JPWO2016051921A1 - Membrane structure and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

膜構造体(100)は、多孔質の基材本体(210)と、第1フッ素樹脂層(223)とを備える。基材本体(210)は、第1端面(S1)と、第2端面(S2)と、第1端面(S1)から第2端面(S2)までそれぞれ貫通する複数の貫通孔(TH1)とを有する。第1フッ素樹脂層(223)は、基材本体(210)の第1端面(S1)を被覆する。The membrane structure (100) includes a porous base body (210) and a first fluororesin layer (223). The substrate body (210) includes a first end surface (S1), a second end surface (S2), and a plurality of through holes (TH1) penetrating from the first end surface (S1) to the second end surface (S2). Have. The first fluororesin layer (223) covers the first end surface (S1) of the base body (210).

Description

本発明は、膜構造体及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a membrane structure and a manufacturing method thereof.

従来、複数の貫通孔を有する基材本体と、貫通孔の内表面に形成される分離膜と、基材本体の端面を被覆するガラスシールとを備える膜構造体が知られている。ガラスシールは、濾過対象である混合溶液が基材本体に侵入することを抑えるために設けられている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a membrane structure including a base body having a plurality of through holes, a separation membrane formed on the inner surface of the through holes, and a glass seal covering an end surface of the base body is known. The glass seal is provided to prevent the mixed solution to be filtered from entering the base body.

ここで、ガラスシールの耐熱性向上を目的として、ガラスシールにセラミック粒子を分散させる手法が提案されている(特許文献1参照)。   Here, for the purpose of improving the heat resistance of the glass seal, a method of dispersing ceramic particles in the glass seal has been proposed (see Patent Document 1).

国際公開第2012/008476号International Publication No. 2012/008476

しかしながら、特許文献1の手法によると、何らかの理由でガラスシールにクラックが発生した場合には、混合溶液の侵入を抑えることが困難になる。そのため、ガラスシールにクラックが発生したとしても混合溶液の侵入を抑制したいという要請がある。さらに、ガラスシールにはクラックや剥離が発生することがあるため、ガラスシールを設けずに混合溶液の侵入を抑制したいという要請もある。   However, according to the method of Patent Document 1, if a crack occurs in the glass seal for some reason, it is difficult to suppress the intrusion of the mixed solution. Therefore, there is a demand for suppressing the intrusion of the mixed solution even if a crack occurs in the glass seal. Furthermore, since the glass seal may be cracked or peeled off, there is also a demand for suppressing the intrusion of the mixed solution without providing the glass seal.

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、混合溶液の基材本体への侵入を抑制可能な膜構造体を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the above-mentioned situation, and it aims at providing the film | membrane structure which can suppress the penetration | invasion to the base-material main body of a mixed solution.

本発明に係る膜構造体は、多孔質の基材本体とフッ素樹脂層とを備える。基材本体は、第1端面と、第2端面と、第1端面から第2端面までそれぞれ貫通する複数の貫通孔とを有する。フッ素樹脂層は、第1端面を被覆する。   The membrane structure according to the present invention includes a porous base body and a fluororesin layer. The base body has a first end surface, a second end surface, and a plurality of through holes penetrating from the first end surface to the second end surface. The fluororesin layer covers the first end face.

本発明によれば、混合溶液の基材本体への侵入を抑制可能な膜構造体及びその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the film | membrane structure which can suppress the penetration | invasion to the base-material main body of a mixed solution, and its manufacturing method can be provided.

膜構造体の斜視図Perspective view of membrane structure 図1のA−A断面の部分拡大図Partial enlarged view of the AA cross section of FIG. 図1のA−A断面の部分拡大図Partial enlarged view of the AA cross section of FIG.

次に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なっている場合がある。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the ratio of each dimension may be different from the actual one. Accordingly, specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

以下の実施形態において、「モノリス」とは、長手方向に形成された複数の貫通孔を有する形状を意味し、ハニカム形状を含む概念である。   In the following embodiments, the “monolith” means a shape having a plurality of through holes formed in the longitudinal direction, and is a concept including a honeycomb shape.

(膜構造体100の構成)
図1は、膜構造体100の斜視図である。図2は、図1のA−A断面の部分拡大図である。
(Configuration of membrane structure 100)
FIG. 1 is a perspective view of the membrane structure 100. FIG. 2 is a partially enlarged view of the AA cross section of FIG.

膜構造体100は、モノリス型基材200と、分離膜300とを備える。モノリス型基材200は、基材本体210と、第1シール部220と、第2シール部230とを有する。   The membrane structure 100 includes a monolith type substrate 200 and a separation membrane 300. The monolith type substrate 200 has a substrate body 210, a first seal part 220, and a second seal part 230.

