JPH0767528B2 - 凝縮性ガス成分の凝縮分離用セラミツク膜構造体およびその製造方法 - Google Patents

凝縮性ガス成分の凝縮分離用セラミツク膜構造体およびその製造方法

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JPH0767528B2
JPH0767528B2 JP62042913A JP4291387A JPH0767528B2 JP H0767528 B2 JPH0767528 B2 JP H0767528B2 JP 62042913 A JP62042913 A JP 62042913A JP 4291387 A JP4291387 A JP 4291387A JP H0767528 B2 JPH0767528 B2 JP H0767528B2
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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、空気中の水分の凝縮分離、アルコールの凝縮
分離などに用いる凝縮性ガス成分の凝縮分離用セラミツ
ク膜構造体およびその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
凝縮性ガス成分の凝縮分離は、多孔質膜の微細孔内にて
凝縮性ガス成分を毛管凝縮させて同ガス成分を非(難)
凝縮性ガス成分から分離させるもので、近年種々研究さ
れている。
その一例として「化学装置」第61頁〜第65頁(1985年11
月号、工業調査会発行)に示されているように、セラミ
ツク製の多孔質管の外表面に微細孔を有するシリカゲル
薄膜、アルミナゲル薄膜を担持させた構造体を用いて空
気中の水分の分離除去、アルコールの分離濃縮を行つて
いる例がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、前記刊行物にはかかる構造体を工業的規模で利
用する具体的手段が全く示されておらず、その具体的手
段の提案が望まれている。
本発明は従来公知のセラミツクハニカム構造体に着目
し、同様の構造にて前記刊行物に示された構造体と同様
の分離機能を付与することにより工業的に有利な凝縮分
離用セラミツク膜構造体を提供しようとするものであ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、 (1) 多数の連続細孔を有する多孔質隔壁にて区画さ
れた多数の貫通孔が並列かつ一列に並んだ貫通孔部と、
多数の貫通孔の隔壁により構成される貫通孔部の側壁を
介して該貫通孔部と隣接する一つの空間で構成される閉
塞空間部とを備え、前記貫通孔部と閉塞空間部とが交互
に位置するようなセラミツク構造体であつて、前記閉塞
空間部に吸引孔又は吸引パイプを有する共に、前記貫通
孔の隔壁内面に凝縮性ガス成分を凝縮させる多数の連続
細孔を有するセラミツク薄膜を担持してなる凝縮性ガス
成分の凝縮分離用セラツク膜構造体、及び (2) 多数の連続細孔を有する多孔質隔壁にて区画さ
れた多数の貫通孔が並列かつ一列に並んだ貫通孔部と、
多数の貫通孔の隔壁により構成される貫通孔部の側壁を
介して該貫通孔部と隣接する一つの空間で構成される閉
塞空間部とを備え、前記貫通孔部と閉塞空間部とが交互
に位置するようなセラミツク構造体を形成し、ついで該
セラミツク構造体の前記貫通孔から凝縮性ガス成分を凝
縮させる多数の連続微細孔を有するセラミツク薄膜の形
成用スラリーを内部に侵入させ、前記貫通孔の内壁にセ
ラミツク薄膜を担持させることを特徴とする凝縮性ガス
成分の凝縮分離用セラミツク膜構造体の製造方法 に関するものである。
本発明における基礎構造体はセラミツク原料の微粉に有
機バインダー、可塑剤を加えて混練してなる調合物をダ
イスから押し出し、かつこれを焼成してなるものであ
り、セラミツク原料としてはアルミナ、シリカ、ムライ
ト、コージエライト等が採用される。また有機バインダ
ーとしてはポリビニルアルコール、メチルセルロースな
どのセラミツクの成形の際に通常使用される有機バイン
ダーが、可塑剤としてはグリセリン、ワツクスなどのセ
ラミツクの成形の際に通常使用させる可塑剤が採用され
る。
かかるセラミツク基礎構造体は多数の連続細孔を有する
多孔質隔壁にて区画された多数の貫通孔並列かつ一列に
並んだ貫通孔部と、該貫通孔部に隣接し、かつ両端が閉
