JPWO2013125660A1 - ゼオライト膜複合体 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)複数の成分からなる気体混合物または液体混合物から、透過性の高い成分を透過して分離するために用いるゼオライト膜複合体であって、ゼオライト膜が、CHA型アルミノ珪酸塩のゼオライトを含み、膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて、2θ=17.9°付近のピーク強度が、2θ=20.8°付近のピーク強度の0.5倍未満の値を有するものであり、かつ2θ=9.6°付近のピーク強度が、2θ=20.8°付近のピーク強度の2.0倍以上4.0倍未満の値を有するものであり、無機多孔質支持体上に形成されてなる、ゼオライト膜複合体。
(2)前記ゼオライトのSiO2/Al2O3モル比が6以上500以下である、(1)に記載のゼオライト膜複合体。
(3)前記ゼオライト膜複合体の水蒸気吸着等温線より求めた、相対圧0.8におけるゼオライト膜複合体の水吸着量が、相対圧0.2における水吸着量の2倍以上10倍以下である、(1)または(2)に記載のゼオライト膜複合体。
(4)複数の成分からなる気体混合物または液体混合物から、透過性の高い成分を透過して分離するために用いるゼオライト膜複合体であって、ゼオライト膜が、CHA型アルミノ珪酸塩であり、かつSiO2/Al2O3モル比が30以上100以下のゼオライトを含み、無機多孔質支持体上に形成されてなる、ゼオライト膜複合体。
(5)前記ゼオライト膜が、膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて、2θ=17.9°付近のピーク強度が、2θ=20.8°付近のピーク強度の0.5倍未満の値を有するものである、(4)に記載のゼオライト膜複合体。
(6)前記ゼオライト膜が、膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて、2θ=9.6°付近のピーク強度が、2θ=20.8°付近のピーク強度の2.0倍以上4.0倍未満の値を有するものである、(4)または(5)に記載のゼオライト膜複合体。
(7)前記ゼオライト膜複合体の水蒸気吸着等温線より求めた、相対圧0.8におけるゼオライト膜複合体の水吸着量が、相対圧0.2における水吸着量の2倍以上10倍以下である、(4)〜(6)のいずれか1つに記載のゼオライト膜複合体。
(8)複数の成分からなる気体混合物または液体混合物から、透過性の高い成分を透過して分離するために用いるゼオライト膜複合体であって、ゼオライト膜が、CHA型アルミノ珪酸塩のゼオライトを含み、無機多孔質支持体上に形成されてなるものであり、該ゼオライト膜複合体の水蒸気吸着等温線より求めた、相対圧0.8におけるゼオライト膜複合体の水吸着量が、相対圧0.2における水吸着量の2倍以上10倍以下である、ゼオライト膜複合体。
(9)前記ゼオライト膜が、膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて、2θ=17.9°付近のピーク強度が、2θ=20.8°付近のピーク強度の0.5倍未満の値を有するものである、(8)に記載のゼオライト膜複合体。
(10)前記ゼオライト膜が、膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて、2θ=9.6°付近のピーク強度が、2θ=20.8°付近のピーク強度の2.0倍以上4.0倍未満の値を有するものである、(8)または(9)に記載のゼオライト膜複合体。
(11)前記ゼオライトのSiO2/Al2O3モル比が6以上500以下である、(8)〜(10)のいずれか1つに記載のゼオライト膜複合体。
(12)前記ゼオライトのSiO2/Al2O3モル比が30以上50以下である、(2)、(4)〜(7)および(11)のいずれか1つに記載のゼオライト膜複合体。
(13)前記ゼオライト膜複合体を、絶対圧5kPaの真空ラインに接続した時の空気透過量が100L/(m2・h)以上1000L/(m2・h)以下である、(1)〜(12)のいずれか1つに記載のゼオライト膜複合体。