基材本体210は、多孔体である。基材本体210は、円柱状に形成される。長手方向における基材本体210の長さは150〜2000mmとすることができ、短手方向における基材本体210の直径は30〜220mmとすることができるが、これに限られるものではない。   The base body 210 is a porous body. The base body 210 is formed in a cylindrical shape. The length of the base body 210 in the longitudinal direction can be 150 to 2000 mm, and the diameter of the base body 210 in the short direction can be 30 to 220 mm, but is not limited thereto.

基材本体210は、図2に示すように、第1端面S1と、第2端面S2と、側面S3と、複数の貫通孔TH1とを有する。第1端面S1は、第2端面S2の反対に設けられる。側面S3は、第1端面S1と第2端面S2の外縁に連なる。複数の貫通孔TH1は、第1端面S1から第2端面S2まで連なるように基材本体210の内部を貫通する。貫通孔TH1の断面形状は円形であるが、これに限られるものではない。貫通孔TH1の内径は1〜5mmとすることができる。   As shown in FIG. 2, the base body 210 has a first end surface S1, a second end surface S2, a side surface S3, and a plurality of through holes TH1. The first end surface S1 is provided opposite to the second end surface S2. The side surface S3 continues to the outer edges of the first end surface S1 and the second end surface S2. The plurality of through holes TH1 penetrate through the inside of the base body 210 so as to continue from the first end surface S1 to the second end surface S2. The cross-sectional shape of the through hole TH1 is circular, but is not limited thereto. The inner diameter of the through hole TH1 can be 1 to 5 mm.

基材本体210は、図2に示すように、基体211と、第1支持膜212と、第2支持膜213とによって構成される。   As shown in FIG. 2, the substrate main body 210 includes a base body 211, a first support film 212, and a second support film 213.

基体211は、円柱状に形成される。基体211には、複数の貫通孔TH2が形成されている。基体211は、多孔質材料によって構成される。基体211の多孔質材料としては、セラミックス、金属、樹脂などを用いることができ、特に多孔質セラミックス材料が好適である。多孔質セラミックス材料の骨材粒子としては、アルミナ(Al)、チタニア(TiO)、ムライト(Al・SiO)、セルベン及びコージェライト(MgAlSi18)などを用いることができ、入手容易性と坏土安定性と耐食性を考慮すると特にアルミナが好適である。基体211は、多孔質材料に加えて、無機結合材を含んでいてもよい。無機結合材としては、チタニア、ムライト、易焼結性アルミナ、シリカ、ガラスフリット、粘土鉱物、易焼結性コージェライトのうち少なくとも一つを用いることができる。基体211の気孔率は、25%〜50%とすることができる。基体211の平均細孔径は、5μm〜25μmとすることができる。基体211を構成する多孔質材料の平均粒径は、5μm〜100μmとすることができる。なお、基体211平均細孔径は、水銀ポロシメーターによって測定することができる。本実施形態において、「平均粒径」とは、SEM(Scanning Electron Microscope)を用いた断面微構造観察によって測定される30個の測定対象粒子の最大直径を算術平均した値である。The base 211 is formed in a cylindrical shape. A plurality of through holes TH2 are formed in the base 211. The substrate 211 is made of a porous material. As the porous material of the substrate 211, ceramics, metal, resin, or the like can be used, and a porous ceramic material is particularly preferable. As aggregate particles of the porous ceramic material, alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), mullite (Al 2 O 3 .SiO 2 ), cerven and cordierite (Mg 2 Al 4 Si 5 O 18 ) In view of easy availability, stability of clay, and corrosion resistance, alumina is particularly preferable. The substrate 211 may include an inorganic binder in addition to the porous material. As the inorganic binder, at least one of titania, mullite, easily sinterable alumina, silica, glass frit, clay mineral, and easily sinterable cordierite can be used. The porosity of the substrate 211 can be 25% to 50%. The average pore diameter of the substrate 211 can be 5 μm to 25 μm. The average particle diameter of the porous material constituting the substrate 211 can be 5 μm to 100 μm. The average pore diameter of the substrate 211 can be measured with a mercury porosimeter. In the present embodiment, the “average particle diameter” is a value obtained by arithmetically averaging the maximum diameters of 30 measurement target particles measured by cross-sectional microstructure observation using an SEM (Scanning Electron Microscope).

