JPWO2007052497A1 - COMPOSITE SEPARATION MEMBRANE, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND METHOD FOR SEPARATING ORGANIC LIQUID MIXTURE USING THE COMPOSITE SEPARATION MEMBRANE - Google Patents

COMPOSITE SEPARATION MEMBRANE, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND METHOD FOR SEPARATING ORGANIC LIQUID MIXTURE USING THE COMPOSITE SEPARATION MEMBRANE Download PDF

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Abstract

透過性や選択性が優れた高い分離機能を有する工業的に使用可能な複合分離膜、より具体的には、表面の分離層の厚さが極めて薄くても表面のひび割れが発生し難く、工業的な使用に耐え得る強度を有した複合分離膜、複合分離膜の製造方法、および該複合分離膜を用いて有機液体混合物を分離する方法を提供する。無機多孔体を支持体とし、分離層を有する複合分離膜の支持体と分離層の中間に中間層を設ける。該中間層は、支持体および分離層のいずれか一方の線膨張率より大きく他方の線膨張率より小さい線膨張率を有し、また、支持体および分離層のいずれか一方の細孔径より大きく他方の細孔径より小さい細孔径を有する。有機液体混合物の分離には蒸気透過法を用いる。An industrially usable composite separation membrane having a high separation function with excellent permeability and selectivity. More specifically, even if the thickness of the separation layer on the surface is extremely thin, cracks on the surface hardly occur. Provided are a composite separation membrane having strength that can withstand typical use, a method for producing a composite separation membrane, and a method for separating an organic liquid mixture using the composite separation membrane. An inorganic porous body is used as a support, and an intermediate layer is provided between the support and the separation layer of the composite separation membrane having a separation layer. The intermediate layer has a linear expansion coefficient larger than that of one of the support and the separation layer and smaller than the other linear expansion coefficient, and is larger than the pore diameter of either the support or the separation layer. It has a smaller pore size than the other pore size. A vapor permeation method is used to separate the organic liquid mixture.

Description

本発明は、複合分離膜およびその製造方法に関し、特に表面の分離層が薄くかつ割れ難い複合分離膜およびその製造方法に関するものである。また、本発明は、複合分離膜による有機液体混合物の分離方法に関し、特に表面の分離層が薄い複合分離膜の孔径調整により、所望の物質を選択的かつ多量に透過する分離方法に関するものである。   The present invention relates to a composite separation membrane and a method for producing the same, and more particularly to a composite separation membrane having a thin surface separation layer and hardly cracked, and a method for producing the same. The present invention also relates to a method for separating an organic liquid mixture using a composite separation membrane, and more particularly to a separation method for selectively permeating a desired substance in a large amount by adjusting the pore size of a composite separation membrane having a thin surface separation layer. .

気体の分離や液体の分離に用いられる分離膜には、いろいろな種類、形態のものがある。分離膜に求められる機能としては、透過性および選択性を挙げることができ、高い透過性および高い選択性を発揮し得る高機能分離膜が求められている。また、製膜の容易性も重要な要素となる。さらに、工業的な使用に際しては、耐久性や耐熱性を有し耐用期間が長いこと、価格および維持経費などのコストが低いことなどが求められている。   There are various types and forms of separation membranes used for gas separation and liquid separation. The functions required for the separation membrane include permeability and selectivity, and a highly functional separation membrane that can exhibit high permeability and high selectivity is required. In addition, the ease of film formation is an important factor. Further, for industrial use, durability and heat resistance, a long service life, and low costs such as price and maintenance costs are required.

透過性を高めるためには分離膜の厚さを薄くすることが効果的である。しかし、分離膜の厚さを薄くすると強度が弱くなり、ひび割れが生じやすいという問題が生じる。膜にひび割れが生じていると、膜の選択性は著しく低下する。   In order to increase the permeability, it is effective to reduce the thickness of the separation membrane. However, when the thickness of the separation membrane is reduced, the strength is weakened, and there is a problem that cracks are likely to occur. If the membrane is cracked, the selectivity of the membrane is significantly reduced.

また、膜の強度を高めるためには、適切な素材を選択することが必要である。例えば、耐久性、耐熱性の高い素材としては無機多孔体が知られている。   In order to increase the strength of the film, it is necessary to select an appropriate material. For example, an inorganic porous material is known as a material having high durability and heat resistance.

無機多孔体を支持体として用いた分離膜としては、例えば、特許文献1には、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が開示されている。特許文献1に記載の分離膜は、無機多孔体の細孔内にシリカゲルを担持してなる分離膜であり、多孔質基材にシリカゾルを担持させ焼成することで製造される。しかしながら特許文献1に記載の分離膜はシリカ層の厚さが10μm程度もあり、透過抵抗が大きくなるので、透過性という点で必ずしも問題がないとはいえない。また、膜製造時のゾル濃度が高いため、シリカ粒子が大きくなり、これにより孔径が大きくなるので、透過させる物質の選択性にも問題がある。   As a separation membrane using an inorganic porous material as a support, for example, Patent Document 1 discloses a method for producing an acid-resistant composite separation membrane that can selectively separate water from an aqueous solution containing an organic acid. Yes. The separation membrane described in Patent Document 1 is a separation membrane in which silica gel is supported in the pores of an inorganic porous body, and is manufactured by supporting a silica sol on a porous base material and baking it. However, the separation membrane described in Patent Document 1 has a silica layer thickness of about 10 μm, and the permeation resistance is increased. Therefore, it cannot be said that there is a problem in terms of permeability. Further, since the sol concentration at the time of membrane production is high, the silica particles become large, thereby increasing the pore diameter, so there is a problem in the selectivity of the permeating substance.

特許文献2には、多孔性セラミック基材にシリカジルコニア層が積層されてなるセラミック基材に、シリカ金属複合層が積層されてなる気体分離膜が開示されている。しかしながら特許文献2に記載の分離膜はヘリウムまたは水素の分離を目的とするものであるため、分離層の細孔径はヘリウム(He)または水素(H)が透過できる程度の大きさであり、非常に小さい。したがって、水分子および有機物の透過を目的とする本願の分離膜とは細孔径の大きさが異なり、両者は構造が全く異なる分離膜である。Patent Document 2 discloses a gas separation membrane in which a silica metal composite layer is laminated on a ceramic base material in which a silica zirconia layer is laminated on a porous ceramic base material. However, since the separation membrane described in Patent Document 2 is intended for separation of helium or hydrogen, the pore diameter of the separation layer is large enough to allow helium (He) or hydrogen (H 2 ) to pass through. Very small. Therefore, the separation membrane of the present application intended to permeate water molecules and organic substances is a separation membrane having a different pore size and a completely different structure.

非特許文献1には、均一な粒子径を有するシリカゾルを調製し、ゾル−ゲル法によりアルミナ支持体上に薄いシリカ層を形成する方法が開示されている。すなわち、アルミナ支持体の表面を平坦にするために支持体表面にアルミナ粒子を塗布し、その表面に均一な粒子径を有する3種類のシリカゾルを、粒子径の大きいものから順にコーティングすることにより、表面に大きな凹凸のない薄いシリカ層を形成する方法が記載されている。   Non-Patent Document 1 discloses a method of preparing a silica sol having a uniform particle size and forming a thin silica layer on an alumina support by a sol-gel method. That is, by applying alumina particles on the support surface in order to flatten the surface of the alumina support, and coating three types of silica sols having a uniform particle size on the surface in order from the largest particle size, A method for forming a thin silica layer without large irregularities on the surface is described.

また、非特許文献2には上記非特許文献1と同様にアルミナ粒子を塗布して表面を平坦化したアルミナ支持体に、ホットコーティング法によりシリカ−ジルコニアゾルを塗布することにより、厚さが約0.5μmのシリカ−ジルコニアゲル層が形成できることが記載されている。また、シリカゾルは室温に1ヶ月以上静置して熟成させることにより、粒子径の均一なシリカコロイドゾルを調製できることが記載されている。
特許第2808479号公報 特開2005−305425号公報(公開日:平成17(2005)年11月4日) Masashi Asaeda, Kazuto Okazaki and Atushi Nakatani. Preparation of thin porous silica membranes of non-aqueous organic solvent mixtures by pervaporation. Ceramic Transactions, 31, 411-420, 1993. Masashi Asaeda, Jianhua Yang and Yoshikazu Sakou. Porous silica-zirconia(50%) membrane for Pervaporation of iso-propyl alcohol(IPA)/water mixtures. Journal of Chemical Engineering of Japan, Vol.35, No.4, 365-371, 2002. 上述のように、透過性および選択性の高い高機能分離膜を得るためには、透過阻害となる細孔径の小さい膜の厚さを薄くすることが必要である。しかしながら、膜の厚さを薄くすることにより、強度の低下や膜のひび割れという問題が生じる。したがって、膜の厚さを薄くしても膜全体としての強度が低下せず、かつ膜の表面にひび割れや著しく大きな孔を生じ難い分離膜を開発する必要がある。
Further, in Non-Patent Document 2, a silica-zirconia sol is applied by hot coating to an alumina support whose surface is flattened by applying alumina particles as in Non-Patent Document 1, so that the thickness is about It is described that a 0.5 μm silica-zirconia gel layer can be formed. In addition, it is described that a silica colloid sol having a uniform particle size can be prepared by allowing the silica sol to stand at room temperature for 1 month or more and age.
Japanese Patent No. 2808479 JP 2005-305425 A (publication date: November 4, 2005) Masashi Asaeda, Kazuto Okazaki and Atushi Nakatani. Preparation of thin porous silica membranes of non-aqueous organic solvent mixtures by pervaporation. Ceramic Transactions, 31, 411-420, 1993. Masashi Asaeda, Jianhua Yang and Yoshikazu Sakou. Porous silica-zirconia (50%) membrane for Pervaporation of iso-propyl alcohol (IPA) / water mixture. Journal of Chemical Engineering of Japan, Vol. 35, No. 4, 365-371 2002. As described above, in order to obtain a highly functional separation membrane having high permeability and selectivity, it is necessary to reduce the thickness of the membrane having a small pore diameter that inhibits permeation. However, reducing the thickness of the film causes problems such as a decrease in strength and cracking of the film. Therefore, it is necessary to develop a separation membrane that does not reduce the strength of the entire membrane even when the membrane thickness is reduced, and that does not easily cause cracks or extremely large pores on the surface of the membrane.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、透過性や選択性が優れた高い分離機能を有する工業的に使用可能な複合分離膜、より具体的には、表面の分離層の厚さが極めて薄くても表面のひび割れが発生し難く、工業的な使用に耐え得る耐久性と強度を有した複合分離膜を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the purpose thereof is an industrially usable composite separation membrane having a high separation function with excellent permeability and selectivity, more specifically, An object of the present invention is to provide a composite separation membrane having durability and strength that can withstand industrial use even if the separation layer on the surface is extremely thin and hardly cracks on the surface.

本発明に係る複合分離膜は、上記課題を解決するために、無機多孔体を支持体とし、分離層を有する複合分離膜であって、支持体と分離層の中間に中間層を備え、該中間層は、支持体および分離層のいずれか一方の線膨張率より大きく他方の線膨張率より小さい線膨張率を有することを特徴としている。   In order to solve the above problems, the composite separation membrane according to the present invention is a composite separation membrane having an inorganic porous body as a support and having a separation layer, comprising an intermediate layer between the support and the separation layer, The intermediate layer is characterized by having a linear expansion coefficient that is larger than the linear expansion coefficient of one of the support and the separation layer and smaller than the other linear expansion coefficient.

上記構成により、分離層焼成時における表面のひび割れを発生し難くすることができる。すなわち、支持体と分離層との中間に、両者の線膨張率に挟まれる範囲内の線膨張率を有する層を挟むことで、支持体と分離層の線膨張率の差に起因する表面のひび割れを防止することができる。さらに上記構成により、本発明に係る複合分離膜は高温で耐久性が高く、高温条件下での工業的な使用に優れたものとなる。   By the said structure, it can be made hard to generate | occur | produce the crack of the surface at the time of separation layer baking. That is, by sandwiching a layer having a linear expansion coefficient within the range between the linear expansion coefficients of both of the support and the separation layer, the surface of the surface due to the difference between the linear expansion coefficients of the support and the separation layer is reduced. Cracks can be prevented. Further, the composite separation membrane according to the present invention has high durability at high temperatures and is excellent for industrial use under high temperature conditions due to the above configuration.

上記中間層は、複数の層から構成されることが好ましい。複数層とすることで、線膨張率を順次適合させることができる。すなわち、上記中間層を構成する複数の層のうち、上記支持体に隣接する層は該支持体の線膨張率に近い線膨張率を有し、上記分離層に隣接する層は該分離層の線膨張率に近い線膨張率を有することが好ましく、さらに、上記中間層を構成する複数の層が、上記支持体に隣接する層から上記分離層に隣接する層に向かって、線膨張率の大きさの順に段階的に積層されていることがより好ましい。   The intermediate layer is preferably composed of a plurality of layers. By using multiple layers, the linear expansion coefficient can be adapted sequentially. That is, among the plurality of layers constituting the intermediate layer, the layer adjacent to the support has a linear expansion coefficient close to the linear expansion coefficient of the support, and the layer adjacent to the separation layer is the separation layer. It is preferable to have a linear expansion coefficient close to the linear expansion coefficient, and further, the plurality of layers constituting the intermediate layer have a linear expansion coefficient from the layer adjacent to the support toward the layer adjacent to the separation layer. More preferably, the layers are stacked stepwise in order of size.

上記構成により、支持体の線膨張率と分離層の線膨張率の差が段階的に埋められ、表面のひび割れをより効果的に防止することができ、かつ、各種混合物分離時の高温条件下において高い耐久性を付与することができる。   With the above configuration, the difference between the linear expansion coefficient of the support and the linear expansion coefficient of the separation layer is gradually filled, and surface cracks can be more effectively prevented, and high-temperature conditions during the separation of various mixtures High durability can be imparted.

上記中間層を構成する複数の層のうち少なくとも1層が、上記支持体または分離層を構成する物質の線膨張率と同一またはこれに近い線膨張率を有する粒子を含む層であることが好ましい。上記構成により、孔が大きくかつ不均一である支持体の表面に、支持体より小さく均一な孔を有する層が形成され、その結果、分離層の成分が支持体の深部まで浸透することを防止でき、表面のひび割れを一層効果的に防止することができる。また、当該粒子が支持体または分離層を構成する物質の線膨張率と同一またはこれに近い線膨張率を有するので、中間層を支持体および分離層の中間の線膨張率に容易に調整することができる。   It is preferable that at least one of the plurality of layers constituting the intermediate layer is a layer containing particles having a linear expansion coefficient that is the same as or close to the linear expansion coefficient of the substance constituting the support or the separation layer. . With the above configuration, a layer having uniform pores smaller than the support is formed on the surface of the support having large and non-uniform pores, and as a result, the components of the separation layer are prevented from penetrating deep into the support. And cracking of the surface can be more effectively prevented. Further, since the particles have a linear expansion coefficient that is the same as or close to that of the substance constituting the support or the separation layer, the intermediate layer is easily adjusted to a linear expansion coefficient intermediate between the support and the separation layer. be able to.

また、上記粒子が、上記支持体を構成する物質の粒子および分離層を構成する物質の粒子の混合粒子であることが好ましい。これら2種類の粒子の比率を適宜変更することにより、所望の線膨張率を有する層を容易に形成することができる。また、支持体および分離層との親和性が高く、焼結性にも優れた中間層を形成することができる。   Moreover, it is preferable that the said particle | grains are mixed particles of the particle | grains of the substance which comprises the said support body, and the particle | grains of the substance which comprises a separated layer. By appropriately changing the ratio of these two types of particles, a layer having a desired linear expansion coefficient can be easily formed. In addition, an intermediate layer having high affinity with the support and the separation layer and excellent in sinterability can be formed.

本発明に係る複合分離膜は、無機多孔体を支持体とし、分離層を有する複合分離膜であって、支持体と分離層の中間に中間層を備え、該中間層は、支持体の細孔径より小さく、かつ、分離層の細孔径より大きい細孔径を有することを特徴としている。   The composite separation membrane according to the present invention is a composite separation membrane having an inorganic porous body as a support and having a separation layer, and an intermediate layer is provided between the support and the separation layer. The pore size is smaller than the pore size and larger than the pore size of the separation layer.