(14)前記ゼオライト膜が、アルカリ源として少なくともカリウム(K)を含む水熱合成用の反応混合物を用いて形成されたものである、(1)〜(13)のいずれか1つに記載のゼオライト膜複合体。
(15)複数の気体成分からなる気体混合物から、透過性の高い気体成分を透過して分離するために用いるゼオライト膜複合体である、(1)〜(14)のいずれか1つに記載のゼオライト膜複合体。
(16)複数の成分からなる液体混合物から、透過性の高い成分を透過して分離するために用いるゼオライト膜複合体である、(1)〜(14)のいずれか1つに記載のゼオライト膜複合体。
(17)(1)〜(15)のいずれか1つに記載のゼオライト膜複合体に、複数の気体成分からなる気体混合物を接触させ、該気体混合物から、透過性の高い気体成分を透過させて分離する、または、透過性の高い気体成分を透過させて分離することにより透過性の低い気体成分を濃縮する、気体混合物の分離または濃縮方法。
(18)前記気体混合物が、二酸化炭素、水素、酸素、窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ノルマルブタン、イソブタン、1-ブテン、2−ブテン、イソブテン、六フッ化硫黄、ヘリウム、一酸化炭素、一酸化窒素及び水よりなる群から選ばれる少なくとも1種の成分を含むものである、(17)に記載の方法。
(19)(1)〜(14)および(16)のいずれか1つに記載のゼオライト膜複合体に、複数の成分からなる液体混合物を接触させ、該液体混合物から、透過性の高い成分を透過させて分離する、または、透過性の高い成分を透過させて分離することにより透過性の低い成分を濃縮する、液体混合物の分離または濃縮方法。
本発明のゼオライト膜複合体を気体混合物の分離手段として用いることにより、小規模な設備、省エネルギー、低コストで高性能に気体の分離を効率的に実施できる。また、本発明のゼオライト膜複合体を、液体混合物の分離手段として用いることにより、有機化合物を含む液体混合物から透過性の高い物質の分離を小規模な設備、省エネルギー、低コストで高性能に効率的に実施できる。
(ゼオライト膜)
本発明において、ゼオライト膜は、上記のとおり特定の性質をもつゼオライトを含むものであるが、ゼオライト膜を構成する成分としては、ゼオライト以外にシリカ、アルミナなどの無機バインダー、ポリマーなどの有機物、あるいはゼオライト表面を修飾するシリル化剤などを必要に応じ含んでいてもよい。
ゼオライト膜は、一部アモルファス成分などが含有されていてもよいが、好ましくは実質的にゼオライトのみで構成されるゼオライト膜である。
本発明において、ゼオライト膜はCHA型アルミノ珪酸塩のゼオライトを含む。好ましくはゼオライト膜を構成するゼオライトはCHA型アルミノ珪酸塩である。アルミノ珪酸塩は、SiとAlの酸化物を主成分とするものであり、本発明の効果を損なわない限り、それ以外の元素が含まれていてもよい。
SiO2/Al2O3モル比は、後に述べる水熱合成の反応条件により調整することができる。
本発明において、CHA型ゼオライトとは、International Zeolite Association(IZA)が定めるゼオライトの構造を規定するコードでCHA構造のものを示す。天然に産出するチャバサイトと同等の結晶構造を有するゼオライトである。CHA型ゼオライトは0.38×0.38nmの径を有する酸素8員環からなる3次元細孔を有することを特徴とする構造をとり、その構造はX線回折データにより特徴付けられる。
ここで、フレームワーク密度(T/nm3)とは、ゼオライトのnm3(1000Å3)あたりの、骨格を構成する酸素以外の元素(T元素)の数を意味し、この値はゼオライトの構造により決まるものである。なお、フレームワーク密度とゼオライトの構造との関係はATLAS OF ZEOLITE FRAMEWORK TYPES Fifth Revised Edition 2001 ELSEVIERに示されている。