第1支持膜212は、基体211(貫通孔TH2)の内表面に形成される。第1支持膜212は、筒状に形成される。第1支持膜212は、基体211と同様の多孔質セラミックス材料によって構成される。貫通孔TH1の中心軸に垂直な方向(以下、径方向という。)における第1支持膜212の厚みは、30μm〜300μmとすることができる。第1支持膜212の気孔率は、20%〜60%とすることができる。第1支持膜212の平均細孔径は、基体211の平均細孔径よりも小さくてもよく、例えば0.005μm〜2μmとすることができる。第1支持膜212の平均細孔径は、パームポロメーターによって測定することができる。   The first support film 212 is formed on the inner surface of the base body 211 (through hole TH2). The first support film 212 is formed in a cylindrical shape. The first support film 212 is made of a porous ceramic material similar to that of the base body 211. The thickness of the first support film 212 in the direction perpendicular to the central axis of the through hole TH1 (hereinafter referred to as the radial direction) can be 30 μm to 300 μm. The porosity of the first support film 212 can be 20% to 60%. The average pore diameter of the first support membrane 212 may be smaller than the average pore diameter of the substrate 211, and can be, for example, 0.005 μm to 2 μm. The average pore diameter of the first support membrane 212 can be measured with a palm porometer.

第2支持膜213は、第1支持膜212の内表面に形成される。第2支持膜213は、筒状に形成される。第2支持膜213は、基体211と同様の多孔質セラミックス材料によって構成される。径方向における第2支持膜213の厚みは、1μm〜50μmとすることができる。第2支持膜213の気孔率は、20%〜60%とすることができる。第2支持膜213の平均細孔径は、第1支持膜212の平均細孔径よりも小さくてもよく、例えば0.001μm〜5μmとすることができる。第2支持膜213の平均細孔径は、パームポロメーターによって測定することができる。   The second support film 213 is formed on the inner surface of the first support film 212. The second support film 213 is formed in a cylindrical shape. The second support film 213 is made of a porous ceramic material similar to that of the base body 211. The thickness of the second support film 213 in the radial direction can be 1 μm to 50 μm. The porosity of the second support film 213 can be 20% to 60%. The average pore diameter of the second support membrane 213 may be smaller than the average pore diameter of the first support membrane 212, and may be, for example, 0.001 μm to 5 μm. The average pore diameter of the second support membrane 213 can be measured with a palm porometer.

第1シール部220は、図2に示すように、第1ガラスシール221と、第1プライマー層222と、第1フッ素樹脂層223とを有する。   As shown in FIG. 2, the first seal portion 220 includes a first glass seal 221, a first primer layer 222, and a first fluororesin layer 223.

第1ガラスシール221は、基材本体210の第1端面S1の全面と側面S3の一部を覆う。第1ガラスシール221は、後述するセルCに流入する濾過対象である混合流体(例えば、有機溶剤など)が第1端面S1から基材本体210に侵入することを抑制する。第1ガラスシール221は、セルCの流入口を塞がないように形成される。第1ガラスシール221を構成する材料としては、混合流体を透過させないガラスを用いることができ、アルカリ成分の拡散を抑制できる無アルカリガラスが特に好適である。第1端面S1に垂直な方向(すなわち、長手方向)における第1ガラスシール221の厚みは、10μm〜1000μmとすることができる。   The first glass seal 221 covers the entire first end surface S1 and a part of the side surface S3 of the base body 210. The first glass seal 221 suppresses a mixed fluid (for example, an organic solvent) that is a filtration target flowing into the cell C described later from entering the base body 210 from the first end surface S1. The first glass seal 221 is formed so as not to block the inlet of the cell C. As a material constituting the first glass seal 221, glass that does not allow the mixed fluid to permeate can be used, and alkali-free glass that can suppress diffusion of alkali components is particularly suitable. The thickness of the first glass seal 221 in the direction perpendicular to the first end face S1 (that is, the longitudinal direction) can be 10 μm to 1000 μm.

第1プライマー層222は、第1ガラスシール221上に形成されており、第1ガラスシール221を覆う。第1プライマー層222は、第1ガラスシール221と第1フッ素樹脂層223の間に介挿されている。第1プライマー層222は、第1ガラスシール221と分離膜300の境界付近を覆っていることが好ましい。   The first primer layer 222 is formed on the first glass seal 221 and covers the first glass seal 221. The first primer layer 222 is interposed between the first glass seal 221 and the first fluororesin layer 223. The first primer layer 222 preferably covers the vicinity of the boundary between the first glass seal 221 and the separation membrane 300.