上記構成により、表面の分離層を薄くすることができる。複数層とすることで、細孔径を順次適合させることができる。すなわち、支持体と分離層との中間に、両者の細孔径に挟まれる範囲内の細孔径を有する層を挟むことで、分離層の成分が支持体の深部まで浸透することを防止でき、その結果表面の分離層を薄く、かつ均一な厚さで形成することが可能となる。   With the above configuration, the separation layer on the surface can be thinned. By using a plurality of layers, the pore diameter can be adapted sequentially. That is, by sandwiching a layer having a pore diameter within the range sandwiched between both pore diameters between the support and the separation layer, it is possible to prevent the components of the separation layer from penetrating to the deep part of the support, As a result, the separation layer on the surface can be formed thin and with a uniform thickness.

上記中間層が、複数の層から構成されることが好ましい。すなわち、上記中間層を構成する複数の層のうち、上記支持体に隣接する層は該支持体の細孔径に近い細孔径を有し、上記分離層に隣接する層は該分離層の細孔径に近い細孔径を有することが好ましく、さらに、上記中間層を構成する複数の層が、上記支持体に隣接する層から上記分離層に隣接する層に向かって、細孔径の大きさの順に段階的に積層されていることがより好ましい。   The intermediate layer is preferably composed of a plurality of layers. That is, among the plurality of layers constituting the intermediate layer, the layer adjacent to the support has a pore diameter close to the pore diameter of the support, and the layer adjacent to the separation layer is the pore diameter of the separation layer. Preferably, the plurality of layers constituting the intermediate layer are stepped in the order of pore size from the layer adjacent to the support to the layer adjacent to the separation layer. It is more preferable that they are laminated.

上記構成により、支持体の細孔径と分離層の細孔径の差が段階的に埋められ、分離層の下層への浸透をより効果的に防止することができ、分離層を薄く形成することができる。さらに、中間層を細孔径の大きさの順に段階的に積層することで、中間層の孔が段階的に大きくなり、分離層からの物質移動が促進される。   With the above configuration, the difference between the pore size of the support and the pore size of the separation layer is gradually filled, and the penetration of the separation layer into the lower layer can be more effectively prevented, and the separation layer can be formed thinly. it can. Furthermore, by laminating the intermediate layer stepwise in the order of the size of the pore diameter, the pores of the intermediate layer increase stepwise, and mass transfer from the separation layer is promoted.

上記中間層を構成する複数の層のうち少なくとも1層が、上記支持体または分離層を構成する物質の粒子を含む層であることが好ましい。上記構成により、孔が大きくかつ不均一である支持体の表面に、支持体より小さく均一な孔を有する層が形成され、その結果、分離層の成分が支持体の深部まで浸透することを防止でき、分離層を薄く形成することができる。   It is preferable that at least one of the plurality of layers constituting the intermediate layer is a layer containing particles of a substance constituting the support or the separation layer. With the above configuration, a layer having uniform pores smaller than the support is formed on the surface of the support having large and non-uniform pores, and as a result, the components of the separation layer are prevented from penetrating deep into the support. The separation layer can be formed thin.

上記粒子が、上記支持体を構成する物質の粒子および分離層を構成する物質の混合粒子であることが好ましい。上記構成により、支持体および分離層との親和性が高く、焼結性にも優れた中間層を形成することができる。   The particles are preferably mixed particles of the substance constituting the support and the substance constituting the separation layer. With the above configuration, an intermediate layer having high affinity with the support and the separation layer and excellent in sinterability can be formed.

上記支持体を構成する物質の粒子および分離層を構成する物質は、それぞれ均一な粒子径を有することが好ましい。上記構成により中間層の細孔径が各々均一となり、分離層の薄膜化と均質化を,極めて効果的に,達成することが可能である。   The particles of the substance constituting the support and the substance constituting the separation layer preferably have a uniform particle diameter. With the above configuration, the pore diameters of the intermediate layer become uniform, and the separation layer can be made thinner and more uniform.

本発明に係る複合分離膜において、上記中間層の厚さが0.1μm以上5.0μm以下であることが好ましい。上記構成により、全膜厚が極めて薄くなり、焼成時の熱衝撃によるひび割れの発生を顕著に防止することができる。なお、中間層の厚さとは、支持体の表面の頂部からの厚さを意味する。   In the composite separation membrane according to the present invention, the intermediate layer preferably has a thickness of 0.1 μm or more and 5.0 μm or less. With the above configuration, the total film thickness becomes extremely thin, and the occurrence of cracks due to thermal shock during firing can be remarkably prevented. In addition, the thickness of an intermediate | middle layer means the thickness from the top part of the surface of a support body.

本発明に係る複合分離膜において、支持体の主成分はα−Alであることが好ましい。α−Alを主成分とする支持体は、化学的安定性、耐熱性、強度において優れている。また、安価で入手が容易である。In the composite separation membrane according to the present invention, the main component of the support is preferably α-Al 2 O 3 . A support mainly composed of α-Al 2 O 3 is excellent in chemical stability, heat resistance, and strength. Moreover, it is cheap and easy to obtain.

本発明に係る複合分離膜において、分離層は無機化合物で構成することが好ましい。無機化合物で構成した分離膜は、耐熱性、耐酸性、耐有機溶剤性に優れている。無機化合物としてはシリカが好ましい。シリカは細孔に富んでおり、耐酸性が高く、製膜が容易である。   In the composite separation membrane according to the present invention, the separation layer is preferably composed of an inorganic compound. A separation membrane composed of an inorganic compound is excellent in heat resistance, acid resistance, and organic solvent resistance. Silica is preferable as the inorganic compound. Silica is rich in pores, has high acid resistance, and is easy to form.

本発明に係る複合分離膜において、分離層の表面の平均細孔径が3Å以上10Å以下であることが好ましい。分離層表面がこのような細孔径を有することにより、高い分離係数を実現することができる。   In the composite separation membrane according to the present invention, it is preferable that the average pore diameter of the surface of the separation layer is 3 to 10 mm. Since the surface of the separation layer has such a pore diameter, a high separation factor can be realized.

本発明に係る複合分離膜の製造方法は、無機多孔体からなる支持体、中間層および分離層からなる複合分離膜の製造方法であって、上記分離層を構成する物質の粒子を主成分とするコロイドゾルに上記支持体を構成する物質の粒子を分散させてなる第1コロイドゾルを調製し、該第1コロイドゾルを上記支持体表面に塗布し、焼成することにより上記中間層を形成する中間層形成工程;および上記分離層を構成する物質の粒子を主成分とする第2コロイドゾルを調製し、該第2コロイドゾルを上記中間層の表面に塗布し、焼成することにより上記分離層を形成する分離層形成工程を包含することを特徴としている。   A method for producing a composite separation membrane according to the present invention is a method for producing a composite separation membrane comprising a support made of an inorganic porous material, an intermediate layer, and a separation layer, and the particles of the substance constituting the separation layer as a main component. An intermediate layer is formed by preparing a first colloid sol in which particles of a substance constituting the support are dispersed in a colloid sol to be formed, applying the first colloid sol to the surface of the support, and baking the first colloid sol. A second colloidal sol mainly composed of particles of a substance constituting the separation layer, and the second colloidal sol is applied to the surface of the intermediate layer and baked to form the separation layer. It includes a forming step.

上記構成により、支持体を構成する物質の主成分からなる粒子と分離層を構成する物質のコロイド粒子とを含有する中間層を形成でき、その表面に厚さが均一かつ薄い分離層を形成することができる。   With the above configuration, it is possible to form an intermediate layer containing particles composed of the main component of the substance constituting the support and colloidal particles of the substance constituting the separation layer, and forming a uniform and thin separation layer on the surface thereof. be able to.

上記中間層を形成するための第1コロイドゾルは、上記支持体を構成する物質の粒子であって、かつ、粒子径が異なる粒子が分散されている複数種のコロイドゾルからなり、
該複数種のコロイドゾル中の上記各粒子径はそれぞれ略均一であり、
先ず最も大きい粒子径の粒子が分散されている上記コロイドゾルを上記支持体表面に塗布および焼成し、続いて順次粒子径の小さな粒子が分散されている上記コロイドゾルを上記支持体表面に塗布および焼成して上記複数の中間層を形成することが好ましい。
The first colloidal sol for forming the intermediate layer is composed of a plurality of types of colloidal sol in which particles of a substance constituting the support and particles having different particle diameters are dispersed,
The particle diameters in the plurality of types of colloidal sols are substantially uniform,
First, the colloidal sol in which particles having the largest particle size are dispersed is applied and fired on the surface of the support, and then the colloidal sol in which particles having a small particle size are sequentially dispersed is applied and fired on the surface of the support. It is preferable to form the plurality of intermediate layers.

さらに、上記複数種のコロイドゾルからなる第1コロイドゾルの上記支持体を構成する物質の粒子濃度は、最も大きい粒子径の粒子が分散されているコロイドゾルにおいて最も高く、順次粒子径の大きさの順に粒子濃度が低くなることが好ましい。   Furthermore, the particle concentration of the substance constituting the support of the first colloid sol composed of the plurality of types of colloid sols is the highest in the colloid sol in which the particles with the largest particle size are dispersed, and the particles are sequentially arranged in the order of the particle size. It is preferable that the concentration is low.

上記構成により、粒子径が段階的に小さくなる複数の中間層を形成することができる。   With the above configuration, it is possible to form a plurality of intermediate layers in which the particle diameter decreases stepwise.

また、上記中間層の厚さが0.1μm以上5.0μm以下であることが好ましい。上記構成により、焼成時の熱衝撃によるひび割れの発生を顕著に防止することができる。なお、中間層の厚さとは、支持体の表面の頂部からの厚さを意味する。   Moreover, it is preferable that the thickness of the said intermediate | middle layer is 0.1 micrometer or more and 5.0 micrometers or less. By the said structure, generation | occurrence | production of the crack by the thermal shock at the time of baking can be prevented notably. In addition, the thickness of an intermediate | middle layer means the thickness from the top part of the surface of a support body.

本発明に係る有機液体混合物の分離方法は、上記本発明に係る複合分離膜、または、上記本発明に係る製造方法により製造された複合分離膜を用いることを特徴としている。これらの複合分離膜は分離層の厚さが薄く、しかも高温での耐久性が高いので、高温条件下での有機液体混合物の分離に適している。   The method for separating an organic liquid mixture according to the present invention is characterized by using the composite separation membrane according to the present invention or the composite separation membrane produced by the production method according to the present invention. Since these composite separation membranes have a thin separation layer and high durability at high temperatures, they are suitable for separation of an organic liquid mixture under high temperature conditions.

本発明に係る有機液体混合物の分離方法は、蒸気透過法により行うことが好ましく、当該蒸気透過法を、供給側の分離層表面に蒸気の液化による液膜が形成されるように行うことが好ましい。膜の寿命が長くなるとともに、高い透過性と高い選択性を得ることができる。   The organic liquid mixture separation method according to the present invention is preferably performed by a vapor permeation method, and the vapor permeation method is preferably performed so that a liquid film is formed by vapor liquefaction on the surface of the separation layer on the supply side. . The lifetime of the membrane is increased, and high permeability and high selectivity can be obtained.

本発明に係る有機液体混合物の分離方法においては、分離層の表面の平均細孔径が3Å以上10Å以下に調整されている複合分離膜を用いることが好ましい。分離層表面の平均孔径が小さい場合、高い毛管圧を得ることができるため、高い透過流束を発現することができる。   In the method for separating an organic liquid mixture according to the present invention, it is preferable to use a composite separation membrane in which the average pore diameter of the surface of the separation layer is adjusted to 3 to 10 mm. When the average pore diameter on the surface of the separation layer is small, a high capillary pressure can be obtained, so that a high permeation flux can be expressed.

分離対象の有機液体混合物はカルボン酸および水を含むことが好ましく、なかでもカルボン酸が酢酸であることが好ましい。酢酸と水とを分離する場合には、分離層の表面の平均細孔径が4Å以上6Å以下に調整されている複合分離膜を用いることが好ましい。   The organic liquid mixture to be separated preferably contains carboxylic acid and water, and in particular, the carboxylic acid is preferably acetic acid. In the case of separating acetic acid and water, it is preferable to use a composite separation membrane in which the average pore diameter on the surface of the separation layer is adjusted to 4 to 6 mm.

また、分離対象の有機液体混合物はカルボン酸エステルおよびメタノールを含むことが好ましく、カルボン酸エステルは酢酸エステルであることが好ましく、なかでも酢酸メチルが好ましい。酢酸メチルとメタノールとを分離する場合には、分離層の表面の平均細孔径が5Å以上7Å以下に調整されている複合分離膜を用いることが好ましい。   The organic liquid mixture to be separated preferably contains a carboxylic acid ester and methanol, and the carboxylic acid ester is preferably an acetic acid ester, and methyl acetate is particularly preferable. When separating methyl acetate and methanol, it is preferable to use a composite separation membrane in which the average pore diameter on the surface of the separation layer is adjusted to 5 to 7 cm.

本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白になるだろう。   Other objects, features, and advantages of the present invention will be fully understood from the following description. The benefits of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

本発明に係る複合分離膜の膜断面の走査電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of the membrane cross section of the composite separation membrane which concerns on this invention. 本発明に係る複合分離膜の膜断面の模式図である。It is a schematic diagram of the membrane cross section of the composite separation membrane which concerns on this invention.

〔複合分離膜〕
本発明に係る複合分離膜は、無機多孔体を支持体とし、分離層を有し、支持体と分離層の中間に中間層を備えるものである。
[Composite separation membrane]
The composite separation membrane according to the present invention has an inorganic porous body as a support, has a separation layer, and has an intermediate layer between the support and the separation layer.

該中間層は、支持体および分離層のいずれか一方の線膨張率より大きく他方の線膨張率より小さい線膨張率を有するもの、または、支持体の細孔径より小さく、かつ、分離層の細孔径より大きい細孔径を有するものであればよい。   The intermediate layer has a linear expansion coefficient that is larger than the linear expansion coefficient of one of the support and the separation layer and smaller than the other, or smaller than the pore diameter of the support, and the fineness of the separation layer. Any material having a pore size larger than the pore size may be used.

本明細書において、「複合分離膜」は、無機多孔体の支持体表面に混合物分離機能を有する分離層が形成された構成の膜が意図される。本発明に係る複合分離膜は、無機多孔体の支持体および分離層の基本構成に、さらに中間層を備えた構成である。   In this specification, the “composite separation membrane” is intended to be a membrane having a structure in which a separation layer having a mixture separation function is formed on the surface of a support of an inorganic porous material. The composite separation membrane according to the present invention has a structure in which an intermediate layer is further provided in addition to the basic structure of the support and separation layer of the inorganic porous material.

支持体は、工業的な使用に耐え得る強度を有するものが好ましい。また、膜の透過性を高めるために、支持体の細孔径および空隙率は大きいほうが好ましい。   The support preferably has a strength that can withstand industrial use. In order to increase the permeability of the membrane, it is preferable that the support has a large pore diameter and porosity.

支持体となり得る無機多孔体としては、例えばα−Al(α−アルミナ)、ムライト、γ−Al(γ−アルミナ)、ジルコニア、チタニア、あるいはこれらの複合物からなるいわゆるセラミクスが挙げられる。ただし、これらに限定されない。なかでもα−Alを主成分とするセラミクスが好ましい。α−Alを主成分とするセラミクスは、安価かつ入手容易であり、化学的耐性や耐熱性や強度において優れているからである。Examples of the inorganic porous material that can be used as a support include so-called ceramics composed of α-Al 2 O 3 (α-alumina), mullite, γ-Al 2 O 3 (γ-alumina), zirconia, titania, or a composite thereof. Is mentioned. However, it is not limited to these. Of these, ceramics containing α-Al 2 O 3 as a main component is preferable. This is because ceramics mainly composed of α-Al 2 O 3 are inexpensive and easily available, and are excellent in chemical resistance, heat resistance and strength.

支持体の形状は特に限定されないが、円筒状(チューブ状)や板状の支持体が好適である。   Although the shape of a support body is not specifically limited, A cylindrical (tube shape) or plate-shaped support body is suitable.