無機多孔質支持体は、その表面などにゼオライトを膜状に結晶化できるような化学的安定性がある多孔質の無機物質であれば如何なるものであってもよい。具体的には、例えば、シリカ、α−アルミナ、γ−アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックス焼結体、鉄、ブロンズ、ステンレスなどの焼結金属や、ガラス、カーボン成型体などが挙げられる。
さらに、アルミナ、シリカ、ムライトのうち少なくとも1種を含む無機多孔質支持体は、支持体の部分的なゼオライト化が容易であるため、支持体とゼオライトの結合が強固になり緻密で分離性能の高い膜が形成されやすくなるのでより好ましい。
本発明において、無機多孔質支持体の表面などにゼオライト膜を形成、好ましくはゼオライトを膜状に結晶化させる。
支持体の平均細孔径は、水銀圧入法により測定できる。
支持体の気孔率は、水銀圧入法により測定できる。
ゼオライト膜複合体とは、支持体の表面などにゼオライトが膜状に固着しているものであり、場合によっては、ゼオライトの一部が、支持体の内部にまで固着している状態のものが好ましい。
本発明において、ゼオライト膜の形成方法は、上記した特定のゼオライト膜が支持体上に形成可能な方法であれば特に制限されず、例えば、(1)支持体上にゼオライトを膜状に結晶化させる方法、(2)支持体にゼオライトを無機バインダー、あるいは有機バインダーなどで固着させる方法、(3)ゼオライトを分散させたポリマーを固着させる方法、(4)ゼオライトのスラリーを支持体に含浸させ、場合によっては吸引させることによりゼオライトを支持体に固着させる方法などの何れの方法も用いることができる。これらの方法により無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体を得ることができる。
有機テンプレートとしては、通常、アミン類、4級アンモニウム塩類が用いられる。例えば、米国特許第4544538号明細書、米国特許公開第2008/0075656号明細書に記載の有機テンプレートが好ましいものとして挙げられる。
焼成温度が高すぎると支持体とゼオライトの熱膨張率の差が大きくなるためゼオライト膜に亀裂が生じやすくなる可能性があり、ゼオライト膜の緻密性が失われ分離性能が低くなることがある。
イオン交換は、テンプレートを用いて合成した場合は、通常、テンプレートを除去した後に行う。イオン交換するイオンとしては、プロトン、Na+、K+、Li+などのアルカリ金属イオン、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+などの第2族元素イオン、Fe、Cu、Zn、Ag、Al、Ga、Laなどの遷移金属のイオンなどが挙げられる。これらの中で、プロトン、Na+、Mg2+およびFe、Al、Ga、Laイオンが好ましい。
本発明の気体混合物の分離または濃縮方法は、上記ゼオライト膜複合体に、複数の気体成分からなる気体混合物を接触させ、該気体混合物から、透過性の高い気体成分を透過して分離する、または、透過性の高い気体成分を透過させて分離することにより透過性の低い気体成分を濃縮することに特徴をもつものである。本発明におけるゼオライト膜の分離機能の一つは、分子ふるいとしての分離であり、用いるゼオライトの有効細孔径以上の大きさを有する気体分子とそれ以下の気体分子とを好適に分離することができる。
ゼオライトの有効細孔径は導入する金属種やイオン交換、酸処理、シリル化処理などによって制御することが可能である。有効細孔径を制御することによって、分離性能を向上させることも可能である。
スイープガスの圧力は、通常大気圧であるが特に制限はなく、好ましくは20MPa以下、より好ましくは10MPa以下、さらに好ましくは1MPa以下であり、下限は、好ましくは0.09MPa以上、より好ましくは0.1MPa以上である。場合によっては、減圧にして用いても良い。
多段の膜で分離する場合には、後段の膜にガスを供給する際に、必要に応じてガス圧力を昇圧器などで調整してもよい。
分離係数=(Q’1/Q’2)/(P’1/P’2) (2)
〔式(2)中、Q’1およびQ’2は、それぞれ、透過性の高いガスおよび透過性の低いガスの透過量[mol・(m2・s)−1]を示し、P’1およびP’2は、それぞれ、供給ガス中の透過性の高いガスおよび透過性の低いガスの分圧[Pa]を示す。〕
