085692 A JP 19085692A JP 19085692 A JP19085692 A JP 19085692A JP H0632610 A JPH0632610 A JP H0632610A
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JP
Japan
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zeolite
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substrate
aqueous solution
faujasite
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JP19085692A
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Hidekazu Ido
秀和 井戸
Yuji Horii
雄二 堀井
Keita Yura
慶太 由良
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板に密着したA型またはフォージャサイト
型ゼオライト膜を簡単に合成する方法を提供することに
ある。 【構成】 酸化けい素を主成分とする物質からなる基板
を、ナトリウムイオンとアルミン酸イオンの共存する水
溶液中に浸漬し、ゼオライトを結晶化させてA型または
フォージャサイト型ゼオライト膜を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は膜状のA型またはフォー
ジャサイト型ゼオライトを合成する方法に関し、詳細に
は、ゼオライトの有する特異な形状選択性(分子篩い効
果)や極性効果をさらに有効に利用できる膜状形態とす
ることによって、気体・気液分離膜として活用でき、し
かも石油精製用触媒としても有用である膜状ゼオライト
の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、吸着材や触媒等に利用されるゼオ
ライトの形状は粒状であった。使用形状を膜状にするこ
とができれば、被処理物の連続処理操作が可能となり、
分離生成物中の不純物を大きく削減でき、さらに合成反
応においては収率も改善できるという利点がある。この
観点からゼオライトを膜状にする試みがいくつか行なわ
れている。例えば、予め合成したゼオライト粉末を多孔
質支持体の細孔内に圧入または吸引担持する方法(特開
昭61-107902 号公報)、調製済ゼオライト前駆体を細孔
内に担持した後にゼオライト化する方法(特開昭60-288
26号公報)、ガラス化合物を水酸化ナトリウムおよび有
機窒素含有カチオンを含む水溶液中で水熱処理し、ペン
タシル型ゼオライトの膜をガラス表面に合成させる方法
(特開昭59-213615 号公報)等がある。
【0003】しかしながら、特開昭61−107902号や同60
-28826号の方法では、ゼオライト合成と多孔質体への担
持とが別々の工程となっていて煩雑である。特に前者で
はゼオライトを粒径に応じて分別する工程も必要であっ
た。さらに、多孔質体とゼオライト粉末は単に界面接触
しているだけであり何の結合力も働いていないため、実
際に使用する際にゼオライト粉末あるいはゼオライト膜
が剥離してしまうという問題があった。一方、特開昭59
−213615号の方法では、水溶液中のナトリウムイオンの
濃度がNa2O/H2O= 0〜0.01(モル比)と低いために、生
成ゼオライトがペンタシル型ゼオライトにしかならない
という点に問題がある。ペンタシル型ゼオライトは石油
クラッキング等の触媒用途には利用可能であるが、ガス
および小分子径の液体分離には有効でないためである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであって、その目的は、基板に密着
したA型またはフォージャサイト型ゼオライト膜を簡単
に合成する方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の構成は、酸化け
い素を主成分とする物質からなる基板を、アルミン酸イ
オンの存在する水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬し、ゼ
オライトを結晶化させてA型またはフォージャサイト型
ゼオライト膜を製造するところにある。また溶液中の好
ましいナトリウムイオン濃度は0.5mol/l以上、アルミン
酸イオン濃度は0.02mol/l 以上である。
【0006】
【作用】本発明は、シリカとして知られる酸化けい素を
主成分とする物質を基板として用い、ナトリウムイオン
とアルミン酸イオンとが共存している水溶液中に該基板
を浸漬し、基板表層をゼオライト化させるものである。
本発明法によれば、酸化けい素を主成分とする基板自体
がゼオライト膜の原料であり、かつ基板表面がゼオライ
ト膜化されるため、合成と添着を同時に進行させること
ができ、工程が簡潔化される。また、鉱化剤や有機窒素
含有カチオンも不要であるため、簡便である。生成した
ゼオライト膜は基板に良好に密着しており、空隙のない
均一なものである。さらに本発明法によれば、形成され
るゼオライト膜はA型またはフォージャサイト型である