第1プライマー層222は、第1ガラスシール221に対する第1フッ素樹脂層223の接着力を向上させる機能を有する。第1プライマー層222と第1ガラスシール221の接着力は、第1フッ素樹脂層223と第1ガラスシール221との接着力よりも大きい。同様に、第1プライマー層222と第1フッ素樹脂層223の接着力は、第1フッ素樹脂層223と第1ガラスシール221との接着力よりも大きい。第1プライマー層222は、フッ素樹脂と接着成分によって構成される。フッ素樹脂としては、PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene;四フッ化エチレン)、PFA(Tetra Fluoro Ethylene-Perfluoro Alkylvinyl Ether Copolymer;四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体)及びFEP(Fluorinated Ethylene Propylene Copolymer;四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体)の少なくとも1つ、或いはこれらの基本構造を含む共重合体を用いることができる。接着成分としては、市販のテフロンプライマー剤を用いることができる。第1端面S1に垂直な方向における第1プライマー層222の厚みは、1μm〜100μmとすることができる。   The first primer layer 222 has a function of improving the adhesion of the first fluororesin layer 223 to the first glass seal 221. The adhesive force between the first primer layer 222 and the first glass seal 221 is larger than the adhesive force between the first fluororesin layer 223 and the first glass seal 221. Similarly, the adhesive force between the first primer layer 222 and the first fluororesin layer 223 is larger than the adhesive force between the first fluororesin layer 223 and the first glass seal 221. The first primer layer 222 is composed of a fluororesin and an adhesive component. Examples of fluororesins include PTFE (Poly Tetra Fluoro Ethylene Tetrafluoride Ethylene), PFA (Tetra Fluoro Ethylene-Perfluoro Alkyl Vinyl Ether Copolymer) and FEP (Fluorinated Ethylene Propylene Copolymer; At least one of tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer) or a copolymer containing these basic structures can be used. A commercially available Teflon primer agent can be used as the adhesive component. The thickness of the first primer layer 222 in the direction perpendicular to the first end surface S1 can be 1 μm to 100 μm.

第1フッ素樹脂層223は、第1プライマー層222上に形成されており、第1ガラスシール221を覆う。第1フッ素樹脂層223は、第1ガラスシール221と第1プライマー層22を間に挟んだ状態で、第1端面S1の全面と側面S3の一部を覆う。第1フッ素樹脂層223は、第1ガラスシール221と分離膜300の境界付近を覆っていることが好ましい。ただし、第1フッ素樹脂層223は、セルCの流入口を塞がないように形成されている。第1フッ素樹脂層223は、混合流体が第1端面S1から基材本体210に侵入することを抑制するとともに、第1ガラスシール221を保護する。   The first fluororesin layer 223 is formed on the first primer layer 222 and covers the first glass seal 221. The first fluororesin layer 223 covers the entire first end surface S1 and a part of the side surface S3 with the first glass seal 221 and the first primer layer 22 sandwiched therebetween. The first fluororesin layer 223 preferably covers the vicinity of the boundary between the first glass seal 221 and the separation membrane 300. However, the first fluororesin layer 223 is formed so as not to block the inlet of the cell C. The first fluororesin layer 223 prevents the mixed fluid from entering the base body 210 from the first end surface S1, and protects the first glass seal 221.

第1フッ素樹脂層223は、フッ素樹脂によって構成される。フッ素樹としては、PTFE、PFA及びFEPの少なくとも1つ、或いはこれらの基本構造を含む共重合体を用いることができる。PFAは、FEPよりも化学耐食性が高いため、シール材料として好適である。PTFEは、PFAよりも融点が低く低温で施工できるため、シール材料として特に好適である。第1端面S1に垂直な方向における第1フッ素樹脂層223の厚みは、1μm〜2000μmとすることができ、100μm以上であることが好ましい。   The first fluororesin layer 223 is made of a fluororesin. As the fluorine tree, at least one of PTFE, PFA and FEP, or a copolymer containing these basic structures can be used. PFA is suitable as a sealing material because it has higher chemical corrosion resistance than FEP. PTFE is particularly suitable as a sealing material because it has a lower melting point than PFA and can be constructed at a low temperature. The thickness of the first fluororesin layer 223 in the direction perpendicular to the first end face S1 can be 1 μm to 2000 μm, and preferably 100 μm or more.

第2シール部230は、図2に示すように、第2ガラスシール231と、第2プライマー層232と、第2フッ素樹脂層233とを有する。   As shown in FIG. 2, the second seal part 230 includes a second glass seal 231, a second primer layer 232, and a second fluororesin layer 233.

第2ガラスシール231は、基材本体210の第2端面S2の全面と側面S3の一部を覆う。第2ガラスシール231は、セルCに流入する混合流体が第2端面S2から基材本体210に侵入することを抑制する。第2ガラスシール231は、セルCの流出口を塞がないように形成される。第2ガラスシール231は、第1ガラスシール221と同様の材料によって構成される。第2端面S2に垂直な方向(すなわち、長手方向)における第2ガラスシール231の厚みは、10μm〜1000μmとすることができる。   The second glass seal 231 covers the entire second end surface S2 of the base body 210 and a part of the side surface S3. The second glass seal 231 prevents the mixed fluid flowing into the cell C from entering the base body 210 from the second end surface S2. The second glass seal 231 is formed so as not to block the outlet of the cell C. The second glass seal 231 is made of the same material as the first glass seal 221. The thickness of the second glass seal 231 in the direction perpendicular to the second end surface S2 (that is, the longitudinal direction) can be 10 μm to 1000 μm.