支持体の平均細孔径は、0.05μm〜10μm程度が好ましい。細孔径が大きすぎると分離層の細孔径との差が大きくなり過ぎ、中間層が分厚く成らざるを得なくなり、分離層表面のひび割れを生じやすくなる。また、細孔径が小さすぎると透過性能が低下する。より好ましくは0.1〜5μmであり、0.5〜3μmが特に好ましい。本明細書において「細孔径」はケルヴィンの毛管凝縮径と定義される。なお、本明細書において「細孔径」は平均細孔径の意味で使用される。   The average pore diameter of the support is preferably about 0.05 μm to 10 μm. If the pore diameter is too large, the difference from the pore diameter of the separation layer becomes too large, and the intermediate layer must be thick, and cracking of the separation layer surface tends to occur. On the other hand, if the pore diameter is too small, the permeation performance decreases. More preferably, it is 0.1-5 micrometers, and 0.5-3 micrometers is especially preferable. As used herein, “pore diameter” is defined as Kelvin's capillary condensation diameter. In the present specification, “pore diameter” is used to mean an average pore diameter.

分離層は混合物分離機能を有する層であればよい。分離層を構成する物質としては、例えばシリカ、シリカ複合金属(シリカとニッケル、ジルコニウム、クロム、チタン、タンタル、鉄、あるいはこれらの酸化物)、ゼオライト、有機高分子化合物などを挙げることができる。ただしこれらに限定されるものではない。なかでもシリカ、シリカ複合金属、ゼオライトなどの無機化合物が好ましい。無機化合物を含有する分離膜は、耐熱性、耐酸性、耐有機溶剤性に優れているからである。無機化合物のなかでもシリカは細孔に富んでおり,しかも耐酸性が高く,製膜が容易である観点から好ましい。   The separation layer may be a layer having a mixture separation function. Examples of the substance constituting the separation layer include silica, silica composite metal (silica and nickel, zirconium, chromium, titanium, tantalum, iron, or oxides thereof), zeolite, and organic polymer compounds. However, it is not limited to these. Of these, inorganic compounds such as silica, silica composite metal, and zeolite are preferable. This is because a separation membrane containing an inorganic compound is excellent in heat resistance, acid resistance, and organic solvent resistance. Among inorganic compounds, silica is preferable from the viewpoint of being rich in pores, having high acid resistance, and easy film formation.

一実施形態において、本発明に係る複合分離膜の中間層は、支持体および分離層のいずれか一方の線膨張率より大きく他方の線膨張率より小さい線膨張率を有する層を形成できるものであり、化学的に安定なものであれば、中間層を構成する物質は限定されない。   In one embodiment, the intermediate layer of the composite separation membrane according to the present invention is capable of forming a layer having a linear expansion coefficient that is larger than one of the support and the separation layer and smaller than the other. As long as it is chemically stable, the substance constituting the intermediate layer is not limited.

他の実施形態において、本発明に係る複合分離膜の中間層は、支持体の細孔径より小さく、かつ、分離層の細孔径より大きい細孔径を有する層を形成できるものであれば、中間層を構成する物質は限定されない。   In another embodiment, the intermediate layer of the composite separation membrane according to the present invention is an intermediate layer as long as it can form a layer having a pore size smaller than the pore size of the support and larger than the pore size of the separation layer. The substance which comprises is not limited.

中間層を構成する物質としては、基本的には任意であるが、焼結性や線膨張率や細孔径調整の容易性から支持体や分離層と同一物質が好ましい。   The substance constituting the intermediate layer is basically arbitrary, but the same substance as the support and the separation layer is preferable from the viewpoint of sinterability, linear expansion coefficient, and ease of adjusting the pore diameter.

中間層は可能な限り厚さを薄く形成することが好ましい。中間層の厚さが薄いほど分離層焼成時において、熱衝撃による分離層のひび割れを抑制することができる。中間層の厚さは5μm以下であることが好ましく、3μm以下であることがより好ましく、2μm以下であることがさらに好ましい。下限値は特に限定されないが、0.1μm以上であれば焼成時の熱衝撃による分離層のひび割れを抑制することができる。   The intermediate layer is preferably formed as thin as possible. When the intermediate layer is thinner, cracking of the separation layer due to thermal shock can be suppressed during firing of the separation layer. The thickness of the intermediate layer is preferably 5 μm or less, more preferably 3 μm or less, and even more preferably 2 μm or less. Although a lower limit is not specifically limited, If it is 0.1 micrometer or more, the crack of the separated layer by the thermal shock at the time of baking can be suppressed.

本発明に係る複合分離膜は、支持体および分離層のいずれか一方の線膨張率より大きく他方の線膨張率より小さい線膨張率を有し、かつ、支持体の細孔径より小さく、かつ、分離層の細孔径より大きい細孔径を有する中間層を備えることがより好ましい。すなわち、無機多孔体を支持体とし、分離層を有する複合分離膜であって、支持体と分離層の中間に中間層を備え、該中間層は、支持体および分離層のいずれか一方の線膨張率より大きく他方の線膨張率より小さい線膨張率を有し、かつ、支持体の細孔径より小さく、かつ、分離層の細孔径より大きい細孔径を有することを特徴とする複合分離膜、であることが好ましい。   The composite separation membrane according to the present invention has a linear expansion coefficient that is larger than the linear expansion coefficient of one of the support and the separation layer and smaller than the other linear expansion coefficient, and smaller than the pore diameter of the support, and More preferably, an intermediate layer having a pore diameter larger than that of the separation layer is provided. That is, a composite separation membrane having an inorganic porous body as a support and having a separation layer, comprising an intermediate layer between the support and the separation layer, and the intermediate layer is formed by either one of the support and the separation layer. A composite separation membrane characterized by having a linear expansion coefficient larger than the other linear expansion coefficient and smaller than the pore diameter of the support and having a pore diameter larger than the pore diameter of the separation layer, It is preferable that

中間層は1層から構成されるものでもよいが、複数の層から構成されることが好ましい。複数の層から構成される場合、層の数は特に限定されないが、2〜4層から構成されることが好ましい。これより層数が多いと製造工程が煩雑となりコスト上昇要因となり、かつ中間層の厚さを薄く形成することが困難となり透過性能を低下させるおそれが出てくる。   The intermediate layer may be composed of one layer, but is preferably composed of a plurality of layers. In the case of being composed of a plurality of layers, the number of layers is not particularly limited, but it is preferably composed of 2 to 4 layers. If the number of layers is larger than this, the manufacturing process becomes complicated, which causes an increase in cost, and it is difficult to form a thin intermediate layer, which may reduce the transmission performance.

支持体および分離層のいずれか一方の線膨張率より大きく他方の線膨張率より小さい線膨張率を有する複数の層から中間層が構成される場合は、支持体に隣接する層は該支持体の線膨張率に近い線膨張率を有し、分離層に隣接する層は該分離層の線膨張率に近い線膨張率を有することが好ましい。支持体に隣接する層および分離層に隣接する層以外の層の線膨張率は特に限定されないが、支持体に隣接する層から分離層に隣接する層に向かって、線膨張率の大きさの順に段階的に積層されていることがより好ましい。線膨張率の大きさの順に段階的に積層した中間層を設けることにより、分離膜を焼成する際に、支持体の線膨張率と分離層の線膨張率との差に起因する表面のひび割れ発生を防止することができる。さらに、高温で耐久性が高く、高温条件下での工業的な使用に適した複合分離膜を提供できる。   When the intermediate layer is composed of a plurality of layers having a linear expansion coefficient larger than that of one of the support and the separation layer and smaller than the other, the layer adjacent to the support is the support. It is preferable that the linear expansion coefficient is close to the linear expansion coefficient, and the layer adjacent to the separation layer has a linear expansion coefficient close to that of the separation layer. The linear expansion coefficient of layers other than the layer adjacent to the support and the layer adjacent to the separation layer is not particularly limited, but the linear expansion coefficient is large from the layer adjacent to the support toward the layer adjacent to the separation layer. It is more preferable that the layers are laminated in order. By providing an intermediate layer that is layered step by step in the order of the linear expansion coefficient, when firing the separation membrane, surface cracks due to the difference between the linear expansion coefficient of the support and the linear expansion coefficient of the separation layer Occurrence can be prevented. Furthermore, it is possible to provide a composite separation membrane having high durability at high temperatures and suitable for industrial use under high temperature conditions.

支持体の細孔径より小さく、かつ、分離層の細孔径より大きい細孔径を有する複数の層から中間層が構成される場合は、支持体に隣接する層は該支持体の細孔径に近い細孔径を有し、分離層に隣接する層は該分離層の細孔径に近い細孔径を有することが好ましい。支持体に隣接する層および分離層に隣接する層以外の層の細孔径は特に限定されないが、支持体に隣接する層から分離層に隣接する層に向かって、細孔径の大きさの順に段階的に積層されていることことがより好ましい。分離層に隣接する中間層の細孔径が小さくなるため分離層の下層への浸透を非常に少なくすることができ、分離層を薄く、かつ均一な厚さで形成することが可能となる。また、細孔径の大きさの順に段階的に積層することにより複数の中間層をそれぞれ厚さの薄いものにすることができる。   When the intermediate layer is composed of a plurality of layers having a pore size smaller than the pore size of the support and larger than the pore size of the separation layer, the layer adjacent to the support is narrower than the pore size of the support. The layer having a pore diameter and adjacent to the separation layer preferably has a pore diameter close to the pore diameter of the separation layer. The pore diameters of the layers other than the layer adjacent to the support and the layer adjacent to the separation layer are not particularly limited, but are stepped in the order of the pore diameter from the layer adjacent to the support toward the layer adjacent to the separation layer. It is more preferable that they are laminated. Since the pore diameter of the intermediate layer adjacent to the separation layer is reduced, the penetration into the lower layer of the separation layer can be extremely reduced, and the separation layer can be formed with a thin and uniform thickness. In addition, the plurality of intermediate layers can be made thin by laminating in order of the size of the pore diameter.

中間層を構成する複数の層のうち少なくとも1層が、支持体または分離層を構成する物質の粒子を含む層であることが好ましく、支持体を構成する物質の粒子および分離層を構成する物質の混合粒子であることが好ましい。ここで、支持体を構成する物質の粒子は、支持体を構成する物質の成分のうち少なくとも1種からなるものであればよく、分離層を構成する物質の粒子は分離層を構成する物質の成分のうち少なくとも1種からなるものであればよい。   It is preferable that at least one of the plurality of layers constituting the intermediate layer is a layer containing particles of the substance constituting the support or the separation layer, and the substance constituting the support and the substance constituting the separation layer The mixed particles are preferable. Here, the particles of the substance constituting the support only have to be composed of at least one of the components of the substance constituting the support, and the particles of the substance constituting the separation layer are the substances constituting the separation layer. What is necessary is just to consist of at least one of the components.

例えば、支持体の主成分がα−Alであり、分離層の主成分がシリカである場合、中間層にはα−Al粒子およびシリカ粒子(シリカコロイド粒子)の混合粒子が含まれていることが好ましい。当該混合粒子が含まれることにより、線膨張率に関しては、両者の混合比率を適宜変更することで、両者の中間に調整することが容易となるという効果が得られ、細孔径に関しても、同様に焼結体における細孔径の調整が容易となるという効果が得られる。さらに、支持体および分離層との親和性が高く、焼結性にも優れた中間層を形成することができるという効果が得られる。For example, when the main component of the support is α-Al 2 O 3 and the main component of the separation layer is silica, the intermediate layer is a mixed particle of α-Al 2 O 3 particles and silica particles (silica colloid particles). Is preferably included. By including the mixed particles, it is possible to easily adjust the linear expansion coefficient between the two by changing the mixing ratio of the two as appropriate. The effect that adjustment of the pore diameter in a sintered compact becomes easy is acquired. Furthermore, an effect is obtained that an intermediate layer having high affinity with the support and the separation layer and excellent in sinterability can be formed.

また、上記支持体を構成する物質の粒子および分離層を構成する物質は、それぞれ均一な粒子径を有することが好ましい。すなわち中間層を構成する複数の層の1層をみた場合、当該層に含まれる支持体を構成する物質の主成分からなる粒子は一定の大きさの均一な粒子径を有しており、分離層を構成する物質の主成分からなる粒子も一定の大きさの均一な粒子径を有していることが好ましい。具体例としては、支持体の主成分が平均細孔径1μmのα−Al、分離層の主成分がシリカである複合分離膜の中間層(複数の中間層の1層)に、2μmの均一な粒子径を有するα−Al粒子と0.02μmの均一な粒子径を有するシリカコロイド粒子との混合粒子が含まれている場合が挙げられる。Moreover, it is preferable that the particle | grains of the substance which comprises the said support body, and the substance which comprises a separated layer each have a uniform particle diameter. That is, when one layer of a plurality of layers constituting the intermediate layer is viewed, the particles composed of the main components of the substance constituting the support contained in the layer have a uniform particle size of a certain size and are separated. It is preferable that the particles composed of the main component of the substance constituting the layer also have a uniform particle size of a certain size. As a specific example, an intermediate layer (one layer of a plurality of intermediate layers) of a composite separation membrane in which the main component of the support is α-Al 2 O 3 having an average pore diameter of 1 μm and the main component of the separation layer is silica is 2 μm. There are cases where mixed particles of α-Al 2 O 3 particles having a uniform particle diameter of the above and silica colloidal particles having a uniform particle diameter of 0.02 μm are included.

ここで「粒子径が均一」とは、粒子径平均値の3倍以上の粒子の存在率が1%で以下である場合が意図される。好ましくは、全粒子の70%以上が、粒子径平均値のプラスマイナス20%の範囲内に存在する場合であり、さらに好ましくは、全粒子の90%以上が、粒子径平均値のプラスマイナス5%の範囲内に存在する場合である。   Here, “the particle size is uniform” is intended to be the case where the abundance ratio of the particles having an average particle size of 3 times or more is 1% or less. Preferably, 70% or more of all particles are present within a range of plus or minus 20% of the average particle diameter, and more preferably 90% or more of all particles are plus or minus 5 of the average particle diameter. % Is in the range of%.

本発明に係る複合分離膜は、以上のように、支持体および分離層のいずれか一方の線膨張率より大きく他方の線膨張率より小さい線膨張率を有する中間層を設けることで分離層表面のひび割れを防止することができる。   As described above, the composite separation membrane according to the present invention provides the surface of the separation layer by providing an intermediate layer having a linear expansion coefficient that is larger than the linear expansion coefficient of one of the support and the separation layer and smaller than the other. Can prevent cracking.

分離層にひび割れが生じると、分離対象分子よりサイズの大きな分子が膜を通過でき、分離機能の低下を引き起こす。本発明に係る複合分離膜は分離層表面にひび割れが生じにくい構造を有しているので、分離機能が非常に優れている。   When cracks occur in the separation layer, molecules larger in size than the separation target molecules can pass through the membrane, causing a decrease in separation function. Since the composite separation membrane according to the present invention has a structure in which cracks are unlikely to occur on the surface of the separation layer, the separation function is very excellent.

また、本発明に係る複合分離膜は、支持体の細孔径より小さく、かつ、分離層の細孔径より大きい細孔径を有する中間層を設けることで、分離層の成分が下層へ深く浸透することを防止でき、その結果分離層を非常に薄く形成することができる。   In addition, the composite separation membrane according to the present invention provides an intermediate layer having a pore size smaller than the pore size of the support and larger than the pore size of the separation layer, so that the components of the separation layer penetrate deeply into the lower layer. As a result, the separation layer can be formed very thin.

分離膜は細孔径の小さい層の厚さが厚ければ透過阻害が大きくなり透過流束が減少するため不利になる。したがって、一般に複層よりも単層のほうが有利といえるが、過度に薄い膜は強度が低くなり、工業的な使用には適さない。本発明に係る複合分離膜は、透過阻害となる細孔径が小さい層の厚さが極めて薄いため透過阻害は非常に小さく、細孔径が大きい支持体層が厚いので十分な強度が得られる。   If the thickness of the layer having a small pore diameter is large, the separation membrane is disadvantageous because the permeation inhibition is increased and the permeation flux is reduced. Therefore, it can be said that a single layer is generally more advantageous than a multi-layer, but an excessively thin film has low strength and is not suitable for industrial use. In the composite separation membrane according to the present invention, the thickness of the layer having a small pore diameter that inhibits permeation is extremely thin, so that the permeation inhibition is very small, and the support layer having a large pore diameter is thick, so that sufficient strength can be obtained.