ので、前者はガスおよび小分子径の液体分離膜として、
後者はこれら以外に固体酸触媒としても有用である。以
下本発明を詳細に説明する。
【0007】まず本発明において用いられる基板は、け
い酸源となるものであり、水酸化ナトリウム水溶液中で
けい酸イオンを溶出できれば特に限定されないが、生成
ゼオライト膜を分離膜として利用するためには基板が多
孔質体であることが好ましく、具体的には、ほうけい酸
ガラス、石英ガラス、シリカアルミナ、ムライト等が挙
げられる。基板から溶出したけい酸イオンは、水溶液中
のアルミン酸イオンと反応し、ゼオライトの結晶核を基
板表面に形成する。この結晶核は基板から次々に供給さ
れるけい酸イオンを取り込みながら基板に向かって成長
し、基板表面に結晶が埋め込まれた形でゼオライト膜が
合成されるのである。
【0008】本発明では、水酸化ナトリウム水溶液中の
ナトリウムイオン濃度は0.5mol/l以上が適している。よ
り好ましい濃度範囲は 1.0〜2.5mol/lである。ナトリウ
ムイオンが0.5mol/lより少ないと、基板中からのけい酸
イオン溶出速度が著しく低くなり、ゼオライト結晶の析
出に必要なけい酸イオン濃度に達することができないた
め、ゼオライト膜が形成されなくなる。このナトリウム
イオンは水酸化ナトリウムを水に溶かすことによって供
給できるが、後述のアルミン酸ナトリウムを使用する場
合にはアルミン酸イオンとナトリウムイオンを同時に供
給できるため、ナトリウムイオンはアルミン酸ナトリウ
ムと水酸化ナトリウムの両者によって供給されても良
い。
【0009】一方、アルミン酸イオンを供給するための
化合物としては、アルミン酸ナトリウムの他に、活性ア
ルミナ、γ−アルミナ、アルミナ3水和物、硝酸アルミ
ニウム、硫酸アルミニウム等が利用できる。水溶液中の
アルミン酸イオンの濃度は0.02mol/l 以上が適してお
り、より好ましい濃度範囲は0.05〜0.25mol/l である。
アルミン酸イオンが0.02mol/l より少ないと、けい酸イ
オンとアルミン酸イオンが反応して結晶化する前に、け
い酸イオンやアルミン酸イオンの重合が先行するために
生成物が非晶質となりやすく好ましくない。特にナトリ
ウムイオンおよびアルミン酸イオンを、上記のより好ま
しい濃度範囲内に設定すると、生成ゼオライトの緻密
性、基板との密着性に特に優れたゼオライト膜が得られ
る。
【0010】上記ゼオライト膜の合成反応は、50〜100
℃の範囲内で行なうことが好ましい。50℃より低い温度
では、けい酸イオンの生成速度が遅くなり、ゼオライト
結晶の析出に必要なけい酸イオン濃度に達することがで
きないため、ゼオライト膜が形成されなかい。また50℃
付近では結晶析出までに長時間かかることがあるので、
反応時間を長くする必要がある。一方 100℃より高い反
応温度の場合は、水蒸気による容器内の圧力上昇が問題
となるほか、けい酸イオンの生成速度が速過ぎて、基板
と水溶液との界面付近のけい酸イオン濃度が急激に大き
くなるため、A型またはフォージャサイト型よりも、P
型ゼオライトが生成し易くなって好ましくない。なお、
P型ゼオライトは細孔径が0.26nmと小さいため、分離膜
としての実用性に乏しい。本発明によって形成されるゼ
オライト膜はA型またはフォージャサイト型であるの
で、前者はガスおよび小分子径の液体分離膜として、後
者はこれら以外に固体酸触媒としても有用である。
【0011】本発明におけるゼオライト膜の合成時間
は、反応温度に応じて適宜調整すれば良い。反応終了後
には、溶液を冷却し、表層がゼオライト膜化した基板を
取り出して、水洗、乾燥することによってA型またはフ
ォージャサイト型ゼオライト膜を得ることができる。
【0012】
【実施例】以下実施例によって本発明をさらに詳述する
が、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・
後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て
本発明の技術範囲に包含される。まず、下記のA、B2
種類の母液を調製した。この母液A、Bは実験条件に合
わせて水と共に表1に示すような種々の比率で混合され
る。 A:アルミン酸イオン 0.25mol/l, ナトリウムイオン
1.0mol/lを含有する水酸化ナトリウム水溶液 B:5.0mol/lの水酸化ナトリウム水溶液
【0013】次に細孔径 300nmの多孔質ホウケイ酸ガラ
ス(SiO2:80重量%,Al23:6重量%,B23:
12重量%)を、ポリエチレン製の容器に満たしたA及び
B液と水との混合溶液中に浸漬し、所定の温度および時
間でゼオライト膜を合成した。その後多孔質ガラスを取
り出し、水洗した後デシケータ内で常温で24時間乾燥
した。得られた基板表面のX線回折測定によって、ゼオ
ライト生成の有無、生成したゼオライトの結晶型の確認
を行なった。それぞれの実験番号、反応条件および得ら
れたゼオライトの結晶型を表1に示した。フォージャサ
イト型はX型とした。
【0014】
【表1】
【0015】図1には実験No.2の基板表面のX線回折図
形を示した。図1のX線回折図形はA型ゼオライトと同
定された。表1中の他の実験例も同様にして同定した。
また図2および3には、実験No.2における基板表面およ
び断面のゼオライト結晶構造の図面代用走査型電子顕微