第2プライマー層232は、第2ガラスシール231上に形成されており、第2ガラスシール231を覆う。第2プライマー層232は、第2ガラスシール231と第2フッ素樹脂層233の間に介挿されている。第2プライマー層232は、第1ガラスシール221と分離膜300の境界付近を覆っていることが好ましい。   The second primer layer 232 is formed on the second glass seal 231 and covers the second glass seal 231. The second primer layer 232 is interposed between the second glass seal 231 and the second fluororesin layer 233. The second primer layer 232 preferably covers the vicinity of the boundary between the first glass seal 221 and the separation membrane 300.

第2プライマー層232は、第2ガラスシール231に対する第2フッ素樹脂層233の接着力を向上させる機能を有する。第2プライマー層232と第2ガラスシール231の接着力は、第2フッ素樹脂層233と第2ガラスシール231との接着力よりも大きい。同様に、第2プライマー層232と第2フッ素樹脂層233の接着力は、第2フッ素樹脂層233と第2ガラスシール231との接着力よりも大きい。第2プライマー層232は、第1プライマー層222と同様の材料によって構成される。第2端面S2に垂直な方向における第2プライマー層232の厚みは、1μm〜100μmとすることができる。   The second primer layer 232 has a function of improving the adhesion of the second fluororesin layer 233 to the second glass seal 231. The adhesive force between the second primer layer 232 and the second glass seal 231 is larger than the adhesive force between the second fluororesin layer 233 and the second glass seal 231. Similarly, the adhesive force between the second primer layer 232 and the second fluororesin layer 233 is greater than the adhesive force between the second fluororesin layer 233 and the second glass seal 231. The second primer layer 232 is made of the same material as the first primer layer 222. The thickness of the second primer layer 232 in the direction perpendicular to the second end surface S2 can be 1 μm to 100 μm.

第2フッ素樹脂層233は、第2プライマー層232上に形成されており、第2ガラスシール231を覆う。第2フッ素樹脂層233は、第2ガラスシール231と第1プライマー層22を間に挟んだ状態で、第2端面S2の全面と側面S3の一部を覆う。第2フッ素樹脂層233は、第1ガラスシール221と分離膜300の境界付近を覆っていることが好ましい。ただし、第2フッ素樹脂層233は、セルCの流入口を塞がないように形成される。第2フッ素樹脂層233は、混合流体が第2端面S2から基材本体210に侵入することを抑制するとともに、第2ガラスシール231を保護する。   The second fluororesin layer 233 is formed on the second primer layer 232 and covers the second glass seal 231. The second fluororesin layer 233 covers the entire surface of the second end surface S2 and part of the side surface S3 with the second glass seal 231 and the first primer layer 22 sandwiched therebetween. The second fluororesin layer 233 preferably covers the vicinity of the boundary between the first glass seal 221 and the separation membrane 300. However, the second fluororesin layer 233 is formed so as not to block the inlet of the cell C. The second fluororesin layer 233 prevents the mixed fluid from entering the base body 210 from the second end surface S2, and protects the second glass seal 231.

第2フッ素樹脂層233は、第1フッ素樹脂層222と同様の材料によって構成される。第2端面S2に垂直な方向における第2フッ素樹脂層233の厚みは、10μm〜2000μmとすることができ、100μm以上であることが好ましい。   The second fluororesin layer 233 is made of the same material as the first fluororesin layer 222. The thickness of the second fluororesin layer 233 in the direction perpendicular to the second end surface S2 can be 10 μm to 2000 μm, and preferably 100 μm or more.

分離膜300は、貫通孔TH1(本実施形態では、第2支持膜213)の内表面上に形成される。分離膜300は、筒状に形成される。分離膜300の内側の空間は、混合流体を流通させるためのセルCである。径方向におけるセルCの内径は特に制限されないが、例えば0.5mm〜3.5mmとすることができる。径方向における分離膜300の厚みは特に制限されないが、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い。分離膜300は、無機材料や金属によって構成することができる。例えば、浸透気化運転あるいは蒸気透過運転による混合液体の分離又は濃縮では、ゼオライト膜、炭素膜及びシリカ膜が分離膜300として好適である。また、浄水などの限外ろ過運転やナノフィルトレーション運転による固液の分離、タンパク質等高分子の分離、又はウィルスの分離では、ゾルゲル法などによって作製されるナノ微粒子を焼結させたUF膜やナノ膜などが分離膜300として好適である。分離膜300がゼオライト膜である場合、LTA、MFI、MOR、FER、FAU、DDR、CHA及びBEAなどの結晶構造を有するゼオライトを用いることができる。   The separation membrane 300 is formed on the inner surface of the through hole TH1 (in the present embodiment, the second support membrane 213). The separation membrane 300 is formed in a cylindrical shape. The space inside the separation membrane 300 is a cell C for circulating the mixed fluid. The inner diameter of the cell C in the radial direction is not particularly limited, but can be, for example, 0.5 mm to 3.5 mm. The thickness of the separation membrane 300 in the radial direction is not particularly limited, but is preferably 5 μm or less, and more preferably 3 μm or less. The separation membrane 300 can be made of an inorganic material or a metal. For example, a zeolite membrane, a carbon membrane, and a silica membrane are suitable as the separation membrane 300 in the separation or concentration of the mixed liquid by the pervaporation operation or the vapor permeation operation. In addition, a solid-liquid separation by ultrafiltration operation such as water purification, nanofiltration operation, separation of macromolecules such as proteins, or virus separation, a UF membrane obtained by sintering nanoparticles prepared by a sol-gel method or the like Or a nano membrane is suitable as the separation membrane 300. When the separation membrane 300 is a zeolite membrane, a zeolite having a crystal structure such as LTA, MFI, MOR, FER, FAU, DDR, CHA, and BEA can be used.