本発明に係る複合分離膜は、液体または蒸気の分離に適用することが好ましい。すなわち、本発明に係る複合分離膜の好ましい実施形態は、液体分離用複合分離膜(液体分離膜)または蒸気分離用複合分離膜(蒸気分離膜)である。なかでも、有機液体混合物の蒸気透過法に適用することが特に好ましい。なお、「有機液体混合物」および「蒸気透過法」については後段で説明する。   The composite separation membrane according to the present invention is preferably applied to liquid or vapor separation. That is, a preferred embodiment of the composite separation membrane according to the present invention is a composite separation membrane for liquid separation (liquid separation membrane) or a composite separation membrane for vapor separation (vapor separation membrane). Of these, application to the vapor permeation method of an organic liquid mixture is particularly preferable. The “organic liquid mixture” and the “vapor transmission method” will be described later.

本発明に係る複合分離膜を酢酸/水混合物の分離または酢酸メチル/メタノール混合物の分離に適用する場合、分離層の表面の平均細孔径は3Å以上10Å以下であることが好ましい。より好ましくは、酢酸/水混合物の分離に適用する場合は4Å以上6Å以下、酢酸メチル/メタノール混合物の分離に適用する場合は5Å以上7Å以下である。分離層の表面がこのような細孔径を有することにより、高い分離係数を実現することができる。なお、本明細書において「分離層の表面」とは分離層の最表層の膜が意図される。したがって、分離層が複数の膜で構成されている場合は、最表層の膜の平均細孔径が上記範囲であればよく、より内側の層の平均細孔径は上記範囲に限定されない。   When the composite separation membrane according to the present invention is applied to the separation of an acetic acid / water mixture or the separation of a methyl acetate / methanol mixture, the average pore diameter of the surface of the separation layer is preferably from 3 to 10 mm. More preferably, when it is applied to the separation of an acetic acid / water mixture, it is 4 to 6 mm, and when it is applied to the separation of a methyl acetate / methanol mixture, it is 5 to 7 mm. When the surface of the separation layer has such a pore diameter, a high separation factor can be realized. In the present specification, the “surface of the separation layer” means the outermost layer of the separation layer. Therefore, when the separation layer is composed of a plurality of membranes, the average pore size of the outermost layer membrane may be in the above range, and the average pore size of the inner layer is not limited to the above range.

〔複合分離膜の製造方法〕
本発明に係る複合分離膜の製造方法は、無機多孔体からなる支持体、中間層および分離層からなる複合分離膜の製造方法であって、上記分離層を構成する物質の粒子を主成分とするコロイドゾルに上記支持体を構成する物質の粒子を分散させてなる第1コロイドゾルを調製し、該第1コロイドゾルを上記支持体表面に塗布し、焼成することにより上記中間層を形成する中間層形成工程;および上記分離層を構成する物質の粒子を主成分とする第2コロイドゾルを調製し、該第2コロイドゾルを上記中間層の表面に塗布し、焼成することにより上記分離層を形成する分離層形成工程を包含するものであればよい。
[Method for producing composite separation membrane]
A method for producing a composite separation membrane according to the present invention is a method for producing a composite separation membrane comprising a support made of an inorganic porous material, an intermediate layer, and a separation layer, and the particles of the substance constituting the separation layer as a main component. An intermediate layer is formed by preparing a first colloid sol in which particles of a substance constituting the support are dispersed in a colloid sol to be formed, applying the first colloid sol to the surface of the support, and baking the first colloid sol. A second colloidal sol mainly composed of particles of a substance constituting the separation layer, and the second colloidal sol is applied to the surface of the intermediate layer and baked to form the separation layer. What is necessary is just to include a formation process.

本実施形態においては、複合分離膜の一例として支持体の主成分がα−Al、分離層の主成分がシリカであり、中間層はα−Al粒子およびシリカコロイド粒子を含む層である複合分離膜の製造方法について説明するが、本発明に係る製造方法はこれに限定されるものではなく、異なる成分の支持体、分離層および中間層からなる複合分離膜もこれに準じて製造することができる。In this embodiment, as an example of the composite separation membrane, the main component of the support is α-Al 2 O 3 , the main component of the separation layer is silica, and the intermediate layer is formed of α-Al 2 O 3 particles and silica colloid particles. Although the manufacturing method of the composite separation membrane which is a layer to be included will be described, the manufacturing method according to the present invention is not limited thereto, and a composite separation membrane comprising a support of different components, a separation layer and an intermediate layer is also included in this method. It can be manufactured similarly.

(1)シリカコロイドゾルの調製
シリカコロイドゾルは、例えば以下のように調製することができる。すなわち、テトラエトキシシラン(TEOS)を水で溶解し、触媒として少量の硝酸を添加し、加水分解と縮重合反応に十分な時間攪拌する。その後、当該溶液に、所定量の硝酸と、大量の水とを添加し、5〜15時間沸騰させることでシリカコロイドゾルが調製できる。当該沸騰中は溶液の総量を一定に保つようにする。
(1) Preparation of silica colloid sol The silica colloid sol can be prepared as follows, for example. That is, tetraethoxysilane (TEOS) is dissolved in water, a small amount of nitric acid is added as a catalyst, and the mixture is stirred for a sufficient time for hydrolysis and polycondensation reaction. Thereafter, a silica colloid sol can be prepared by adding a predetermined amount of nitric acid and a large amount of water to the solution and boiling for 5 to 15 hours. During the boiling, the total amount of solution is kept constant.

このシリカコロイドゾルは調製濃度(当初のTEOS濃度)を低くすれば、より小さな平均粒径を持つシリカコロイドが得られる。すなわち、シリカコロイドゾルの調製濃度を変化させることにより、所望の粒径のシリカコロイドゾルを調製することができる。   If this silica colloid sol is prepared at a low concentration (initial TEOS concentration), a silica colloid having a smaller average particle diameter can be obtained. That is, a silica colloid sol having a desired particle diameter can be prepared by changing the preparation concentration of the silica colloid sol.

また、TEOS溶液に硝酸金属(例えば、Ni(NO・6HO,Co(NO・6HO,Fe(NO・9HO,Al(NO・9HOなど)を加えれば、シリカ金属コロイドゾルを調製することができる。In addition, metal nitrate (eg, Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O, Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O, Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O, Al (NO 3 ) 3. If 9H 2 O or the like is added, a silica metal colloidal sol can be prepared.

得られたシリカコロイドゾルは、室温で少なくとも1週間以上静置することが好ましい。室温で長時間静置することにより、小さいコロイド粒子が消失し、均一な粒子径のコロイド粒子を得ることができる。   The obtained silica colloid sol is preferably allowed to stand at room temperature for at least one week. By standing at room temperature for a long time, small colloidal particles disappear and colloidal particles having a uniform particle diameter can be obtained.

以上により調製されたシリカコロイドゾルは、以下の工程で好適に用いられる。   The silica colloid sol prepared as described above is suitably used in the following steps.

(2)中間層形成工程
中間層形成工程においては、まず(1)で調製したシリカコロイドゾルにα−Al粒子を分散させ、第1コロイドゾルを調製する。用いるシリカコロイドゾルは、分離層の形成に用いるシリカコロイドゾルのうち最も大きい粒子径を有するシリカコロイドゾルまたはそれより大きく支持体の細孔径よりも小さい粒子径を有するシリカコロイドゾルが選択される。シリカコロイドゾルにα−Al粒子を添加し、十分攪拌することでα−Al粒子はシリカコロイドゾル中に均一に分散される。
(2) Intermediate layer forming step In the intermediate layer forming step, first, α-Al 2 O 3 particles are dispersed in the silica colloid sol prepared in (1) to prepare a first colloid sol. As the silica colloid sol to be used, a silica colloid sol having the largest particle size among the silica colloid sols used for forming the separation layer or a silica colloid sol having a particle size larger than that and smaller than the pore size of the support is selected. The α-Al 2 O 3 particles are added to the silica colloid sol and sufficiently stirred, whereby the α-Al 2 O 3 particles are uniformly dispersed in the silica colloid sol.

中間層を複数の層から構成する場合は、複数のコロイドゾルからなる第1コロイドゾルを調製する。この際、各第1コロイドゾルに分散させるα−Al粒子の粒子径がそれぞれ異なるように、粒子径の異なるα−Al粒子を準備する。例えば、2層から構成される中間層を形成する場合であれば、粒子径の大きいα−Al粒子と粒子径の小さいα−Al粒子を準備する。α−Al粒子は市販のものを入手すればよい。また大きい粒子の粒子径は支持体を構成するα−Al片よりも小さいことが好ましく、小さい粒子は分離層を形成するシリカコロイドの粒子径より大きいことが好ましい。When the intermediate layer is composed of a plurality of layers, a first colloid sol composed of a plurality of colloid sols is prepared. At this time, α-Al 2 O 3 particles having different particle diameters are prepared so that the particle diameters of α-Al 2 O 3 particles dispersed in each first colloid sol are different. For example, in the case of forming the composed intermediate layer of two layers, to prepare a small alpha-Al 2 O 3 particles larger alpha-Al 2 O 3 particles and the particle diameter of the particle size. α-Al 2 O 3 particles may be obtained commercially. The particle size of the large particles is preferably smaller than the α-Al 2 O 3 pieces constituting the support, and the small particles are preferably larger than the particle size of the silica colloid forming the separation layer.

粒子径の大きいα−Al粒子のコロイドゾルにおける濃度は、粒子径の小さいα−Al粒子のコロイドゾルにおける濃度より高いことが好ましい。3層以上の中間層を設ける場合は、α−Al粒子の大きさに対応して、粒子径が大きいほど濃度が高くなるように調製することが好ましい。Concentration in colloidal sol of large α-Al 2 O 3 particles having a particle diameter is preferably higher than the concentration in the colloidal sol of small α-Al 2 O 3 particle particle diameters. When three or more intermediate layers are provided, it is preferable to prepare such that the concentration increases as the particle diameter increases, corresponding to the size of the α-Al 2 O 3 particles.

さらに、コロイドゾルのシリカコロイド粒子の粒子径についても、α−Al粒子の粒子径およびα−Al粒子の含有濃度に対応して、α−Al粒子の粒子径が大きく含有濃度が高いコロイドゾルに含まれるシリカコロイド粒子の粒子径が大きく、順次シリカコロイド粒子の粒子径が小さくなるようにすることが好ましい。Furthermore, the particle diameter of the silica colloid particles of the colloidal sol is such that the particle diameter of the α-Al 2 O 3 particles corresponds to the particle diameter of the α-Al 2 O 3 particles and the content concentration of the α-Al 2 O 3 particles. It is preferable that the particle size of the silica colloid particles contained in the colloidal sol having a large concentration is high, and the particle size of the silica colloid particles is sequentially reduced.

大きいα−Al粒子が分散された第1コロイドゾル(第1コロイドゾルA)と小さいα−Al粒子が分散された第1コロイドゾル(第1コロイドゾルB)が調製されたら、次に、第1コロイドゾルAを支持体表面に塗布する。塗布の方法は特に限定されず、例えば、第1コロイドゾルAを染み込ませた布を支持体表面に接触させる方法や第1コロイドゾルAを噴霧する方法を挙げることができる。Once a first colloidal sol (first colloidal sol A) in which large α-Al 2 O 3 particles are dispersed and a first colloidal sol (first colloidal sol B) in which small α-Al 2 O 3 particles are dispersed are prepared, The first colloidal sol A is applied to the support surface. The coating method is not particularly limited, and examples thereof include a method in which a cloth soaked with the first colloid sol A is brought into contact with the support surface and a method in which the first colloid sol A is sprayed.

塗布した第1コロイドゾルAを室温で乾燥させる。完全に乾燥しない段階で余分な部分は布でふき取ればよい。その後加熱し、最後に焼成して第1コロイドゾルA層を生成する。焼成は、例えば400〜550℃の炉中にて10〜15分間程度行われる。   The applied first colloidal sol A is dried at room temperature. The excess part can be wiped off with a cloth when it is not completely dry. Thereafter, the mixture is heated and finally baked to form the first colloidal sol A layer. Firing is performed, for example, in a furnace at 400 to 550 ° C. for about 10 to 15 minutes.

支持体表面に第1コロイドゾルA層をより均一に形成するために、第1コロイドゾルAの塗布および焼成を複数回繰り返してもよい。複数回繰り返す場合は、焼成後の支持体を冷却し、再度第1コロイドゾルAを表面に塗布し、乾燥、加熱および焼成を行えばよい。   In order to more uniformly form the first colloid sol A layer on the support surface, the application and firing of the first colloid sol A may be repeated a plurality of times. In the case of repeating a plurality of times, the support after firing is cooled, the first colloidal sol A is applied again to the surface, and drying, heating and firing are performed.

引き続き第1コロイドゾルB層を形成する場合も同様であり、第1コロイドゾルA層を形成した支持体を冷却後、第1コロイドゾルBを塗布し、乾燥、加熱および焼成を行う。第1コロイドゾルB層も複数回繰り返すことにより、より均一な層とすることができる。   The same applies to the case where the first colloid sol B layer is subsequently formed. After cooling the support on which the first colloid sol A layer is formed, the first colloid sol B is applied, dried, heated and fired. By repeating the first colloid sol B layer a plurality of times, a more uniform layer can be obtained.

以上により、厚さが5μm以下の中間層が形成される。   As a result, an intermediate layer having a thickness of 5 μm or less is formed.

(3)分離層形成工程
分離層形成工程においては、まず(1)で調製したシリカコロイドゾルを希釈して第2コロイドゾルを調製する。希釈シリカコロイドゾル(第2コロイドゾル)の濃度は、その下限値を0.01重量%以上とすることが好ましく、0.05重量%以上とすることがより好ましい。また、その上限値を0.5重量%以下とすることが好ましく、0.4重量%以下とすることがより好ましい。第2コロイドゾルの濃度を上記範囲とすることにより、焼成により分離層(シリカコロイドゲル層)を形成する際に、当該分離層にひび割れが生じることを防止できる。したがって、焼成された分離層に隙間が生じることを防ぐことができるから、分離機能の優れた膜を製造することができる。
(3) Separation layer formation step In the separation layer formation step, first, the silica colloid sol prepared in (1) is diluted to prepare a second colloid sol. The lower limit of the concentration of the diluted silica colloid sol (second colloid sol) is preferably 0.01% by weight or more, and more preferably 0.05% by weight or more. Moreover, it is preferable to make the upper limit into 0.5 weight% or less, and it is more preferable to set it as 0.4 weight% or less. By setting the concentration of the second colloid sol within the above range, it is possible to prevent the separation layer from being cracked when the separation layer (silica colloid gel layer) is formed by firing. Therefore, since it is possible to prevent a gap from being generated in the fired separation layer, a membrane having an excellent separation function can be manufactured.

分離層形成工程においては、ホットコーティング法を好適に用いることができる。ホットコーティング法とは、予め加熱された被コーティング物質にコーティング溶液を接触させ、当該溶液の溶媒を瞬間的に蒸発させることによって、被コーティング物質をコーティングする方法である。ホットコーティング法によれば、極めて薄い膜を容易に形成することができる。本製造方法における被コーティング物質、すなわち中間層を形成した支持体は、コーティング物質である第2コロイドゾルと接触する時の温度が約170℃〜190℃程度となるよう予め加熱しておけばよい。   In the separation layer forming step, a hot coating method can be suitably used. The hot coating method is a method for coating a material to be coated by bringing a coating solution into contact with a preheated material to be coated and instantaneously evaporating the solvent of the solution. According to the hot coating method, an extremely thin film can be easily formed. The substrate to be coated in this production method, that is, the support on which the intermediate layer has been formed, may be heated in advance so that the temperature when contacting with the second colloidal sol that is the coating material is about 170 ° C. to 190 ° C.