塞した一つの空間で構成される閉塞空間部とを備え、前
記貫通孔部と閉塞空間部とが交互に配されており、貫通
孔の断面形状は三角形、四角形、その他の多角形、円
形、楕円形等適宜の形状を呈している。なお、多孔質隔
壁の細孔の平均孔径は好ましくは0.2μm〜5μmであ
る。また貫通孔と閉塞空間部は少くとも部分的に共通の
隔壁にて区画されている。
本発明におけるセラミツク膜構造体は、上記のセラミツ
ク基礎構造体の閉塞空間部の壁面に吸引用孔又はパイプ
を有すると共に、貫通孔の内壁に多数の連続微細孔を有
するセラミツク薄膜を担持している。
このセラミツク薄膜は凝縮性ガス成分を凝縮させる多数
の連続微細孔を有するもので、好ましくはアルミニウム
イソプロポキシド、アルミニウム−2−ブチレート等の
アルミニウムアルコラート、アルミニウムトリス(エチ
ルアセトアセテート)、エチルアセトアセテートアルミ
ニウムジイソプロピレート等のアルミニウムキレートを
加水分解して得たアルミナゾルにて形成され、その微細
孔の平均孔径が100Å以下であり、かつ膜厚が5μm〜1
00μmであることが好ましい。セラミツク薄膜形成材料
は上記セラミツク基礎構造体の貫通孔の開口から供給さ
れ、その内壁に付着され、適宜の処理、例えばケイ酸塩
水溶液に浸漬し、次いで高温水蒸気中での水蒸気処理に
付されて薄膜に形成される。
〔作用〕
上記構成のセラミツク膜構造体においては、凝縮性ガス
と非凝縮性ガスとが混合する被処理ガスをセラミツク膜
構造体の一端に供給し、吸引用孔又はパイプから吸引す
れば、同被処理ガスはエラミツク膜構造体の一端の開口
から貫通孔部に入りセラミツク薄膜および隔壁を通過し
ようとする。この際、被処理ガス中の凝縮性ガスがセラ
ミツク薄膜の微細孔内にて凝縮すると共に、この凝縮物
が同微細孔を通過して多孔質隔壁の細孔内に達すると気
化し、凝縮性ガスはこの状態を順次繰返してセラミツク
薄膜および隔壁を通過してセラミツク膜構造体の閉塞空
間部の壁面に設けた吸引用孔又はパイプから吸引されて
流出する。一方、被処理ガス中の被凝縮性ガスは凝縮性
ガスの凝縮物により微細孔の通過を抑制され、セラミツ
ク膜構造体の他端の開口部から流出する。
〔実施例〕
第1図は本発明の方法によつて製造された本発明のセラ
ミツク膜構造体を採用した除湿装置を示す図である。当
該除湿装置は、本体ケース1内に本発明のセラミツク膜
構造体2を収容してなるもので、上下一対の支持部材1
2,13を介してケース1内に支持されている。ケース1は
被処理ガス流入口11aと2つのガス流出口11b,11cを備え
ていて、未処理の被処理ガス(例えば、空気)イが流入
口11aを通して供給され、流出口11b側から図示しない吸
引手段にて吸引され、未処理空気中の凝縮性のガスであ
る例えば水蒸気ハがセラミツク膜および隔壁を通過して
流出する。処理後の空気ロは流出口11cから流出する。
上記のセラミツク膜構造体2は第2図と、その断面図で
ある第3図に一例を示すように多孔質隔壁21aによつて
区画された多数の貫通孔21cが並列かつ一列に並んだ貫
通孔部と、該貫通孔部に隣接して一つの空間で構成され
る閉塞空間部21dを持ち、貫通孔部と閉塞空間部21dとが
交互に位置するようなセラミツク構造体を基礎構造体21
とするもので、この基礎構造体21(以下、単に構造体と
いう)の各貫通孔21cは断面四角形を呈し、構造体21の
長手方向へ互に並列的に延びている。
かかる構造体21は前記したようにセラミツク原料の微粉
に有機バインダーと可塑剤を加えて混練してなる調合物
を押出し成形によつて例えば第4図(第2、3図中の貫
通孔部を構成する部材)と第5図(第2、3図中の閉塞
空間部21dを構成する部材)に示す成形体を得、これら
を交互に重ね合わせて焼成することによつて製造するこ
とができる。なお、第5図の点線で示した部分は成形後
に切り取る部分である。
また、第5図の成形体に代えて第6図あるいは第7図に
示す成形体を採用することもできる。
また、第8図に示すハニカム成形体を得、偶数段又は奇
数段のいずれかの縦の隔壁を貫通孔の両端から第9図の
ように少しかき取つてその部分を目封じすると共に、ハ
ニカム成形体の側面の目封じした各段に相当する1ケ所
(第8図の点線部)に穴を開けて外部と連通させること
によつて閉塞空間部21dとし、他の部分を貫通孔部21cと
して製造することもできる。
第2、3図に示す各貫通孔21cを区画する多数の隔壁21a
は多数の連続細孔を有する多孔質隔壁である。