鏡写真を示す。図2より、基板表面がゼオライトの緻密
な結晶に覆われていることが、図3より上下両表層のゼ
オライト膜の厚さがそれぞれ約60μmになっていること
がわかる。図4には、実験No.12 における基板表面の図
面代用走査型電子顕微鏡写真を示したが、ゼオライト結
晶はなく、多孔質ガラスの組織のみが観察された。
【0016】No.5において、P型ゼオライトとなったの
は、反応時間が 100時間と長過ぎて溶液中のけい酸イオ
ン濃度が高くなったためである。No.7において、非晶質
が生成したのは、反応温度が50℃と低過ぎて、けい酸イ
オン濃度が結晶化に必要な値まで至らなかったためであ
る。しかし、同じ反応温度、原料溶液のNo.8においてA
型ゼオライト膜が生成したのは、反応時間を 100時間と
No.7の約2倍にしたためけい酸イオン濃度が充分に高く
なって結晶化したものと考えられる。No.11 において、
P型ゼオライトとなったのは、反応温度が 100℃と高過
ぎて、基板の溶出速度が大きくなり、けい酸イオン濃度
が高くなったためである。No.12 が非晶質となったの
は、ナトリウムイオン濃度が0.04mol/l 、アルミン酸イ
オン濃度が0.01mol/l といずれも低いため、ゼオライト
合成反応が進行しなかったためである。
【0017】これらの結果から、反応温度の上昇、反応
時間の増加、アルミン酸イオン濃度の減少というファク
ターによって、生成物は、アモルファス(非晶質)→A
型→フォージャサイト型→P型ゼオライトの順に変化す
る傾向が認められ、また、ナトリウムイオン濃度が0.5m
ol/l以上、アルミン酸イオン濃度が0.02mol/l 以上の反
応溶液濃度で、反応温度が50〜100 ℃であることが本発
明法において適した反応条件であることがわかった。
【0018】
【発明の効果】本発明のゼオライト膜の製造方法を採用
することによって、基板表面をA型またはフォージャサ
イト型のゼオライト膜に変換することができた。このゼ
オライト膜は、緻密であり基板と一体化しているので密
着性も良い。また細孔径の大きなA型またはフォージャ
サイト型ゼオライト膜であるため、分子篩い膜、固体酸
触媒、特にガスや小分子径の液体物質の分離にも利用す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】X線回折図形を示す図である(実験No.2)。
【図2】ゼオライト結晶構造を示す図面代用走査型電子
顕微鏡写真である(実験No.2)。
【図3】ゼオライト結晶構造を示す図面代用走査型電子
顕微鏡写真である(実験No.2)。
【図4】多孔質ガラス粒子構造を示す図面代用走査型電
子顕微鏡写真である(実験No.12)。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化けい素を主成分とする物質からなる
    基板をアルミン酸イオンの存在する水酸化ナトリウム水
    溶液中に浸漬してゼオライトを結晶化させることを特徴
    とするA型またはフォージャサイト型ゼオライト膜の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 上記水酸化ナトリウム溶液中のナトリウ
    ムイオン濃度を0.5mol/l以上、アルミン酸イオン濃度を
    0.02mol/l 以上とする請求項1に記載のA型またはフォ
    ージャサイト型ゼオライト膜の製造方法。
JP19085692A 1992-07-17 1992-07-17 A型またはフォージャサイト型ゼオライト膜の製造方法 Withdrawn JPH0632610A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000507909A (ja) * 1996-03-14 2000-06-27 エクソン ケミカル パテンツ インコーポレイテッド モレキュラーシーブフィルムの調製方法
JP2006176399A (ja) * 2004-11-29 2006-07-06 National Institute Of Advanced Industrial & Technology フィリップサイト型ゼオライト膜及びその製造方法
US7442367B2 (en) 2002-08-16 2008-10-28 Ngk Insulators, Ltd. Production method for zeolite shaped body and production method for zeolite layered composite
JP2013142048A (ja) * 2012-01-11 2013-07-22 Sharp Corp 無アルカリガラスを原料とするゼオライトの製造方法、a型ゼオライトおよびそれを用いた成形体、水浄化剤、土壌改質剤、保肥剤

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JP2000507909A (ja) * 1996-03-14 2000-06-27 エクソン ケミカル パテンツ インコーポレイテッド モレキュラーシーブフィルムの調製方法
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Effective date: 19991005