ホットコーティング法によりコーティングした後、焼成することで分離層を形成することができる。焼成は、例えば400〜550℃の炉中にて10〜15分間程度行われる。また、層を均一に形成するために、コーティングおよび焼成を複数回繰り返してもよい。   After coating by the hot coating method, the separation layer can be formed by baking. Firing is performed, for example, in a furnace at 400 to 550 ° C. for about 10 to 15 minutes. Moreover, in order to form a layer uniformly, you may repeat coating and baking in multiple times.

また、複数の層から構成される分離層としてもよい。分離層を複数の層で構成する場合、各層はそれぞれ粒子径の異なるシリカコロイドゾルを用い、最も粒子径の大きいシリカコロイドを含む第2コロイドゾル層を一番内側に形成し、順次粒子径の大きさの順に外側に層を形成すればよい。   Moreover, it is good also as a separated layer comprised from a some layer. When the separation layer is composed of a plurality of layers, each layer uses silica colloidal sols having different particle diameters, the second colloidal sol layer containing the silica colloid having the largest particle diameter is formed on the innermost side, and the particle diameters are successively increased What is necessary is just to form a layer on the outer side in that order.

このように、分離層を粒子径の大きさの順に形成された複数の層とすることで、分離層に隙間が生じることを一層防ぐことができる。また、粒子が下の層に入り込むことによる透過抵抗の増大を防ぐことができる。さらに、最も粒子径の小さい層を極めて薄く形成することができるので、透過性を高くすることができる。   In this manner, by forming the separation layer as a plurality of layers formed in the order of the particle diameter, it is possible to further prevent a gap from being generated in the separation layer. Further, increase in permeation resistance due to particles entering the lower layer can be prevented. Furthermore, since the layer having the smallest particle diameter can be formed extremely thin, the permeability can be increased.

例えば、4層からなる分離層を形成する場合、強度と透過抵抗低減の観点から、シリカコロイドゾルの平均粒子径は、最表層が1〜8nm、2層目が5〜20nm、3層目が10〜120nm、最下層が20〜700nmであることが好ましい。さらに好ましくは、最表層が3〜8nm、2層目が8〜12nm、3層目が12〜24nm、最下層が24〜48nmである。   For example, when forming a separation layer consisting of four layers, the average particle diameter of the silica colloid sol is 1-8 nm for the outermost layer, 5-20 nm for the second layer, It is preferable that it is 10-120 nm and a lowermost layer is 20-700 nm. More preferably, the outermost layer is 3 to 8 nm, the second layer is 8 to 12 nm, the third layer is 12 to 24 nm, and the lowermost layer is 24 to 48 nm.

本発明に係る製造方法により、分離層の厚さを0.2μm〜0.5μmとすることができる。   With the manufacturing method according to the present invention, the thickness of the separation layer can be 0.2 μm to 0.5 μm.

分離層表面の平均細孔径は、最表層に塗布するシリカコロイドゾルの粒子径を変えることで調整することができる。所望の平均細孔径を有する分離層を形成するためには、シリカコロイドゾル粒子を最密充填すると仮定した場合の細孔径になるように、シリカコロイドゾル粒子径を選択すればよい。   The average pore diameter on the surface of the separation layer can be adjusted by changing the particle diameter of the silica colloid sol applied to the outermost layer. In order to form a separation layer having a desired average pore diameter, the silica colloid sol particle diameter may be selected so as to have a pore diameter when it is assumed that the silica colloid sol particles are packed most closely.

シリカコロイドゾルの粒子径と分布は、シリカコロイドゾルの調製時の酸触媒の濃度、反応時間、反応温度、TEOS濃度を変えることで制御できる。例えば、TEOS濃度を高くすると粒子径は大きくなり、逆にTEOS濃度を低くすると粒子径は小さくなる。また、分布に関しては、ろ過により過大な粒子や過小な粒子を除くことで、分布範囲が狭い粒子(均一な粒子)を得ることができる。分布範囲が狭い粒子を使用することは、均一な細孔径が得られやすくなり、膜の性能が向上するため、好ましい。   The particle size and distribution of the silica colloid sol can be controlled by changing the acid catalyst concentration, reaction time, reaction temperature, and TEOS concentration during the preparation of the silica colloid sol. For example, when the TEOS concentration is increased, the particle size is increased, and conversely, when the TEOS concentration is decreased, the particle size is decreased. Regarding the distribution, particles having a narrow distribution range (uniform particles) can be obtained by removing excessive particles and excessive particles by filtration. The use of particles having a narrow distribution range is preferable because uniform pore diameters are easily obtained and the performance of the membrane is improved.

本発明に係る製造方法により製造される複合分離膜を酢酸/水混合物の分離または酢酸メチル/メタノール混合物の分離に適用する場合、分離層の表面の平均細孔径は3Å以上10Å以下となるように調整されることが好ましい。より好ましくは、酢酸/水混合物の分離に適用する場合は4Å以上6Å以下、酢酸メチル/メタノール混合物の分離に適用する場合は5Å以上7Å以下である。分離層の表面がこのような細孔径を有することにより、高い分離係数を実現することができる。   When the composite separation membrane produced by the production method according to the present invention is applied to the separation of an acetic acid / water mixture or the separation of a methyl acetate / methanol mixture, the average pore diameter of the surface of the separation layer is 3 to 10 mm. It is preferable to adjust. More preferably, when it is applied to the separation of an acetic acid / water mixture, it is 4 to 6 mm, and when it is applied to the separation of a methyl acetate / methanol mixture, it is 5 to 7 mm. When the surface of the separation layer has such a pore diameter, a high separation factor can be realized.

〔有機液体混合物の分離方法〕
本発明に係る有機液体混合物の分離方法は、上記本発明に係る複合分離膜、または、上記本発明に係る製造方法により製造された複合分離膜を用いるものであればよい。本発明に係る複合分離膜は、高温での耐久性が高いので、高温条件下での有機液体混合物の分離が可能となる。
[Method for separating organic liquid mixture]
The separation method of the organic liquid mixture according to the present invention may be any method using the composite separation membrane according to the present invention or the composite separation membrane produced by the production method according to the present invention. Since the composite separation membrane according to the present invention has high durability at high temperatures, the organic liquid mixture can be separated under high temperature conditions.

本明細書において「有機液体混合物」とは、有機物が数種混ざった液体が意図される。有機物に水が混ざった液体も「有機液体混合物」に含まれる。具体的には、例えば、エタノール/水、アセトン/水、t−ブタノール/水、IPA/水、t−ブタノール/IPA/メタノール/水、酢酸/水、酢酸メチル/メタノール、酢酸/酢酸メチル/メタノール/水、THF/水、THF/シクロヘキサン/水などが挙げられる。   In the present specification, the “organic liquid mixture” means a liquid in which several kinds of organic substances are mixed. A liquid in which water is mixed with an organic substance is also included in the “organic liquid mixture”. Specifically, for example, ethanol / water, acetone / water, t-butanol / water, IPA / water, t-butanol / IPA / methanol / water, acetic acid / water, methyl acetate / methanol, acetic acid / methyl acetate / methanol. / Water, THF / water, THF / cyclohexane / water, and the like.

本発明に係る有機液体混合物の分離方法においては、蒸気透過法により行うことが好ましい。蒸気透過法では透過物質が蒸気で供給されるため、膜上での濃度分極が起こり難く、膜寿命が長くなるという利点がある。   In the method for separating an organic liquid mixture according to the present invention, the vapor permeation method is preferably used. In the vapor permeation method, since the permeation substance is supplied by vapor, there is an advantage that concentration polarization hardly occurs on the film and the film life is prolonged.

蒸気透過法は、分離の駆動力に毛管圧を利用する分離において、供給側の分離層表面に蒸気の液化による液膜が形成され、かつ、膜上での濃度分極が起こり難くなるように蒸気速度が大きい条件で行うことがより好ましい。これにより、蒸気透過法による高い透過性を得るとともに、液体を膜に透過させて気化分離する浸透気化法に匹敵する高い選択性を得ることができる。   In the vapor permeation method, in separation using capillary pressure as the driving force for separation, a vapor film is formed on the surface of the separation layer on the supply side due to vapor liquefaction, and concentration vapor on the membrane is less likely to occur. It is more preferable to carry out under conditions where the speed is high. As a result, high permeability by the vapor permeation method can be obtained, and high selectivity comparable to the permeation vaporization method in which the liquid is allowed to permeate through the membrane and vaporized and separated.

液膜は、膜上にて混合蒸気中の透過成分が減少することにより混合物の沸点が上昇し、その際に供給蒸気の温度がこの沸点より低い温度であると、形成される。ただし、透過成分の減少した混合物の沸点と露点の範囲に蒸気温度を設定しなければ、液膜中の透過成分の濃度は低くなるので、浸透気化法よりも能力は低くなる。蒸気透過の条件として、通常、有機液体混合物の組成が与える飽和蒸気温度に対して+1〜10℃の範囲で行うことが好ましい。ただし、透過する成分の沸点が、非透過成分の沸点よりも高く、膜上にて混合蒸気中の透過成分が減少することにより混合物の沸点が下降する場合(例えば、アセトン/水混合物、酢酸メチル/メタノール混合物など)は、供給混合物の飽和蒸気温度でよい。   The liquid film is formed when the permeation component in the mixed vapor decreases on the film and the boiling point of the mixture increases, and the temperature of the supply vapor is lower than the boiling point. However, if the vapor temperature is not set within the range of the boiling point and dew point of the mixture having a reduced permeation component, the concentration of the permeation component in the liquid film will be lower, so the ability will be lower than that of the pervaporation method. As the conditions for vapor permeation, it is usually preferable to carry out in the range of +1 to 10 ° C. with respect to the saturated vapor temperature given by the composition of the organic liquid mixture. However, when the boiling point of the permeating component is higher than the boiling point of the non-permeating component and the boiling point of the mixture decreases due to a decrease in the permeating component in the mixed vapor on the membrane (for example, acetone / water mixture, methyl acetate) / Methanol mixtures, etc.) may be the saturated vapor temperature of the feed mixture.

温度および圧力は、高い方が透過には適しているが、実用上温度は60〜200℃、圧力は0.1〜2.0MPaの範囲が好ましい。また、透過側の圧力は通常1〜2Torr程度で実施されることが多いが、本発明においては55Torr以上とする方が膜透過蒸気の凝縮に要するエネルギーが小さくなり、また透過側蒸気が有する熱を回収しやすくなるので好ましい。   A higher temperature and pressure are suitable for permeation, but practically the temperature is preferably 60 to 200 ° C. and the pressure is preferably in the range of 0.1 to 2.0 MPa. In general, the pressure on the permeate side is usually about 1 to 2 Torr. However, in the present invention, the energy required for condensing the membrane permeation vapor becomes smaller when the pressure is 55 Torr or more. This is preferable because it is easy to recover.

本発明に係る有機液体混合物の分離方法においては、分離層の表面の平均細孔径が3Å以上10Å以下に調整されている複合分離膜を用いることが好ましい。分離層表面の平均孔径が小さい場合、高い毛管圧を得ることができるため、高い透過流束を発現することができるからである。   In the method for separating an organic liquid mixture according to the present invention, it is preferable to use a composite separation membrane in which the average pore diameter of the surface of the separation layer is adjusted to 3 to 10 mm. This is because when the average pore diameter on the surface of the separation layer is small, a high capillary pressure can be obtained, so that a high permeation flux can be expressed.

本発明に係る有機液体混合物の分離方法における分離対象の組成に関しては混合物であればどの範囲においても適用可能であるが、好ましくは比揮発度が低い領域か、共沸組成の分離に適用する。   The composition to be separated in the method for separating an organic liquid mixture according to the present invention can be applied in any range as long as it is a mixture, but is preferably applied to a region having a low relative volatility or azeotropic composition separation.

本発明に係る有機液体混合物の分離方法においては、分離対象の有機液体混合物の成分にカルボン酸および水を含むことが好適である。カルボン酸と水の比揮発度が小さいため、蒸発法では分離に多量のエネルギーを要するのに対して、気液平衡が関与しない膜分離の対象とすることが適当だからである。カルボン酸は特に限定されないが、酢酸であることが好ましい。透過成分が主に水の場合、分離層の表面の平均細孔径が4Å以上6Å以下に調整されている複合分離膜を用いることが好ましい。   In the method for separating an organic liquid mixture according to the present invention, it is preferable that the components of the organic liquid mixture to be separated include carboxylic acid and water. This is because, since the relative volatility of carboxylic acid and water is small, a large amount of energy is required for the separation in the evaporation method, but it is appropriate to use as a target for membrane separation not involving gas-liquid equilibrium. The carboxylic acid is not particularly limited, but is preferably acetic acid. When the permeation component is mainly water, it is preferable to use a composite separation membrane in which the average pore diameter on the surface of the separation layer is adjusted to 4 to 6 inches.

分離する酢酸/水混合物の組成に関しては、ほぼ全組成領域に亘って比揮発度が低いので、あらゆる範囲での適用が好ましいといえる。ただし、実用上は、水0.1〜70wt%での使用が好ましい。   Regarding the composition of the acetic acid / water mixture to be separated, since the relative volatility is low over almost the entire composition range, it can be said that application in all ranges is preferable. However, for practical use, it is preferable to use 0.1 to 70 wt% of water.

圧力および温度は、0.1MPaを越える圧力で、かつ100℃を越える温度であることが好ましい。実用上、圧力および温度は、あまり低すぎると膜非透過物の有する熱を効率よく回収することができず、また圧力があまり高すぎるとエネルギーの使用量を増加させ、温度があまり高すぎると膜性能の低下が起こりやすくなるため、本発明に係る分離方法においては、好ましくは0.1〜0.45MPaに加圧し、かつ100〜170℃で本発明に係る複合分離膜を装填した膜分離装置に供給する。   The pressure and temperature are preferably a pressure exceeding 0.1 MPa and a temperature exceeding 100 ° C. In practice, if the pressure and temperature are too low, the heat of the membrane impermeate cannot be efficiently recovered, and if the pressure is too high, the amount of energy used increases, and if the temperature is too high, In the separation method according to the present invention, since the membrane performance is likely to deteriorate, the membrane separation is preferably performed at a pressure of 0.1 to 0.45 MPa and loaded with the composite separation membrane according to the present invention at 100 to 170 ° C. Supply to the device.

膜透過側の圧力は通常1〜2Torr程度で実施されることが多いが、本発明においては55Torr以上とする方が膜透過蒸気の凝縮に要するエネルギーが小さくなり、また膜透過側蒸気が有する熱を回収し易くなるので好ましい。   The pressure on the membrane permeation side is usually about 1 to 2 Torr, but in the present invention, the energy required for condensation of the membrane permeation vapor becomes smaller when the pressure is 55 Torr or more, and the heat possessed by the membrane permeation side steam This is preferable because it is easy to recover.

透過側の圧力は55Torr以上とすることが好ましい。   The pressure on the transmission side is preferably 55 Torr or more.

本発明に係る有機液体混合物の分離方法においては、分離対象の有機液体混合物の成分にカルボン酸エステルおよびメタノールを含むことが適している。工業プロセスでは、僅かな水の存在により、カルボン酸エステルが加水分解によりカルボン酸となるため、耐酸性の優れた無機多孔体の膜により、膜が劣化せずに分離が可能となるからである。   In the method for separating an organic liquid mixture according to the present invention, it is suitable that a component of the organic liquid mixture to be separated contains a carboxylic acid ester and methanol. In an industrial process, because a carboxylic acid ester is converted into a carboxylic acid by hydrolysis due to the presence of a small amount of water, separation is possible without deterioration of the membrane by an inorganic porous membrane having excellent acid resistance. .

カルボン酸エステルは特に限定されないが、酢酸エステルが好ましく、酢酸メチルがさらに好ましい。酢酸メチルとメタノールは共沸するため、蒸留では分離が困難であるのに対して、気液平衡が関与しない膜分離では分離が容易であるからである。透過成分が主にメタノールの場合、分離層の表面の平均細孔径が5Å以上7Å以下に調整されている複合分離膜を用いることが好ましい。   The carboxylic acid ester is not particularly limited, but is preferably an acetate ester, and more preferably methyl acetate. This is because methyl acetate and methanol azeotrope and are difficult to separate by distillation, but are easy to separate by membrane separation not involving gas-liquid equilibrium. When the permeation component is mainly methanol, it is preferable to use a composite separation membrane in which the average pore diameter on the surface of the separation layer is adjusted to 5 to 7 mm.