分離係数=(C’1/C’2)/(C1/C2) (3)
〔式(3)中、C’1およびC’2は、それぞれ、透過ガス中の透過性の高いガスおよび透過性の低いガスの濃度[mol%]を示し、C1およびC2は、それぞれ、供給ガス中透過性の高いガスおよび透過性の低いガスの濃度[mol%]を示す。〕
本発明の液体混合物の分離または濃縮方法は、上記ゼオライト膜複合体に、複数の成分からなる液体混合物を接触させ、該液体混合物から、透過性の高い成分を透過させて分離する、または、透過性の高い成分を透過させて分離することにより透過性の低い成分を濃縮することに特徴をもつものである。この発明において、ゼオライト膜複合体は、上記と同様のものが用いられる。また、好ましいものも上記と同様である。
分離係数=(Pα/Pβ)/(Fα/Fβ) (4)
[式(4)中、Pαは透過液中の主成分の質量パーセント濃度、Pβは透過液中の副成分の質量パーセント濃度、Fαは透過液において主成分となる成分の被分離混合物中の質量パーセント濃度、Fβは透過液において副成分となる成分の被分離混合物中の質量パーセント濃度である。]
この発明の方法では、ゼオライト膜を透過する物質は、通常水である。その場合、含水率が少なくなると処理量が低下するため効率的でない。また含水率が多すぎると濃縮に必要な膜が大面積となり(膜が管状に形成されている場合は数が多くなり)経済的な効果が小さくなる。
また、有機酸以外の有機物と水との混合物から有機物と水を分離する場合の有機物は、炭素数が2以上であることが好ましく、炭素数が3以上であることがより好ましい。
(1)X線回折(XRD)
XRD測定は以下の条件に基づき行った。
・装置名:オランダPANalytical社製X’PertPro MPD
・光学系仕様 入射側:封入式X線管球(CuKα)
Soller Slit (0.04rad)
Divergence Slit (Valiable Slit)
試料台:XYZステージ
受光側:半導体アレイ検出器(X’ Celerator)
Ni−filter
Soller Slit (0.04rad)
ゴニオメーター半径:240mm
・測定条件 X線出力(CuKα):45kV、40mA
走査軸:θ/2θ
走査範囲(2θ):5.0−70.0°
測定モード:Continuous
読込幅:0.05°
計数時間:99.7sec
自動可変スリット(Automatic−DS):1mm(照射幅)
横発散マスク:10mm(照射幅)
また、照射幅を自動可変スリットによって1mmに固定して測定し、Materials Data, Inc.のXRD解析ソフトJADE 7.5.2(日本語版)を用いて可変スリット→固定スリット変換を行ってXRDパターンを得た。
・装置名:SEM:FE−SEM Hitachi:S−4800
EDX:EDAX Genesis
・加速電圧:10kV
倍率5000倍での視野全面(25μm×18μm)を走査し、X線定量分析を行った。
SEM測定は以下の条件に基づき行った。
・装置名:SEM:FE−SEM Hitachi:S−4100
・加速電圧:10kV
大気圧下で、ゼオライト膜複合体の一端を封止し、他端を、気密性を保持した状態で5kPaの真空ラインに接続して、真空ラインとゼオライト膜複合体の間に設置したマスフローメーターでゼオライト膜複合体を透過した空気の流量を測定し、空気透過量[L/(m2・h)]とした。マスフローメーターとしてはKOFLOC社製8300、N2ガス用、最大流量500ml/min(20℃、1気圧換算)を用いた。KOFLOC社製8300においてマスフローメーターの表示が10ml/min(20℃、1気圧換算)以下であるときはLintec社製MM−2100M、Airガス用、最大流量20ml/min(0℃、1気圧換算)を用いて測定した。
35℃における水蒸気吸着等温線を吸着等温線測定装置(ベルソープ18:日本ベル社製)で測定した。なお、ゼオライト膜複合体は、予め測定セルに入るよう適当なサイズに切断し、真空排気しながら120℃で5時間加熱乾燥させて測定に用いた。測定は、空気恒温槽温度50℃、吸着温度35℃、初期導入圧力3torr(4.00×102Pa)、飽和蒸気圧42.181torr(56.237×102Pa)、平衡時間500秒で行った。