(膜構造体100の製造方法)
まず、多孔質材料を含む坏土を用いて、複数の貫通孔TH2を有する基体211の成形体を形成する。基体211の成形体を形成する方法としては、真空押出成形機を用いた押出成形法のほかプレス成型法や鋳込み成型法を用いることができる。
(Manufacturing method of membrane structure 100)
First, a molded body of the base body 211 having a plurality of through holes TH2 is formed using a clay containing a porous material. As a method for forming the molded body of the substrate 211, a press molding method or a cast molding method can be used in addition to an extrusion molding method using a vacuum extrusion molding machine.

次に、基体211の成形体を焼成(例えば、500℃〜1500℃、0.5時間〜80時間)することによって、基体211を形成する。   Next, the base body 211 is formed by firing the molded body of the base body 211 (for example, 500 ° C. to 1500 ° C., 0.5 hour to 80 hours).

次に、多孔質材料に有機バインダとpH調整剤と界面活性剤などを添加して第1支持膜用スラリーを調製する。   Next, an organic binder, a pH adjuster, a surfactant, and the like are added to the porous material to prepare a first support film slurry.

次に、第1支持膜用スラリーを用いて、濾過法や流下法などによって第1支持膜212の成形体を形成する。具体的には、第1支持膜用スラリーを基体211の貫通孔TH2に供給しながら基体211の側面S3からポンプで吸引することによって、貫通孔TH2の内表面上に第1支持膜212の成形体を堆積させる。   Next, a molded body of the first support film 212 is formed using the first support film slurry by a filtration method, a flow-down method, or the like. Specifically, the first support film 212 is formed on the inner surface of the through hole TH2 by sucking the first support film slurry to the through hole TH2 of the base body 211 by a pump from the side surface S3 of the base body 211. Deposit the body.

次に、第1支持膜212の成形体を焼成(例えば、900℃〜1450℃、0.5時間〜80時間)することによって、第1支持膜212を形成する。   Next, the first support film 212 is formed by firing the molded body of the first support film 212 (for example, 900 ° C. to 1450 ° C., 0.5 hour to 80 hours).

次に、多孔質材料に有機バインダとpH調整剤と界面活性剤などを添加して第2支持膜用スラリーを調製する。   Next, an organic binder, a pH adjuster, a surfactant, and the like are added to the porous material to prepare a second support film slurry.

次に、第2支持膜用スラリーを用いて、濾過法や流下法などによって第2支持膜213の成形体を形成する。具体的には、第2支持膜用スラリーを第1支持膜212の内側に供給しながら基体211の側面S3からポンプで吸引することによって、第1支持膜212上に第2支持膜213の成形体を堆積させる。   Next, a molded body of the second support film 213 is formed using the second support film slurry by a filtration method, a flow-down method, or the like. Specifically, the second support film 213 is formed on the first support film 212 by supplying the second support film slurry to the inside of the first support film 212 by pumping from the side surface S3 of the substrate 211. Deposit the body.

次に、第2支持膜213の成形体を焼成(例えば、900℃〜1450℃、0.5時間〜80時間)することによって、第2支持膜213を形成する。以上により、複数の貫通孔TH1を有する基材本体210が完成する。   Next, the second support film 213 is formed by firing the molded body of the second support film 213 (for example, 900 ° C. to 1450 ° C., 0.5 hour to 80 hours). Thus, the base body 210 having a plurality of through holes TH1 is completed.

次に、ガラスフリットと水と有機バインダなどを混合してガラスシール用スラリーを調製する。   Next, a glass frit, water, an organic binder, and the like are mixed to prepare a glass seal slurry.

次に、基材本体210の第1端面S1と第2端面S2にガラスシール用スラリーを塗布することによって、第1ガラスシール221及び第2ガラスシール231の成形体を形成する。   Next, a molded body of the first glass seal 221 and the second glass seal 231 is formed by applying a slurry for glass seal to the first end surface S1 and the second end surface S2 of the base body 210.