圧力および温度は、0.1MPaを越える圧力で、かつ54℃を越える温度であることが好ましい。実用上、圧力および温度は、あまり低すぎると膜非透過物の有する熱を効率よく回収することができず、また圧力があまり高すぎるとエネルギーの使用量を増加させ、温度があまり高すぎると膜性能の低下が起こり易くなるため、本発明に係る分離方法においては、好ましくは0.1〜1.7MPaに加圧し、かつ54〜170℃で本発明に係る複合分離膜を装填した膜分離装置に供給する。   The pressure and temperature are preferably a pressure exceeding 0.1 MPa and a temperature exceeding 54 ° C. In practice, if the pressure and temperature are too low, the heat of the membrane impermeate cannot be efficiently recovered, and if the pressure is too high, the amount of energy used increases, and if the temperature is too high, In the separation method according to the present invention, since the membrane performance is likely to deteriorate, the membrane separation is preferably pressurized at 0.1 to 1.7 MPa and loaded with the composite separation membrane according to the present invention at 54 to 170 ° C. Supply to the device.

膜透過側の圧力は通常1〜2Torr程度で実施されることが多いが、本発明においては390Torr以上とする方が膜透過蒸気の凝縮に要するエネルギーが小さくなり、また膜透過側蒸気が有する熱を回収し易くなるので好ましい。   Usually, the pressure on the membrane permeation side is usually about 1 to 2 Torr, but in the present invention, the energy required for condensation of the membrane permeation vapor becomes smaller when the pressure is 390 Torr or more, and the heat possessed by the membrane permeation side vapor This is preferable because it is easy to recover.

〔実施例〕
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、以下の実施例においては、%は重量%を表すものとする。
〔Example〕
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely using an Example, this invention is not limited to this. In the following examples, “%” represents “% by weight”.

〔実施例1:本発明に係る複合分離膜の製造、ならびに分離層の細孔径および膜厚の測定〕
本実施例では、支持体として平均細孔径約1μmの多孔性α−アルミナ管(日本ガイシ(株)製、外径10mm、長さ800mm)を用いた。
[Example 1: Production of composite separation membrane according to the present invention and measurement of pore diameter and film thickness of the separation layer]
In this example, a porous α-alumina tube (manufactured by NGK Co., Ltd., outer diameter 10 mm, length 800 mm) having an average pore diameter of about 1 μm was used as the support.

(1)シリカコロイドゾルの調製
シリカコロイドゾルの調製は以下のように行った。すなわち、TEOS、水および硝酸(触媒)を表1の重量組成となるように混合した後、室温で1時間攪拌し、加水分解および縮重合反応を行った。
(1) Preparation of silica colloid sol The silica colloid sol was prepared as follows. That is, TEOS, water, and nitric acid (catalyst) were mixed so as to have the weight composition shown in Table 1, and then stirred at room temperature for 1 hour to perform hydrolysis and polycondensation reaction.

続いて、この溶液を煮沸しながら10時間攪拌し、シリカコロイドゾルを調製した。溶液のpHは2以下とした。沸騰中は溶液の総量を一定に保つように調整した。得られたシリカコロイドゾルを室温で1週間静置した後、本発明の複合分離膜の製造に使用した。なお、表1に示したように、TEOSの濃度を3.0%、2.0%、1.5%、および0.8%として、異なる粒子径を有する4種類のシリカコロイドゾル1〜4を調製した。これら溶液のシリカコロイドゾル粒度分布を光散乱法により測定すると、平均粒径は表2の通りであった。   Subsequently, this solution was stirred for 10 hours while boiling to prepare a silica colloid sol. The pH of the solution was 2 or less. During the boiling, the total amount of the solution was adjusted to be kept constant. The obtained silica colloid sol was allowed to stand at room temperature for 1 week, and then used for the production of the composite separation membrane of the present invention. As shown in Table 1, when the TEOS concentration was 3.0%, 2.0%, 1.5%, and 0.8%, four types of silica colloid sols 1 to 4 having different particle diameters were used. Was prepared. When the particle size distribution of the silica colloid sol of these solutions was measured by the light scattering method, the average particle size was as shown in Table 2.

(2)中間層の形成
上記により調製したシリカコロイドゾル1〜4のうち、TEOS濃度3.0%のシリカコロイドゾル1に、粒子径約2μmの均一なα−アルミナ粒子(住友化学(株)製、高純度アルファアルミナALS-43B)が10%となるように分散させたシリカコロイドゾルAおよび粒子径約0.2μmの均一なα−アルミナ粒子(住友化学(株)製、高純度アルファアルミナAKP-50)が5%となるように分散させたシリカコロイドゾルBをそれぞれ調製した。
(2) Formation of intermediate layer Among silica colloid sols 1 to 4 prepared as described above, uniform colloidal α-alumina particles (Sumitomo Chemical Co., Ltd.) having a particle diameter of about 2 μm were added to silica colloid sol 1 having a TEOS concentration of 3.0%. Silica colloidal sol A in which high purity alpha alumina ALS-43B) is dispersed to 10% and uniform α-alumina particles having a particle diameter of about 0.2 μm (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., high purity alpha alumina) Silica colloidal sol B in which AKP-50) was dispersed to 5% was prepared.

最初に、粒子径約2μmの粒子が分散されたシリカコロイドゾルAを上記支持体の表面に室温で塗布し、20分間乾燥させた。続いて180℃で10分間加熱した後、500℃で20分間焼成した。これを冷却し、再度同一のシリカコロイドゾルAを塗布して上記同一の条件で乾燥、加熱した。この操作を2回繰り返した。   First, silica colloidal sol A in which particles having a particle diameter of about 2 μm were dispersed was applied to the surface of the support at room temperature and dried for 20 minutes. Then, after heating at 180 degreeC for 10 minutes, it baked at 500 degreeC for 20 minutes. This was cooled, the same silica colloid sol A was applied again, dried and heated under the same conditions. This operation was repeated twice.

次に、粒子径約0.2μmの粒子が分散されたシリカコロイドゾルBを上記により形成された層の表面に塗布し、室温で20分間乾燥させた。続いて180℃で10分間加熱した後、500℃で20分間焼成した。これを冷却し、再度同一のシリカコロイドゾルBを塗布して上記同一の条件で乾燥、加熱した。この操作を2回繰り返した。   Next, silica colloid sol B in which particles having a particle diameter of about 0.2 μm were dispersed was applied to the surface of the layer formed as described above, and dried at room temperature for 20 minutes. Then, after heating at 180 degreeC for 10 minutes, it baked at 500 degreeC for 20 minutes. This was cooled, the same silica colloid sol B was applied again, dried and heated under the same conditions. This operation was repeated twice.

本実施例では、各シリカゾルの塗布および焼成を2〜8回繰り返したが、複数回繰り返すことは必須ではなく、繰り返す回数も限定されない。   In this example, the application and firing of each silica sol were repeated 2 to 8 times, but it is not essential to repeat a plurality of times, and the number of repetitions is not limited.

以上により、支持体表面に中間層を形成した。   Thus, an intermediate layer was formed on the support surface.

(3)分離層の形成ならびに細孔径および膜厚の測定
上記(1)にて調製した4種類のシリカコロイドゾル(表1のシリカゾル1〜4)をそれぞれ4倍希釈したものを分離層用コロイドゾルとして用いた。
(3) Formation of Separation Layer and Measurement of Pore Diameter and Film Thickness Each of the four types of silica colloid sols (silica sols 1 to 4 in Table 1) prepared in (1) above was diluted 4 times, respectively. Used as.

最初に上記(2)で得た中間層を形成した支持体を190℃で5分間加熱し、希釈シリカゾル1を表面に噴霧し、500℃で10分間焼成した。   First, the support on which the intermediate layer obtained in the above (2) was formed was heated at 190 ° C. for 5 minutes, sprayed with diluted silica sol 1 on the surface, and baked at 500 ° C. for 10 minutes.

これを冷却し、細孔径を測定した。すなわち、湿りガス透過法によってケルヴィンの毛管凝縮径を測定した。この方法は、湿りガスの湿度を徐々に増加させ、その時々のガスの漏れ流束を測定し、ケルヴィンの毛管凝縮の理論式を適用することによって細孔分布を測定する方法である。   This was cooled and the pore diameter was measured. That is, the capillary condensation diameter of Kelvin was measured by the wet gas permeation method. This method is a method of measuring the pore distribution by gradually increasing the humidity of the wet gas, measuring the leakage flux of the gas at that time, and applying the theoretical formula of Kelvin's capillary condensation.

シリカゾル1膜の平均細孔径は6nmであった。十数nm以上の著しく大きな孔がなくなるように、上記加熱、噴霧、焼成を4回繰り返した。   The average pore diameter of the silica sol 1 film was 6 nm. The above heating, spraying, and firing were repeated 4 times so as to eliminate remarkably large pores of more than 10 nm.

次に、支持体を190℃で5分間加熱し、希釈シリカゾル2を表面に噴霧し、500℃で10分間焼成した。   Next, the support was heated at 190 ° C. for 5 minutes, diluted silica sol 2 was sprayed on the surface, and baked at 500 ° C. for 10 minutes.

これを冷却し、細孔径を測定した。シリカゾル2膜の平均細孔径は3nmであった。十数nm以上の著しく大きな孔がなくなるように、上記加熱、噴霧、焼成を4回繰り返した。   This was cooled and the pore diameter was measured. The average pore diameter of the silica sol 2 film was 3 nm. The above heating, spraying, and firing were repeated 4 times so as to eliminate remarkably large pores of more than 10 nm.

次に、支持体を190℃で5分間加熱し、希釈シリカゾル3を表面に噴霧し、500℃で10分間焼成した。   Next, the support was heated at 190 ° C. for 5 minutes, diluted silica sol 3 was sprayed on the surface, and baked at 500 ° C. for 10 minutes.

これを冷却し、細孔径を測定した。シリカゾル3膜の平均細孔径は2nmであった。十数nm以上の著しく大きな孔がなくなるように、上記加熱、噴霧、焼成を4回繰り返した。   This was cooled and the pore diameter was measured. The average pore diameter of the silica sol 3 film was 2 nm. The above heating, spraying, and firing were repeated 4 times so as to eliminate remarkably large pores of more than 10 nm.

次に、支持体を190℃で5分間加熱し、希釈シリカゾル4を表面に噴霧し、500℃で10分間焼成した。   Next, the support was heated at 190 ° C. for 5 minutes, diluted silica sol 4 was sprayed on the surface, and baked at 500 ° C. for 10 minutes.

これを冷却し、細孔径を測定した。シリカゾル4膜の平均細孔径は0.5nmであった。十数nm以上の著しく大きな孔がなくなるように、上記加熱、噴霧、焼成を2回繰り返した。   This was cooled and the pore diameter was measured. The average pore diameter of the silica sol 4 film was 0.5 nm. The above heating, spraying, and firing were repeated twice so as to eliminate remarkably large pores of more than 10 nm.

以上により製造された本発明の複合分離膜の分離層(シリカ膜)の厚さを走査電子顕微鏡で測定したところ、0.4μmであった。   It was 0.4 micrometer when the thickness of the separation layer (silica membrane) of the composite separation membrane of this invention manufactured by the above was measured with the scanning electron microscope.

図1に当該複合分離膜断面の走査電子顕微鏡写真を示した。図1から、非常に薄い分離層が形成されており、分離層と支持体との間に中間層が形成されていることがわかる。また、図2には当該複合分離膜の断面の模式図を示した。図2において、支持体は平均細孔径約1μmの多孔性α−アルミナ管である。中間層は2層からなり、支持体側の層には粒子径約2μmの均一なα−アルミナ粒子およびシリカコロイド粒子が含まれており、分離層側の層は粒子径約0.2μmの均一なα−アルミナ粒子およびシリカコロイド粒子が含まれている。分離層は4層からなり、外側の層ほどシリカコロイド粒子の粒子径が小さいので、分離層の細孔径は中間層に向かって段階的に大きくなっている。   FIG. 1 shows a scanning electron micrograph of the cross section of the composite separation membrane. FIG. 1 shows that a very thin separation layer is formed, and an intermediate layer is formed between the separation layer and the support. FIG. 2 shows a schematic diagram of a cross section of the composite separation membrane. In FIG. 2, the support is a porous α-alumina tube having an average pore diameter of about 1 μm. The intermediate layer is composed of two layers. The layer on the support side contains uniform α-alumina particles and silica colloidal particles having a particle diameter of about 2 μm, and the separation layer side has a uniform particle diameter of about 0.2 μm. α-alumina particles and silica colloidal particles are included. The separation layer is composed of four layers, and the outer layer has a smaller silica colloid particle size, so that the pore size of the separation layer gradually increases toward the intermediate layer.

〔比較例1:中間層を有しない複合分離膜の分離層の細孔径および膜厚の測定〕
本比較例では、実施例1と同一の支持体(平均細孔径約1μmの多孔性α−アルミナ管(日本ガイシ(株)製、外径10mm、長さ800mm))および実施例1で調製した4種類のシリカコロイドゾル(表1のシリカゾル1〜4)を用いて中間層を有しない複合分離膜を製造し、各シリカ膜の細孔径および形成された分離層(シリカ膜)の厚さを実施例1と同じ方法で測定した。
[Comparative Example 1: Measurement of pore diameter and film thickness of separation layer of composite separation membrane having no intermediate layer]
In this comparative example, the same support as in Example 1 (a porous α-alumina tube having an average pore diameter of about 1 μm (manufactured by NGK Co., Ltd., outer diameter: 10 mm, length: 800 mm)) and Example 1 was used. A composite separation membrane having no intermediate layer is manufactured using four types of silica colloidal sols (silica sols 1 to 4 in Table 1), and the pore diameter of each silica membrane and the thickness of the formed separation layer (silica membrane) are determined. The measurement was performed in the same manner as in Example 1.

支持体を190℃で5分間加熱し、希釈シリカゾル1を表面に噴霧し、500℃で10分間焼成した。   The support was heated at 190 ° C. for 5 minutes, diluted silica sol 1 was sprayed on the surface, and baked at 500 ° C. for 10 minutes.

これを冷却し、細孔径を測定した。シリカゾル1膜の平均細孔径は6nmであった。十数nm以上の著しく大きな孔がなくなるように、上記加熱、噴霧、焼成を30回繰り返した。   This was cooled and the pore diameter was measured. The average pore diameter of the silica sol 1 film was 6 nm. The above heating, spraying, and firing were repeated 30 times so as to eliminate remarkably large pores of more than 10 nm.

次に、支持体を190℃で5分間加熱し、希釈シリカゾル2を表面に噴霧し、500℃で10分間焼成した。   Next, the support was heated at 190 ° C. for 5 minutes, diluted silica sol 2 was sprayed on the surface, and baked at 500 ° C. for 10 minutes.

これを冷却し、細孔径を測定した。シリカゾル2膜の平均細孔径は3nmであった。十数nm以上の著しく大きな孔がなくなるように、上記加熱、噴霧、焼成を30回繰り返した。   This was cooled and the pore diameter was measured. The average pore diameter of the silica sol 2 film was 3 nm. The above heating, spraying, and firing were repeated 30 times so as to eliminate remarkably large pores of more than 10 nm.

次に、支持体を190℃で5分間加熱し、希釈シリカゾル3を表面に噴霧し、500℃で10分間焼成した。   Next, the support was heated at 190 ° C. for 5 minutes, diluted silica sol 3 was sprayed on the surface, and baked at 500 ° C. for 10 minutes.

これを冷却し、細孔径を測定した。シリカゾル3膜の平均細孔径は2nmであった。十数nm以上の著しく大きな孔がなくなるように、上記加熱、噴霧、焼成を30回繰り返した。   This was cooled and the pore diameter was measured. The average pore diameter of the silica sol 3 film was 2 nm. The above heating, spraying, and firing were repeated 30 times so as to eliminate remarkably large pores of more than 10 nm.

次に、支持体を190℃で5分間加熱し、希釈シリカゾル4を表面に噴霧し、500℃で10分間焼成した。   Next, the support was heated at 190 ° C. for 5 minutes, diluted silica sol 4 was sprayed on the surface, and baked at 500 ° C. for 10 minutes.