この測定結果から、相対圧0.8と0.2におけるCHA型ゼオライト膜複合体1gあたりの水吸着量(g)を求めた。
単成分ガス透過試験は、図1に模式的に示す装置を用いて、以下のとおり行った。用いた試料ガスは、二酸化炭素(純度99.9%、高圧ガス工業社製)、メタン(純度99.999%、ジャパンファインプロダクツ製)、水素(純度99.99%以上、HORIBA STEC社製水素発生器OPGU−2200より発生)、窒素(純度99.99%、東邦酸素工業社製)、ヘリウム(純度99.99、ジャパンヘリウムセンター社製)である。
円筒形のゼオライト膜複合体1の一端は、円柱状のエンドピン3で密封されている。他端は接続部4で接続され、接続部4の他端は、耐圧容器2と接続されている。円筒形のゼオライト膜複合体1の内側と、透過ガス8を排出する配管(透過ガス排出用配管)11が、接続部4を介して接続されており、配管11は、耐圧容器2の外側に伸びている。耐圧容器2に通ずるいずれかの箇所には、試料ガスの供給側の圧力を測る圧力計5が接続されている。各接続部は気密性よく接続されている。
図2において、円筒形のゼオライト膜複合体1は、ステンレス製の耐圧容器2に格納された状態で、恒温槽(図示せず)に設置されている。恒温槽には、試料ガスの温度調整が可能なように、温度制御装置が付設されている。
円筒形のゼオライト膜複合体1の一端は、円形のエンドピン3で密封されている。他端は、接続部4で接続され、接続部4の他端は耐圧容器2と接続されている。円筒形のゼオライト膜複合体1の内側と透過ガス8を排出する配管11が、接続部4を介して接続されており、配管11は、耐圧容器2の外側に伸びている。また、ゼオライト膜複合体1には、配管11を経由して、スイープガス9を供給する配管(スイープガス導入用配管)12が挿入されている。さらに、耐圧容器2に通ずるいずれかの箇所には、試料ガスの供給側の圧力を測る圧力計5、供給側の圧力を調整する背圧弁6が接続されている。各接続部は気密性よく接続されている。
α=(Q1/Q2)/(P1/P2) (1)
〔式(1)中、Q1およびQ2は、それぞれ、透過性の高いガスおよび透過性の低いガスの透過量[mol・(m2・s)−1]を示し、P1およびP2は、それぞれ、透過性の高いガスおよび透過性の低いガスの供給側と透過側の圧力差[Pa]を示す。
これは、各ガスのパーミエンスの比率を示しており、従って、各ガスのパーミエンスを算出し、その比率から求めることができる。
ベーパーパーミエーション法に用いた装置の模式図を図3に示す。図3において、被分離液13は送液ポンプ14によって気化器15に所定流量で送られ、気化器15での加熱により全量が気化され、被分離ガスとなる。被分離ガスは恒温槽16内のゼオライト膜複合体モジュール17に導入され、ゼオライト膜複合体の外側に供給される。ゼオライト膜複合体モジュール17は、ゼオライト膜複合体を筐体中に納めたものである。ゼオライト膜複合体は真空ポンプ21によって内側が減圧され、被分離ガスとの圧力差が約1気圧になっている。内側の圧力は、図示はしないがピラニーゲージで測定することができる。この圧力差によって被分離ガス中、透過物質の水がゼオライト膜複合体を透過する。透過した物質は透過液捕集用トラップ19で捕集される。透過液捕集用トラップ19で捕集しきれなかった物質がある場合にはコールドトラップ20で捕集される。一方、被分離ガス中の透過しなかった成分は、被分離液回収用トラップ18で液化、捕集される。
無機多孔質支持体上にCHA型アルミノ珪酸塩のゼオライトを直接水熱合成することにより無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。
水熱合成用の反応混合物は次のとおり調製した。
この反応混合物の組成(モル比)は、SiO2/Al2O3/NaOH/KOH/H2O/TMADAOH=1/0.02/0.15/0.1/100/0.04、SiO2/Al2O3=50である。