次に、第1ガラスシール221及び第2ガラスシール231の成形体を焼成(例えば、700℃〜1200℃、0.5時間〜80時間)することによって、第1ガラスシール221及び第2ガラスシール231を形成する。   Next, the first glass seal 221 and the second glass seal 221 and the second glass seal 231 are fired (for example, 700 ° C. to 1200 ° C., 0.5 hours to 80 hours), thereby forming the first glass seal 221 and the second glass seal. 231 is formed.

次に、複数の貫通孔TH1の内表面上に分離膜300を形成する。分離膜300の形成方法としては、分離膜300の種類に応じた適切な方法を用いればよい。例えば、分離膜300としてDDR型ゼオライト膜を形成する場合には、流下法による種付け工程と、ゾルの水熱合成工程と、構造規定剤を除去するための加熱工程を順次実施する。   Next, the separation membrane 300 is formed on the inner surfaces of the plurality of through holes TH1. As a method for forming the separation membrane 300, an appropriate method according to the type of the separation membrane 300 may be used. For example, when a DDR type zeolite membrane is formed as the separation membrane 300, a seeding step by a flow-down method, a hydrothermal synthesis step of a sol, and a heating step for removing the structure directing agent are sequentially performed.

次に、フッ素樹脂と接着成分の混合剤を第1ガラスシール221及び第2ガラスシール231の表面に塗布して乾燥させる。これによって、第1プライマー層222及び第2プライマー層232の成形体が形成される。第1プライマー層222及び第2プライマー層232の成形体は、基材本体210の側面S3や分離膜300の一部を覆っていてもよい。   Next, a mixture of a fluororesin and an adhesive component is applied to the surfaces of the first glass seal 221 and the second glass seal 231 and dried. Thereby, a molded body of the first primer layer 222 and the second primer layer 232 is formed. The molded body of the first primer layer 222 and the second primer layer 232 may cover the side surface S3 of the base body 210 and a part of the separation membrane 300.

次に、フッ素樹脂を第1プライマー層222及び第2プライマー層232の成形体の表面に塗布して、所定条件(例えば、280℃〜380℃、0.1時間〜2時間)で焼き付ける。これによって、第1及び第2フッ素樹脂層223,233と第1及び第2プライマー層222,232が形成される。第1及び第2フッ素樹脂層223,233は、PFAコート、PFA粉体コート、FEP分散液コート、或いはPTFE分散液コートによって形成することができる。なお、PFAコート又はPFA粉体コートによって第1及び第2フッ素樹脂層223,233を形成する場合、粒径25μm以上の粗粉フッ素樹脂粒子を少なくとも一部に使用することでフッ素樹脂の基材本体210への染み込みによる膜欠陥を抑制することができる。   Next, a fluororesin is applied to the surface of the molded body of the first primer layer 222 and the second primer layer 232 and baked under predetermined conditions (for example, 280 ° C. to 380 ° C., 0.1 hour to 2 hours). As a result, the first and second fluororesin layers 223 and 233 and the first and second primer layers 222 and 232 are formed. The first and second fluororesin layers 223 and 233 can be formed by PFA coating, PFA powder coating, FEP dispersion coating, or PTFE dispersion coating. When the first and second fluororesin layers 223 and 233 are formed by PFA coating or PFA powder coating, a coarse fluororesin particle having a particle size of 25 μm or more is used for at least a part of the fluororesin substrate. Film defects due to penetration into the main body 210 can be suppressed.

(その他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(Other embodiments)
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of invention.

(A)上記実施形態において、モノリス型基材200は、基材本体210と、第1シール部220と、第2シール部230を有することとしたが、第1シール部220及び第2シール部230の少なくとも一方を有していなくてもよい。   (A) In the above embodiment, the monolithic substrate 200 includes the substrate body 210, the first seal portion 220, and the second seal portion 230. However, the first seal portion 220 and the second seal portion are included. It is not necessary to have at least one of 230.

(B)上記実施形態において、第1シール部220は、第1プライマー層222を有することとしたが、図3に示すように、第1プライマー層222を有していなくてもよい。同様に、第2シール部230は、第2プライマー層232を有していなくてもよい。   (B) In the above embodiment, the first seal portion 220 has the first primer layer 222. However, as shown in FIG. 3, the first seal portion 220 may not have the first primer layer 222. Similarly, the second seal portion 230 may not have the second primer layer 232.