第10図はかかる隔壁21aと後述するセラミツク薄膜22の
断面を超拡大した局部の模型断面を示す図であるが、隔
壁21aの細孔21bの平均細孔径は好ましくは0.2μm〜5
μmである。平均孔径が0.2μm以上であれば被処理ガ
スのガス拡散が妨害されることなく、また平均孔径が5
μm以下であればセラミツク薄膜22の形成時に薄膜内で
のクラツクやピンホール等の発生が防止され、かつ均一
な膜厚の形成が可能になる。なお、隔壁21aの厚みは任
意であるが、強度上および加工上0.5〜3mm程度であるこ
とが好ましい。
本実施例のセラミツク膜構造体2は、第2、3図に示す
ように両端開孔の貫通孔21cによって構成される貫通孔
部と該貫通孔部に隣接する両端閉塞空間部21dとが交互
に配されている。両端閉塞空間部21dの両端を閉塞して
いる部材21e,21fは隔壁21aと同様の材質で、その外側に
非多孔質の気密性材料である釉薬を施してなり、閉塞空
間部21dを気密的に密封している。
更に、セラミツク膜構造体2の外側も釉薬を施し、セラ
ミツク膜構造体2全体を気密的に密封している。そし
て、互いに隣接する貫通孔部と閉塞空間部21dとはそれ
らの一辺を共通の隔壁21aにて区画されている。各貫通
孔21cを構成する隔壁21aの内面にセラミツク薄膜22が担
持されており、閉塞空間部21dにはその側面に吸引孔21g
が設けられている。
セラミツク薄膜22は第10図に示すように凝縮性ガス成分
を凝縮させるための多数の連続微細孔22aを有し、微細
孔22aの平均細孔径は100Å以下であり、かつその膜厚は
5μm〜100μmである。本実施例においては、空気中
の水蒸気の凝縮効果、透過速度等を考慮して微細孔の平
均孔径が10Å、膜厚が10μmに調整されている。
かかるセラミツク薄膜22は前記したようにアルミニウム
アルコラートやアルミニウムキレートを加水分解して得
たアルミニウムゾル中に構造体21を浸漬して、このゾル
を各貫通孔21c内に導入し、隔壁21aの貫通孔21c側内面
に吸引担持させる。この時吸引孔21gはテープ貼付のご
とき手段をもつてゾルの侵入を防止する。その後、ケイ
酸ナトリウム水溶液で処理し、さらに高温水蒸気で処理
することによりセラミツク薄膜22が形成される。本実施
例においては、水100gに対し5gのアルミニウムイソプロ
ポキシドを80〜90℃に保持した水中に添加し、アルミニ
ウムイソプロポキシドを加水分解した。これに、0.6ml
の濃硝酸を加え、80〜90℃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、構造体21を5
分間浸漬した後、0.1モル/のケイ酸ナトリウム水溶
液に1時間浸漬し、100℃の水蒸気中において1時間保
持した後、90℃の熱水中に1分間浸漬し、アルカリを洗
浄除去した。
かかる構成のセラミツク膜構造体2を採用した第1図の
除湿装置においては、ケース1の流入口11a側から未処
理空気イを所定の流速で供給し、かつ流出口11b側から
図示省略の真空ポンプにより吸引する。これにより、供
給された空気はセラミツク膜構造体2における各貫通孔
21cの下端から同貫通孔21c内に流入し、除湿された空気
がケース1の流出口11cから流出し、かつ水蒸気が各セ
ラミツク薄膜22および隔壁21aを透過し、各吸引孔21gを
通して流出口11bから流出する。
第10図は空気がセラミツク薄膜22および隔壁21aを透過
する際の模型図であり、同図の矢印で示すように空気が
セラミツク薄膜22を通過しようとすると、空気中の水蒸
気が微細孔22a内にて凝縮して同孔22a内を隔壁21a側へ
移動し、隔壁21aの細孔21bに達する。細孔21bに達した
凝縮水分Hは同細孔21b内で気化して隔壁21aを透過し、
閉塞空間部21d内に流入する。この際、凝縮した水分は
微細孔22aの多くの部分を閉塞するため同孔22aを空気が
透過することが阻止される。これにより、空気中の水蒸
気(湿気)が分離され、流出口11cからは除湿された空
気が流出し、かつ流出口11bからは水分が流出する。
第11図、第12図は吸引孔21gの代りに、吸引パイプ30を
取付けたものである。なお第11図は吸引パイプ30をセラ
ミツク膜構造体2の側面に取付けたものであり、第12図
は被処理ガスの流れ方向と同一方向に取付けたものであ
る。
〔発明の効果〕
上記したように本発明によれば、セラミツク構造体を基
礎構造体として同構造体の多数の隔壁に凝縮性ガスの分