種結晶として、SiO2/Al2O3/NaOH/KOH/H2O/TMADAOH=1/0.066/0.15/0.1/100/0.04のゲル組成(モル比)で、多孔質アルミナチューブ(外径12mm、内径9mm)存在条件で160℃、2日間水熱合成して生成した沈澱物を、ろ過、水洗、乾燥して得られたCHA型ゼオライトを用いた。種結晶の粒径は2〜4μm程度であった。
この種結晶を、NaOHが0.33質量%、KOHが0.31%のアルカリ水溶液に約1質量%に分散させたものに、上記支持体を所定時間浸した後、100℃で4時間以上乾燥させて種結晶を付着させた。乾燥後の質量増加は8.1g/m2であった。
この膜複合体を、空気中、電気炉で、500℃、5時間焼成した。このときの昇温速度と降温速度はともに0.5℃/分とした。焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの質量は148g/m2であった。
SEM測定から求めた膜厚は平均して約10μmであった。また、焼成後、円筒管状の膜複合体の一端を封止し、他の一端を真空ラインに接続することで管内を減圧とし、真空ライン設置した流量計で空気の透過量を測定した透過量の空気透過量は413L/(m2・h)であった。
水蒸気吸着等温線により測定した相対圧0.8における水吸着量は相対圧0.2における水吸着量の2.2倍であった。
その後、供給側の圧力を0.2MPaとし、供給ガスを各評価ガスに変更した。このとき、ゼオライト膜複合体1の供給ガス7側と透過ガス8側の差圧は、0.1MPaであった。
その後、温度を50℃とし、温度が安定した後に供給ガスを各評価ガスに変更した。このとき、ゼオライト膜複合体1の供給ガス7側と透過ガス8側の差圧は、0.1MPaであった。
水酸化アルミニウム(Al2O3 53.5質量%含有、アルドリッチ社製)の添加量を0.152として、反応混合物の組成(モル比)は、SiO2/Al2O3/NaOH/KOH/H2O/TMADAOH=1/0.01/0.15/0.1/100/0.04、SiO2/Al2O3=100とした以外は実施例1と同様に無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。種結晶を付着後の乾燥した後の質量増加は9.9g/m2であった。
焼成後のゼオライト膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの質量は122g/m2であった。
SEM測定から求めた膜厚は平均して約8μmであった。また、実施例1と同様に測定した焼成後の空気透過量は570L/(m2・h)であった。
図6の粉末のCHA型ゼオライトのXRDパターンと比べて、実施例2で得られたゼオライト膜のXRDパターンは(2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)は同程度にあるのに対して(2θ=9.6°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)は高く、rhombohedral settingにおける(1,0,0)面への配向が推測された。
水蒸気吸着等温線により測定した相対圧0.8における水吸着量は相対圧0.2における水吸着量の2.2倍であった。
無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体はCHA型ゼオライトを無機多孔質支持体上に直接水熱合成することで作製した。
水熱合成のための反応混合物として、以下のものを調製した。
実施例1と同様に測定した焼成後の空気透過量は542L/(m2・h)であった。
このように、生成した膜のXRDピークに特異な強度を示すものはなかった。これから例えば、生成した膜がrhombohedral settingにおける(1,0,0)面、(1,1,1)面のいずれにも配向していないことが推測される。
水蒸気吸着等温線により測定した相対圧0.8における水吸着量は相対圧0.2における水吸着量の1.9倍であった。
脱塩水121.5gとテトラエトキシシラン2.5gおよび1M硫酸13.5gが入ったテフロン(登録商標)製内筒に垂直方向に浸漬してオートクレーブを密閉し、100℃で20時間、自生圧力下で加熱し、所定時間経過後、放冷した後にゼオライト膜複合体を取りだし、脱塩水で洗浄した。