これを冷却し、細孔径を測定した。シリカゾル4膜の平均細孔径は0.5nmであった。十数nm以上の著しく大きな孔がなくなるように、上記加熱、噴霧、焼成を30回繰り返した。   This was cooled and the pore diameter was measured. The average pore diameter of the silica sol 4 film was 0.5 nm. The above heating, spraying, and firing were repeated 30 times so as to eliminate remarkably large pores of more than 10 nm.

以上により製造された複合分離膜の分離層(シリカ膜)の厚さは4.0μmであった。   The thickness of the separation layer (silica membrane) of the composite separation membrane produced as described above was 4.0 μm.

実施例1の結果と比較例1の結果とを比較し、表3に示した。   The results of Example 1 and Comparative Example 1 were compared and shown in Table 3.

比較例1では、支持体に直接シリカゾルを噴霧、焼成したため、シリカゾルが支持体の細孔に深く浸透し、十数nm以上の著しく大きな孔が多数生じた。そのため、著しく大きな孔がなくなるために、シリカゾルの噴霧、焼成を各30回ずつ繰り返す必要があった。そのため、最終的に形成されたシリカ膜(分離層)は4.0μmの厚さとなっていた。   In Comparative Example 1, since the silica sol was directly sprayed and fired on the support, the silica sol penetrated deeply into the pores of the support and a large number of remarkably large pores of 10 nm or more were generated. Therefore, in order to eliminate a remarkably large hole, it was necessary to repeat the spraying and baking of silica sol 30 times each. Therefore, the finally formed silica membrane (separation layer) had a thickness of 4.0 μm.

一方、実施例1の複合分離膜は中間層を有するため、シリカゾルが支持体の細孔に深く浸透することが防止され、十数nm以上の著しく大きな孔の発生は非常に少なかった。そのため、シリカゾルの噴霧、焼成を数回(2〜4回)繰り返せば、著しく大きな孔をなくすことができた。その結果、最終的に形成されたシリカ膜(分離層)の厚さは0.4μmと、比較例1の1/10であった。   On the other hand, since the composite separation membrane of Example 1 had an intermediate layer, the silica sol was prevented from penetrating deeply into the pores of the support, and the generation of extremely large pores of 10 nm or more was very small. Therefore, if the spraying and firing of the silica sol were repeated several times (2 to 4 times), extremely large pores could be eliminated. As a result, the finally formed silica membrane (separation layer) had a thickness of 0.4 μm, which was 1/10 that of Comparative Example 1.

以上のように、本発明に係る複合分離膜は、混合物の分離において高透過選択性を有するために必要な細孔径分布がシャープであり、数nm以上の著しく大きな孔が無く、分離層膜の厚さが非常に薄い膜であることが明らかとなった。   As described above, the composite separation membrane according to the present invention has a sharp pore size distribution necessary for having high permeation selectivity in the separation of the mixture, no remarkably large pores of several nanometers or more, and the separation layer membrane. It became clear that the film was very thin.

〔実施例2:酢酸/水混合物の分離条件の検討〕
(2-1)酢酸90%水溶液を蒸発させ、0.21MPaに加圧し、141℃で実施例1の複合分離膜の複合分離膜に供給した。
[Example 2: Examination of separation conditions of acetic acid / water mixture]
(2-1) A 90% aqueous solution of acetic acid was evaporated, pressurized to 0.21 MPa, and supplied to the composite separation membrane of the composite separation membrane of Example 1 at 141 ° C.

耐圧ガラス容器で膜の状態を観察すると、膜表面には薄い液膜ができており、長時間観察を続けると、時々液が膜を滴り落ちることが確認された。透過側の圧力を120torrに保ち、蒸気透過法を実施した結果、透過流束は9kg/m・hr、分離係数は1000であった。また、本分離を30日間継続して実施したが、透過流束および分離係数の著しい低下はなかった。When the state of the film was observed with a pressure-resistant glass container, a thin liquid film was formed on the film surface, and it was confirmed that the liquid sometimes dropped on the film when observed for a long time. As a result of performing the vapor permeation method while maintaining the pressure on the permeation side at 120 torr, the permeation flux was 9 kg / m 2 · hr and the separation factor was 1000. Moreover, although this separation was carried out continuously for 30 days, there was no significant decrease in permeation flux and separation factor.

(2-2)比較例1の複合分離膜を用いて上記(2-1)と同一の条件で透過流束および分離係数を測定した。すなわち、酢酸90%水溶液を蒸発させ、0.21MPaに加圧し、141℃で比較例1の複合分離膜に供給した。   (2-2) Using the composite separation membrane of Comparative Example 1, the permeation flux and separation factor were measured under the same conditions as in (2-1) above. That is, an acetic acid 90% aqueous solution was evaporated, pressurized to 0.21 MPa, and supplied to the composite separation membrane of Comparative Example 1 at 141 ° C.

透過側の圧力を120torrに保ち、蒸気透過法を実施した結果、透過流束は3kg/m・hr、分離係数は20であった。これらは、実施例1の複合分離膜における透過流束の1/3、分離係数の1/50であった。As a result of carrying out the vapor permeation method while maintaining the pressure on the permeate side at 120 torr, the permeation flux was 3 kg / m 2 · hr and the separation factor was 20. These were 1/3 of the permeation flux and 1/50 of the separation factor in the composite separation membrane of Example 1.

(2-3)実施例1の複合分離膜を用い、温度条件を変えて透過流束および分離係数を測定した。すなわち、酢酸90%水溶液を蒸発させ、0.21MPaに加圧し、150℃で実施例1の複合分離膜に供給した。   (2-3) Using the composite separation membrane of Example 1, the temperature flux was changed and the permeation flux and separation factor were measured. That is, an acetic acid 90% aqueous solution was evaporated, pressurized to 0.21 MPa, and supplied to the composite separation membrane of Example 1 at 150 ° C.

透過側の圧力を120torrに保ち、蒸気透過法を実施した結果、透過流束は4kg/m・hr、分離係数は400であった。耐圧ガラス容器で膜の状態を観察すると、膜表面は常に乾いた状態であることが観察された。As a result of performing the vapor permeation method while maintaining the pressure on the permeate side at 120 torr, the permeation flux was 4 kg / m 2 · hr and the separation factor was 400. When the state of the film was observed with a pressure-resistant glass container, it was observed that the film surface was always dry.

(2-4)実施例1の複合分離膜を用い、蒸気透過法ではなく透過気化法による分離を実施した。すなわち、酢酸90%水溶液を135℃に加熱し、液体の状態で、実施例1の複合分離膜に供給した。   (2-4) Using the composite separation membrane of Example 1, separation was performed by the pervaporation method instead of the vapor permeation method. That is, a 90% acetic acid aqueous solution was heated to 135 ° C. and supplied to the composite separation membrane of Example 1 in a liquid state.

透過側の圧力を120torrに保ち、透過気化法を実施した結果、透過流束は9kg/m・hr、分離係数は1000であった。これは上記(2-1)における透過流束および分離係数と同等の能力であった。しかしながら、30日間の試験後、透過流束は8kg/m・hr、分離係数は1000になった。As a result of performing the pervaporation method while maintaining the pressure on the permeate side at 120 torr, the permeation flux was 9 kg / m 2 · hr and the separation factor was 1000. This was the same capacity as the permeation flux and separation factor in (2-1) above. However, after 30 days of testing, the permeation flux was 8 kg / m 2 · hr and the separation factor was 1000.

以上の結果より、実施例1で作製した本発明の複合分離膜は、最適な温度での蒸気透過により、高い透過流束および分離係数を得ることが明らかとなった。また、液体透過より蒸気透過のほうが複合分離膜の寿命が長く、工業的な使用に適していることが示された。   From the above results, it was found that the composite separation membrane of the present invention produced in Example 1 obtains a high permeation flux and separation coefficient by vapor permeation at an optimum temperature. Moreover, it was shown that vapor permeation has a longer lifetime for the composite separation membrane than liquid permeation and is suitable for industrial use.

〔実施例3:酢酸メチル/メタノール混合物の分離に適した細孔径の検討〕
(3-1)実施例1におけるシリカコロイドゾル4に代えて、TEOS1.2%、水98.8%、酸触媒:硝酸0.5%の組成のシリカコロイドゾルを使用した以外は、実施例1と同様の手順で複合分離膜を作製した。このシリカコロイドゾル溶液のシリカコロイドゾル粒度分布を光散乱法により測定すると、平均粒径は7nmであった。また、このシリカコロイドゾル膜(分離層)の細孔分布をケルヴィンの毛管凝縮の理論式を適用することによって測定すると、平均細孔径は0.7nmであった。
[Example 3: Examination of pore diameter suitable for separation of methyl acetate / methanol mixture]
(3-1) In place of the silica colloid sol 4 in Example 1, a silica colloid sol having a composition of TEOS 1.2%, water 98.8%, acid catalyst: nitric acid 0.5% was used. A composite separation membrane was prepared in the same procedure as in 1. When the silica colloid sol particle size distribution of the silica colloid sol solution was measured by a light scattering method, the average particle size was 7 nm. Further, when the pore distribution of the silica colloid sol membrane (separation layer) was measured by applying the theoretical formula of Kelvin capillary condensation, the average pore diameter was 0.7 nm.

酢酸メチル20%のメタノール溶液を蒸発させ、1.1MPaに加圧し、141℃で上記により作製した複合分離膜(分離層の平均細孔径0.7nm)に供給した。透過側の圧力を390torrに保ち、蒸気透過法を実施した結果、透過流束は30kg/m・hr、分離係数は300であった。耐圧ガラス容器で膜の状態を観察すると、膜表面には薄い液膜ができており、長時間観察を続けると、時々液が膜を滴り落ちることが確認された。また、本分離を30日間継続して実施したが、透過流束および分離係数の著しい低下はなかった。A methanol solution of 20% methyl acetate was evaporated, pressurized to 1.1 MPa, and supplied to the composite separation membrane (average pore diameter of the separation layer 0.7 nm) prepared at 141 ° C. as described above. As a result of performing the vapor permeation method while maintaining the pressure on the permeate side at 390 torr, the permeation flux was 30 kg / m 2 · hr and the separation factor was 300. When the state of the film was observed with a pressure-resistant glass container, a thin liquid film was formed on the film surface, and it was confirmed that the liquid sometimes dropped on the film when observed for a long time. Moreover, although this separation was carried out continuously for 30 days, there was no significant decrease in permeation flux and separation factor.

(3-2)実施例1においてシリカコロイドゾル4を用いずに、シリカコロイドゾル3(TEOS1.5%、水98.0%、酸触媒:硝酸0.5%)膜を分離層の最表層膜とした複合分離膜を実施例1と同様の手順で作製した。したがって、本複合分離膜の平均細孔径は2nmである(実施例1参照)。   (3-2) The silica colloid sol 3 (TEOS 1.5%, water 98.0%, acid catalyst: nitric acid 0.5%) membrane was used as the outermost layer of the separation layer without using the silica colloid sol 4 in Example 1. A composite separation membrane as a membrane was prepared in the same procedure as in Example 1. Therefore, the average pore diameter of the composite separation membrane is 2 nm (see Example 1).

酢酸メチル80%、メタノール20%の混合溶液を蒸発させ、1.1MPaに加圧し、141℃で上記により作製した複合分離膜(分離層の平均細孔径1nm)に供給した。透過側の圧力を390torrに保ち、蒸気透過法を実施した結果、透過流束は10kg/m・hr、分離係数は1.1であった。A mixed solution of methyl acetate 80% and methanol 20% was evaporated, pressurized to 1.1 MPa, and supplied to the composite separation membrane (average pore diameter of the separation layer 1 nm) prepared as described above at 141 ° C. As a result of performing the vapor permeation method while maintaining the pressure on the permeate side at 390 torr, the permeation flux was 10 kg / m 2 · hr and the separation factor was 1.1.

以上の結果より、本発明の複合分離膜は、透過物質に近い適切な孔径を有する分離層を備えることで、蒸気透過において、高い分離係数を得ることが明らかになった。   From the above results, it has been clarified that the composite separation membrane of the present invention has a separation layer having an appropriate pore size close to that of the permeating substance, thereby obtaining a high separation coefficient in vapor permeation.

〔参考例1:特許文献1(特許第2808479号公報)に記載の方法で製造した膜の分離層の膜厚の測定〕
(1)シリカゾル5の調製
テトラエトキシシラン、水および硝酸を表1の重量組成になるように常温で混合し攪拌した。攪拌を継続したまま80℃に加熱し沸騰させた。沸騰開始後、25分、20分、15分の液をそれぞれ冷却し、シリカゾル5A、5B、5Cとした。
[Reference Example 1: Measurement of film thickness of a separation layer of a film produced by the method described in Patent Document 1 (Japanese Patent No. 2808479)]
(1) Preparation of silica sol 5 Tetraethoxysilane, water and nitric acid were mixed and stirred at room temperature so as to have the weight composition shown in Table 1. While stirring was continued, the mixture was heated to 80 ° C. and boiled. After starting boiling, the liquids for 25 minutes, 20 minutes, and 15 minutes were cooled to form silica sols 5A, 5B, and 5C.

(2)シリカゾル6の調製
TEOS、水および硝酸を表3の重量組成になるように常温で混合し60分間攪拌し、シリカゾル6とした。
(2) Preparation of silica sol 6 TEOS, water and nitric acid were mixed at room temperature so as to have the weight composition shown in Table 3 and stirred for 60 minutes to obtain silica sol 6.

(3)シリカ膜の形成
日本ガイシ(株)製セラミック管(平均細孔径0.5μm、外径10mm、長さ500mm)をシリカゾル5A中に浸漬してシリカゾルを担持し、200℃に設定した電気炉内で10分間焼成した。次いで、300℃に設定した電気炉内で10分間、400℃に設定した電気炉内で10分間、500℃に設定した電気炉内で10分間焼成した。以上の操作を2回繰り返した。
(3) Formation of Silica Film Electricity set at 200 ° C. by supporting a silica sol by immersing a ceramic tube (average pore diameter 0.5 μm, outer diameter 10 mm, length 500 mm) manufactured by NGK Co., Ltd. in silica sol 5A. Baking for 10 minutes in the furnace. Next, firing was performed for 10 minutes in an electric furnace set to 300 ° C., 10 minutes in an electric furnace set to 400 ° C., and 10 minutes in an electric furnace set to 500 ° C. The above operation was repeated twice.

次に、シリカゾル5Aを担持したセラミック管をシリカゾル5B中に浸漬し、上記と同じ処理を行った。   Next, the ceramic tube carrying the silica sol 5A was immersed in the silica sol 5B, and the same treatment as above was performed.

さらに、シリカゾル5Aおよび5Bを担持したセラミック管をシリカゾル5C中に浸漬し、上記と同じ処理を行った。   Further, the ceramic tube carrying the silica sols 5A and 5B was immersed in the silica sol 5C, and the same treatment as above was performed.

最後に、シリカゾル5A、5Bおよび5Cを担持したセラミック管をシリカゾル6中に浸漬し、上記と同じ処理を行い、膜を製造した。   Finally, the ceramic tube carrying the silica sols 5A, 5B and 5C was immersed in the silica sol 6 and subjected to the same treatment as above to produce a film.

(4)シリカ膜の厚さの測定
走査電子顕微鏡でシリカ膜の厚さを測定したところ、8.0μmであった。
(4) Measurement of the thickness of the silica film The thickness of the silica film was measured with a scanning electron microscope and found to be 8.0 μm.

以上のように、特許文献1に記載の方法で製造した分離膜は、高濃度のシリカゲルを用いているのでシリカ膜の厚さは実施例1の膜の20倍であった。   As described above, since the separation membrane produced by the method described in Patent Document 1 uses high-concentration silica gel, the thickness of the silica membrane was 20 times that of the membrane of Example 1.

なお、発明を実施するための最良の形態の項においてなした具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。   It should be noted that the specific embodiments or examples made in the best mode for carrying out the invention are merely to clarify the technical contents of the present invention, and are limited to such specific examples. The present invention should not be interpreted in a narrow sense, and various modifications can be made within the spirit of the present invention and the following claims.

また、本明細書中に記載された学術文献および特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。   Moreover, all the academic literatures and patent literatures described in this specification are incorporated herein by reference.