離機能を持たせているので、分離機能を有する隔壁の単
位容積当りの有効面積が極めて高い。また各隔壁は全て
一体的に結合しているため、各隔壁を構成する多数の部
材を一体化する手段を要せず、かつ強度的にも極めて強
い。従つて、かかるセラミツク膜構造体は凝縮性ガスの
凝縮分離用構造体として工業的に極めて有利である。
また本発明によれば、押出し成形、成形体の重ね合せ、
焼成、熱処理などにより、上記の基礎構造体を作製し、
次いで同構造体における各貫通孔の開口端からアルミナ
ゾルを付与して、同貫通孔の内壁にセラミツク薄膜を担
持して形成するため、特別に難しい手段や煩雑な手段を
用いることがなく、従つてセラミツク膜構造体を容易に
製造することができる。
また前述の実施例においては空気中の水分を凝縮分離す
るためのセラミツク膜構造体の例をあげたが、本発明で
はセラミツク薄膜の微細孔の平均孔径を適切に設定する
ことにより、硫化水素、アンモニア等の無機ガス、アル
コール、アルデヒド、カルボン酸などの有機ガスを非凝
縮性ガス中から凝縮分離することもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係るセラミツク膜構造体を
採用した除湿装置の概略構成図、第2図は同膜構造体の
基礎構造体であるセラミツク構造体の拡大部分斜視図、
第3図は第2図のセラミツク構造体にセラミック薄膜を
形成させたセラミツク膜構造体の拡大部分の縦断面図、
第4図及び第5図はセラミツク構造体を製造する上で交
互に積み重ねるべき成形体の形状例を示す図、第6図及
び第7図は第5図の成形体に代えて用いられうる成形体
の形状例を示す図、第8図は第4〜7図の成形体に代え
て用いられるセラミツクハニカム構造体を示す図、第9
図は第8図のセラミツクハニカム構造体の奇数段の縦の
隔壁をカキ取つた状況を示す拡大図、第10図はセラミツ
ク膜構造体における隔壁部分の超拡大断面模型図、第11
図及び第12図は本発明の他の実施例に係るセラミツク膜
構造体を示す図である。 2……セラミツク膜構造体、21……基礎構造体、21a…
…膜壁、21b……細孔、21c……貫通孔、21d……閉塞空
間部、22……セラミツク薄膜、22a……微細孔
フロントページの続き (72)発明者 藤田 恭 愛知県名古屋市瑞穂区弥富町月見ケ岡20− 18 (56)参考文献 実開 昭59−193518(JP,U) 特公 平5−9126(JP,B2) 化学装置,27〔11〕(1985)工業調査会 P.60−65

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多数の連続細孔を有する多孔質隔壁にて区
    画された多数の貫通孔が並列かつ一列に並んだ貫通孔部
    と、多数の貫通孔の隔壁により構成される貫通孔部の側
    壁を介して該貫通孔部と隣接する一つの空間で構成され
    る閉塞空間部とを備え、前記貫通孔部と閉塞空間部とが
    交互に位置するようなセラミック構造体であって、前記
    閉塞空間部に吸引孔又は吸引パイプを有すると共に、前
    記貫通孔の隔壁内面に凝縮性ガス成分を凝縮させる多数
    の連続細孔を有するセラミック薄膜を担持してなる凝縮
    性ガス成分の凝縮分離用セラミック膜構造体。
  2. 【請求項2】多数の連続細孔を有する多孔質隔壁にて区
    画された多数の貫通孔が並列かつ一列に並んだ貫通孔部
    と、多数の貫通孔の隔壁により構成される貫通孔部の側
    壁を介して該貫通孔部に隣接する一つの空間で構成され
    る閉塞空間部とを備え、前記貫通孔部と閉塞空間部とが
    交互に位置するようなセラミック構造体を形成し、つい
    で該セラミック構造体の前記貫通孔から凝縮性ガス成分
    を凝縮させる多数の連続微細孔を有するセラミック薄膜
    の形成用スラリーを内部に侵入させ、前記貫通孔の内壁
    にセラミック薄膜を担持させることを特徴とする凝縮性
    ガス成分の凝集分離用セラミック膜構造体の製造方法。
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JP2009072698A (ja) * 2007-09-20 2009-04-09 Toyo Ink Mfg Co Ltd 有機溶剤の回収方法および回収溶剤の再利用方法
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