5時間後の透過成績は、透過流束:1.4kg/m2/h、分離係数:900、透過液中の水の濃度:99.38質量%であった。水のパーミエンスで表すと、5.8×10−7mol/m2/s/Paであった。この結果から、本発明のゼオライト膜複合体は、水のパーミエンスが高く、また分離係数も高いことが分かる。
無機多孔質支持体上にCHA型アルミノ珪酸塩のゼオライトを直接水熱合成することにより無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。
水熱合成用の反応混合物は次のとおり調製した。
この反応混合物の組成(モル比)は、SiO2/Al2O3/NaOH/KOH/H2O/TMADAOH=1/0.0077/0.017/0.069/100/0.04、SiO2/Al2O3=130である。
支持体上には水熱合成に先立ち、種結晶を付着させた。上記の方法と同様の方法によりSiO2/Al2O3/NaOH/KOH/H2O/TMADAOH=1/0.033/0.1/0.06/40/0.07のゲル組成で160℃、2日間水熱合成して結晶化させた粒径0.5μm程度のCHA型ゼオライトを種結晶として用いた。
また、実施例1と同様に測定した焼成後の空気透過量は315L/(m2・h)であった。
水酸化アルミニウム(Al2O3 53.5質量%含有、アルドリッチ社製)の添加量を0.503として、反応混合物の組成(モル比)は、SiO2/Al2O3/NaOH/KOH/H2O/TMADAOH=1/0.033/0.15/0.1/100/0.04、SiO2/Al2O3=30とした以外は実施例1と同様に無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。種結晶を付着後の乾燥した後の質量増加は9.1g/m2であった。
2:耐圧容器
3:エンドピン
4:接続部
5:圧力計
6:背圧弁
7:供給ガス
8:透過ガス
9:スイープガス
10:排出ガス
11:透過ガス排出用配管
12:スイープガス導入用配管
13:被分離液
14:送液ポンプ
15:気化器
16:恒温槽
17:ゼオライト膜複合体モジュール
18:被分離液回収用トラップ
19:透過液捕集用トラップ
20:コールドトラップ
21:真空ポンプ
Claims (19)
- 複数の成分からなる気体混合物または液体混合物から、透過性の高い成分を透過して分離するために用いるゼオライト膜複合体であって、ゼオライト膜が、CHA型アルミノ珪酸塩のゼオライトを含み、膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて、2θ=17.9°付近のピーク強度が、2θ=20.8°付近のピーク強度の0.5倍未満の値を有するものであり、かつ2θ=9.6°付近のピーク強度が、2θ=20.8°付近のピーク強度の2.0倍以上4.0倍未満の値を有するものであり、無機多孔質支持体上に形成されてなる、ゼオライト膜複合体。
- 前記ゼオライトのSiO2/Al2O3モル比が6以上500以下である、請求項1に記載のゼオライト膜複合体。
- 前記ゼオライト膜複合体の水蒸気吸着等温線より求めた、相対圧0.8におけるゼオライト膜複合体の水吸着量が、相対圧0.2における水吸着量の2倍以上10倍以下である、請求項1または請求項2に記載のゼオライト膜複合体。
- 複数の成分からなる気体混合物または液体混合物から、透過性の高い成分を透過して分離するために用いるゼオライト膜複合体であって、ゼオライト膜が、CHA型アルミノ珪酸塩であり、かつSiO2/Al2O3モル比が30以上100以下のゼオライトを含み、無機多孔質支持体上に形成されてなる、ゼオライト膜複合体。
- 前記ゼオライト膜が、膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて、2θ=17.9°付近のピーク強度が、2θ=20.8°付近のピーク強度の0.5倍未満の値を有するものである、請求項4に記載のゼオライト膜複合体。