産業上の利用の可能性Industrial applicability

本発明に係る複合分離膜は、支持体および分離層のいずれか一方の線膨張率より大きく他方の線膨張率より小さい線膨張率を有する中間層を備えている。したがって、支持体と分離層との線膨張率の差を中間層が埋め、分離層を焼成する際に発生しやすいひび割れや複合分離膜を常温から使用時の高温への加熱時および高温から常温への冷却時等の熱衝撃時におけるひび割れを防止することができるという効果を奏する。さらに、高温で耐久性が高く、高温条件下での工業的な使用に優れているという効果を奏する。   The composite separation membrane according to the present invention includes an intermediate layer having a linear expansion coefficient that is larger than one of the support and the separation layer and smaller than the other. Therefore, the intermediate layer fills the difference in linear expansion coefficient between the support and the separation layer, and cracks and composite separation membranes that are likely to occur when firing the separation layer are heated from normal temperature to high temperature during use and from high temperature to normal temperature. There is an effect that it is possible to prevent cracks at the time of thermal shock such as cooling. Furthermore, the durability is high at high temperatures, and the effect of being excellent in industrial use under high temperature conditions is exhibited.

また、本発明に係る複合分離膜は、支持体および分離層のいずれか一方の細孔径より大きく他方の細孔径より小さい細孔径を有する均質な中間層を備えている。したがって、分離層の成分が支持体の深部まで浸透させることなく、分離層の厚さを非常に薄くできるという効果を奏する。   Further, the composite separation membrane according to the present invention includes a homogeneous intermediate layer having a pore diameter larger than the pore diameter of one of the support and the separation layer and smaller than the other pore diameter. Therefore, there is an effect that the thickness of the separation layer can be extremely reduced without allowing the components of the separation layer to penetrate into the deep part of the support.

すなわち、分離対象の選択透過性を保証する細孔径の小さい層の厚さを非常に薄くできるので、透過阻害が極めて小さく、各種混合物の分離系においても高い透過流束を得ることができる複合分離膜を提供できる。   In other words, the thickness of the layer with a small pore diameter that guarantees the selective permeability of the separation target can be made very thin, so that the permeation inhibition is extremely small and a high permeation flux can be obtained even in the separation system of various mixtures. A membrane can be provided.

本発明に係る複合分離膜の製造方法を用いれば、支持体および分離層のいずれか一方の線膨張率より大きく他方の線膨張率より小さい線膨張率を有する中間層および/または支持体および分離層のいずれか一方の細孔径より大きく他方の細孔径より小さい細孔径を有する中間層を形成することができ、その上層に非常に薄い分離層を形成することができる。   If the method for producing a composite separation membrane according to the present invention is used, the intermediate layer and / or the support and the separation having a linear expansion coefficient larger than that of one of the support and the separation layer and smaller than the other. An intermediate layer having a pore size larger than one of the pores and smaller than the other pore size can be formed, and a very thin separation layer can be formed thereon.

本発明に係る有機液体混合物の分離方法は、本発明に係る複合分離膜または本発明に係る製造方法により製造された複合分離膜を用い、分離層の細孔径を透過物質に近い適切な径に調整することにより、蒸気透過法において、高い透過性および選択性を実現することができる。   The separation method of the organic liquid mixture according to the present invention uses the composite separation membrane according to the present invention or the composite separation membrane produced by the production method according to the present invention, and sets the pore size of the separation layer to an appropriate diameter close to that of the permeating substance. By adjusting, high permeability and selectivity can be realized in the vapor permeation method.

以上のように、本発明に係る複合分離膜は、高い透過選択性と優れた透過流束を有している。また、工業的な使用に耐えうる強度および耐熱性を有している。したがって、液体分離膜、蒸気分離膜として非常に利用価値が高く、工業的な使用に好適である。   As described above, the composite separation membrane according to the present invention has high permeation selectivity and excellent permeation flux. Moreover, it has the strength and heat resistance that can withstand industrial use. Therefore, it has very high utility value as a liquid separation membrane and a vapor separation membrane, and is suitable for industrial use.

Claims (33)

無機多孔体を支持体とし、分離層を有する複合分離膜であって、
支持体と分離層の中間に中間層を備え、
該中間層は、支持体および分離層のいずれか一方の線膨張率より大きく他方の線膨張率より小さい線膨張率を有することを特徴とする複合分離膜。
A composite separation membrane having an inorganic porous body as a support and having a separation layer,
An intermediate layer is provided between the support and the separation layer,
The composite separation membrane, wherein the intermediate layer has a linear expansion coefficient larger than that of one of the support and the separation layer and smaller than the other linear expansion coefficient.
上記中間層が、複数の層から構成されることを特徴とする請求項1に記載の複合分離膜。   The composite separation membrane according to claim 1, wherein the intermediate layer is composed of a plurality of layers. 上記中間層を構成する複数の層のうち、上記支持体に隣接する層は該支持体の線膨張率に近い線膨張率を有し、上記分離層に隣接する層は該分離層の線膨張率に近い線膨張率を有することを特徴とする請求項2に記載の複合分離膜。   Of the plurality of layers constituting the intermediate layer, the layer adjacent to the support has a linear expansion coefficient close to the linear expansion coefficient of the support, and the layer adjacent to the separation layer is the linear expansion of the separation layer. The composite separation membrane according to claim 2, which has a linear expansion coefficient close to the coefficient. 上記中間層を構成する複数の層が、上記支持体に隣接する層から上記分離層に隣接する層に向かって、線膨張率の大きさの順に段階的に積層されていることを特徴とする請求項2または3に記載の複合分離膜。   A plurality of layers constituting the intermediate layer are laminated stepwise from the layer adjacent to the support toward the layer adjacent to the separation layer in the order of the linear expansion coefficient. The composite separation membrane according to claim 2 or 3. 上記中間層を構成する複数の層のうち少なくとも1層が、上記支持体または分離層を構成する物質の線膨張率と同一またはこれに近い線膨張率を有する粒子を含む層であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の複合分離膜。   At least one of the plurality of layers constituting the intermediate layer is a layer containing particles having a linear expansion coefficient that is the same as or close to that of the substance constituting the support or the separation layer. The composite separation membrane according to any one of claims 2 to 4. 上記粒子が、上記支持体を構成する物質の粒子および分離層を構成する物質の粒子の混合粒子であることを特徴とする請求項5に記載の複合分離膜。   6. The composite separation membrane according to claim 5, wherein the particles are mixed particles of particles of a substance constituting the support and particles of a substance constituting a separation layer. 無機多孔体を支持体とし、分離層を有する複合分離膜であって、
支持体と分離層の中間に中間層を備え、
該中間層は、支持体の細孔径より小さく、かつ、分離層の細孔径より大きい細孔径を有することを特徴とする複合分離膜。
A composite separation membrane having an inorganic porous body as a support and having a separation layer,
An intermediate layer is provided between the support and the separation layer,
The composite separation membrane, wherein the intermediate layer has a pore size smaller than the pore size of the support and larger than the pore size of the separation layer.
上記中間層が、複数の層から構成されることを特徴とする請求項7に記載の複合分離膜。   The composite separation membrane according to claim 7, wherein the intermediate layer is composed of a plurality of layers. 上記中間層を構成する複数の層のうち、上記支持体に隣接する層は該支持体の細孔径に近い細孔径を有し、上記分離層に隣接する層は該分離層の細孔径に近い細孔径を有することを特徴とする請求項8に記載の複合分離膜。   Of the plurality of layers constituting the intermediate layer, the layer adjacent to the support has a pore diameter close to the pore diameter of the support, and the layer adjacent to the separation layer is close to the pore diameter of the separation layer The composite separation membrane according to claim 8, which has a pore size. 上記中間層を構成する複数の層が、上記支持体に隣接する層から上記分離層に隣接する層に向かって、細孔径の大きさの順に段階的に積層されていることを特徴とする請求項8または9に記載の複合分離膜。   The plurality of layers constituting the intermediate layer are laminated stepwise from the layer adjacent to the support toward the layer adjacent to the separation layer in order of the size of the pore diameter. Item 10. The composite separation membrane according to Item 8 or 9. 上記中間層を構成する複数の層のうち少なくとも1層が、上記支持体または分離層を構成する物質の粒子を含む層であることを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の複合分離膜。   11. The method according to claim 8, wherein at least one of the plurality of layers constituting the intermediate layer is a layer containing particles of a substance constituting the support or the separation layer. Composite separation membrane. 上記粒子が、上記支持体を構成する物質の粒子および分離層を構成する物質の粒子の混合粒子であることを特徴とする請求項11に記載の複合分離膜。   12. The composite separation membrane according to claim 11, wherein the particles are mixed particles of the substance particles constituting the support and the substance particles constituting the separation layer. 上記支持体を構成する物質の粒子および分離層を構成する物質の粒子は、それぞれ均一な粒子径を有することを特徴とする請求項12に記載の複合分離膜。   13. The composite separation membrane according to claim 12, wherein the particles of the substance constituting the support and the particles of the substance constituting the separation layer each have a uniform particle diameter. 上記中間層の厚さが0.1μm以上5.0μm以下であることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の複合分離膜。   The composite separation membrane according to claim 1, wherein the intermediate layer has a thickness of 0.1 μm or more and 5.0 μm or less. 上記支持体の主成分がα−Alであることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の複合分離膜。The composite separation membrane according to claim 1, wherein a main component of the support is α-Al 2 O 3 . 上記分離層が無機化合物を含有することを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の複合分離膜。   The composite separation membrane according to any one of claims 1 to 13, wherein the separation layer contains an inorganic compound. 上記無機化合物がシリカであることを特徴とする請求項16に記載の複合分離膜。   The composite separation membrane according to claim 16, wherein the inorganic compound is silica. 上記分離層の表面の平均細孔径が3Å以上10Å以下であることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の複合分離膜。   The composite separation membrane according to any one of claims 1 to 13, wherein an average pore diameter of the surface of the separation layer is 3 to 10 mm. 無機多孔体からなる支持体、中間層および分離層からなる複合分離膜の製造方法であって、
上記分離層を構成する物質の粒子を主成分とするコロイドゾルに上記支持体を構成する物質の粒子を分散させてなる第1コロイドゾルを調製し、該第1コロイドゾルを上記支持体表面に塗布し、焼成することにより上記中間層を形成する中間層形成工程;および
上記分離層を構成する物質の粒子を主成分とする第2コロイドゾルを調製し、該第2コロイドゾルを上記中間層の表面に塗布し、焼成することにより上記分離層を形成する分離層形成工程
を包含することを特徴とする複合分離膜の製造方法。
A method for producing a composite separation membrane comprising a support comprising an inorganic porous material, an intermediate layer and a separation layer,
Preparing a first colloid sol in which particles of a substance constituting the support are dispersed in a colloid sol mainly composed of particles of the substance constituting the separation layer, and applying the first colloid sol to the surface of the support; An intermediate layer forming step of forming the intermediate layer by firing; and preparing a second colloid sol mainly composed of particles of the substance constituting the separation layer, and applying the second colloid sol to the surface of the intermediate layer. A method for producing a composite separation membrane, comprising a separation layer forming step of forming the separation layer by firing.
上記中間層を形成するための第1コロイドゾルは、上記支持体を構成する物質の粒子であって、かつ、粒子径が異なる粒子が分散されている複数種のコロイドゾルからなり、
該複数種のコロイドゾル中の上記各粒子径はそれぞれ略均一であり、
先ず最も大きい粒子径の粒子が分散されている上記コロイドゾルを上記支持体表面に塗布および焼成し、続いて順次粒子径の小さな粒子が分散されている上記コロイドゾルを上記支持体表面に塗布および焼成して上記複数の中間層を形成することを特徴とする請求項19に記載の複合分離膜の製造方法。
The first colloidal sol for forming the intermediate layer is composed of a plurality of types of colloidal sol in which particles of a substance constituting the support and particles having different particle diameters are dispersed,
The particle diameters in the plurality of types of colloidal sols are substantially uniform,
First, the colloidal sol in which particles having the largest particle size are dispersed is applied and fired on the surface of the support, and then the colloidal sol in which particles having a small particle size are sequentially dispersed is applied and fired on the surface of the support. The method for producing a composite separation membrane according to claim 19, wherein the plurality of intermediate layers are formed.
上記複数種のコロイドゾルからなる第1コロイドゾルの上記支持体を構成する物質の粒子濃度は、最も大きい粒子径の粒子が分散されているコロイドゾルにおいて最も高く、順次粒子径の大きさの順に粒子濃度が低くなることを特徴とする請求項20に記載の複合分離膜の製造方法。   The particle concentration of the substance constituting the support of the first colloid sol composed of the plurality of types of colloid sols is the highest in the colloid sol in which the particles with the largest particle size are dispersed, and the particle concentration increases in the order of the particle size. 21. The method of producing a composite separation membrane according to claim 20, wherein the method is lowered. 上記中間層の厚さが0.1μm以上5.0μm以下であることを特徴とする請求項19〜21のいずれか1項に記載の複合分離膜の製造方法。   The method for producing a composite separation membrane according to any one of claims 19 to 21, wherein the thickness of the intermediate layer is 0.1 µm or more and 5.0 µm or less. 請求項1〜18のいずれか1項に記載の複合分離膜、または、請求項19〜22のいずれか1項に記載の製造方法により製造された複合分離膜を用いることを特徴とする有機液体混合物の分離方法。   An organic liquid using the composite separation membrane according to any one of claims 1 to 18 or the composite separation membrane produced by the production method according to any one of claims 19 to 22. Method for separating the mixture. 蒸気透過法により行うことを特徴とする請求項23に記載の有機液体混合物の分離方法。   The method for separating an organic liquid mixture according to claim 23, wherein the separation is performed by a vapor permeation method. 上記蒸気透過法を、供給側の分離層表面に、蒸気の液化による液膜が形成されるように行うことを特徴とする請求項24に記載の有機液体混合物の分離方法。   25. The method for separating an organic liquid mixture according to claim 24, wherein the vapor permeation method is performed such that a liquid film is formed by vapor liquefaction on the surface of the separation layer on the supply side. 分離層の表面の平均細孔径が3Å以上10Å以下に調整されている複合分離膜を用いることを特徴とする請求項23〜25のいずれか1項に記載の有機液体混合物の分離方法。   The method for separating an organic liquid mixture according to any one of claims 23 to 25, wherein a composite separation membrane having an average pore diameter of 3 to 10 mm is used on the surface of the separation layer. 有機液体混合物がカルボン酸および水を含むことを特徴とする請求項23〜26のいずれか1項に記載の有機液体混合物の分離方法。   27. The method for separating an organic liquid mixture according to any one of claims 23 to 26, wherein the organic liquid mixture contains a carboxylic acid and water. 上記カルボン酸が酢酸であることを特徴とする請求項27に記載の有機液体混合物の分離方法。   28. The method for separating an organic liquid mixture according to claim 27, wherein the carboxylic acid is acetic acid. 分離層の表面の平均細孔径が4Å以上6Å以下に調整されている複合分離膜を用いることを特徴とする請求項28に記載の有機液体混合物の分離方法。   29. The method for separating an organic liquid mixture according to claim 28, wherein a composite separation membrane having an average pore diameter of 4 to 6 mm is used on the surface of the separation layer. 有機液体混合物がカルボン酸エステルおよびメタノールを含むことを特徴とする請求項23〜26のいずれか1項に記載の有機液体混合物の分離方法。   27. The method for separating an organic liquid mixture according to any one of claims 23 to 26, wherein the organic liquid mixture contains a carboxylic acid ester and methanol. 上記カルボン酸エステルが酢酸エステルであることを特徴とする請求項30に記載の有機液体混合物の分離方法。   The method for separating an organic liquid mixture according to claim 30, wherein the carboxylic acid ester is an acetic acid ester. 上記酢酸エステルが酢酸メチルである請求項31に記載の有機液体混合物の分離方法。   32. The method for separating an organic liquid mixture according to claim 31, wherein the acetate is methyl acetate. 分離層の表面の平均細孔径が5Å以上7Å以下に調整されている複合分離膜を用いることを特徴とする請求項32に記載の有機液体混合物の分離方法。   33. The method for separating an organic liquid mixture according to claim 32, wherein a composite separation membrane having an average pore diameter of 5 to 7 mm is used on the surface of the separation layer.
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