- 前記ゼオライト膜が、膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて、2θ=9.6°付近のピーク強度が、2θ=20.8°付近のピーク強度の2.0倍以上4.0倍未満の値を有するものである、請求項4または請求項5に記載のゼオライト膜複合体。
- 前記ゼオライト膜複合体の水蒸気吸着等温線より求めた、相対圧0.8におけるゼオライト膜複合体の水吸着量が、相対圧0.2における水吸着量の2倍以上10倍以下である、請求項4〜請求項6のいずれか1項に記載のゼオライト膜複合体。
- 複数の成分からなる気体混合物または液体混合物から、透過性の高い成分を透過して分離するために用いるゼオライト膜複合体であって、ゼオライト膜が、CHA型アルミノ珪酸塩のゼオライトを含み、無機多孔質支持体上に形成されてなるものであり、該ゼオライト膜複合体の水蒸気吸着等温線より求めた、相対圧0.8におけるゼオライト膜複合体の水吸着量が、相対圧0.2における水吸着量の2倍以上10倍以下である、ゼオライト膜複合体。
- 前記ゼオライト膜が、膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて、2θ=17.9°付近のピーク強度が、2θ=20.8°付近のピーク強度の0.5倍未満の値を有するものである、請求項8に記載のゼオライト膜複合体。
- 前記ゼオライト膜が、膜表面にX線を照射して得たX線回折パターンにおいて、2θ=9.6°付近のピーク強度が、2θ=20.8°付近のピーク強度の2.0倍以上4.0倍未満の値を有するものである、請求項8または請求項9に記載のゼオライト膜複合体。
- 前記ゼオライトのSiO2/Al2O3モル比が6以上500以下である、請求項8〜請求項10のいずれか1項に記載のゼオライト膜複合体。
- 前記ゼオライトのSiO2/Al2O3モル比が30以上50以下である、請求項2、請求項4〜請求項7および請求項11のいずれか1項に記載のゼオライト膜複合体。
- 前記ゼオライト膜複合体を、絶対圧5kPaの真空ラインに接続した時の空気透過量が100L/(m2・h)以上1000L/(m2・h)以下である、請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載のゼオライト膜複合体。
- 前記ゼオライト膜が、アルカリ源として少なくともカリウム(K)を含む水熱合成用の反応混合物を用いて形成されたものである、請求項1〜請求項13のいずれか1項に記載のゼオライト膜複合体。
- 複数の気体成分からなる気体混合物から、透過性の高い気体成分を透過して分離するために用いるゼオライト膜複合体である、請求項1〜請求項14のいずれか1項に記載のゼオライト膜複合体。
- 複数の成分からなる液体混合物から、透過性の高い成分を透過して分離するために用いるゼオライト膜複合体である、請求項1〜請求項14のいずれか1項に記載のゼオライト膜複合体。
- 請求項1〜請求項15のいずれか1項に記載のゼオライト膜複合体に、複数の気体成分からなる気体混合物を接触させ、該気体混合物から、透過性の高い気体成分を透過させて分離する、または、透過性の高い気体成分を透過させて分離することにより透過性の低い気体成分を濃縮する、気体混合物の分離または濃縮方法。
- 前記気体混合物が、二酸化炭素、水素、酸素、窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ノルマルブタン、イソブタン、1-ブテン、2−ブテン、イソブテン、六フッ化硫黄、ヘリウム、一酸化炭素、一酸化窒素及び水よりなる群から選ばれる少なくとも1種の成分を含むものである、請求項17に記載の方法。
- 請求項1〜請求項14および請求項16のいずれか1項に記載のゼオライト膜複合体に、複数の成分からなる液体混合物を接触させ、該液体混合物から、透過性の高い成分を透過させて分離する、または、透過性の高い成分を透過させて分離することにより透過性の低い成分を濃縮する、液体混合物の分離または濃縮方法。
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