(C)上記実施形態において、第1シール部220は、第1ガラスシール221を有することとしたが、図3に示すように、第1ガラスシール221を有していなくてもよい。同様に、第2シール部230は、第2ガラスシール231を有していなくてもよい。このように、各シール部がガラスシールを有していない場合、分離膜300は、水をろ過精製することによって浄化水を生成する浄水膜として好適に利用可能である。   (C) In the said embodiment, although the 1st seal | sticker part 220 decided to have the 1st glass seal 221, it does not need to have the 1st glass seal 221 as shown in FIG. Similarly, the second seal portion 230 may not have the second glass seal 231. Thus, when each seal | sticker part does not have a glass seal, the separation membrane 300 can be utilized suitably as a water purification film | membrane which produces | generates purified water by filtering and refining water.

(D)上記実施形態において、基材本体210は、基体211と、第1支持膜212と、第2支持膜213とを有することとしたが、第1支持膜212及び第2支持膜213の少なくとも一方を有していなくてもよい。基材本体210が第2支持膜213を有さない場合、分離膜300は第1支持膜212上に形成される。また、図3に示すように、基材本体210が第1支持膜212及び第2支持膜213を有さない場合、分離膜300は基体211の内表面上に形成される。   (D) In the above embodiment, the base body 210 has the base 211, the first support film 212, and the second support film 213, but the first support film 212 and the second support film 213 It does not need to have at least one. When the base body 210 does not have the second support membrane 213, the separation membrane 300 is formed on the first support membrane 212. As shown in FIG. 3, when the base body 210 does not have the first support film 212 and the second support film 213, the separation film 300 is formed on the inner surface of the substrate 211.

(E)上記実施形態では、第1及び第2ガラスシール221,231→分離膜300→第1及び第2フッ素樹脂層223,233の順に形成することとしたが、分離膜300→第1及び第2ガラスシール221,231→第1及び第2フッ素樹脂層223,233の順に形成してもよいし、第1及び第2ガラスシール221,231→第1及び第2フッ素樹脂層223,233→分離膜300の順に形成してもよい。   (E) In the above embodiment, the first and second glass seals 221, 231 → separation membrane 300 → first and second fluororesin layers 223, 233 are formed in this order, but the separation membrane 300 → first and The second glass seals 221 and 231 may be formed in the order of the first and second fluororesin layers 223 and 233, or the first and second glass seals 221 and 231 may be formed in the order of the first and second fluororesin layers 223 and 233. → The separation membrane 300 may be formed in this order.

(F)上記実施形態において、セルCの断面形状は円形であることとしたが、楕円形、矩形或いは多角形であってもよい。   (F) In the above embodiment, the cross-sectional shape of the cell C is circular, but it may be elliptical, rectangular, or polygonal.

(G)上記実施形態において、膜構造体100は、モノリス型基材200と分離膜300とを備えることとしたが、分離膜300を備えていなくてもよい。膜構造体100が分離膜300を備えていない場合、第1支持膜212と第2支持膜213は、浄水用の精密ろ過運転による固液分離のための分離膜として機能する。   (G) In the above embodiment, the membrane structure 100 includes the monolithic substrate 200 and the separation membrane 300, but may not include the separation membrane 300. When the membrane structure 100 does not include the separation membrane 300, the first support membrane 212 and the second support membrane 213 function as a separation membrane for solid-liquid separation by microfiltration operation for water purification.

以下において本発明の実施例について説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the examples described below.

(サンプルNo.1〜No.3の作製)
まず、骨材粒子としての平均粒径50μmのアルミナ粒子100質量部に対して焼結助剤としてのフリット20質量部を添加し、さらに水、分散剤及び増粘剤を加えて混練することによって坏土を得た。
(Production of sample No. 1 to No. 3)
First, by adding 20 parts by mass of a frit as a sintering aid to 100 parts by mass of alumina particles having an average particle diameter of 50 μm as aggregate particles, and further kneading by adding water, a dispersant and a thickener. I got dredged soil.

次に、成形した坏土を乾燥及び焼成(1250℃、1時間、昇温及び降温速度100℃/時間)することによって基体を作製した。基体の寸法は、直径30mm×長さ30mmであった。基体には、55本の貫通孔を形成した。   Next, the molded clay was dried and fired (1250 ° C., 1 hour, temperature increase and temperature decrease rate 100 ° C./hour) to prepare a substrate. The dimensions of the substrate were 30 mm diameter x 30 mm length. In the substrate, 55 through holes were formed.

次に、骨材粒子としての平均粒径3μmのアルミナ粒子100質量部に対して焼結助剤としてのフリット14質量部を添加し、さらに水、分散剤及び増粘剤を加えて混合することによって第1支持膜用スラリーを調製した。次に、第1支持膜用スラリーを用いた濾過法によって、基体の貫通孔の内周面に第1支持膜の成形体を形成した。次に、第1支持膜の成形体を電気炉にて焼成(大気雰囲気下、950℃、1時間、昇温及び降温速度100℃/時間)することによって第1支持膜を形成した。   Next, 14 parts by mass of frit as a sintering aid is added to 100 parts by mass of alumina particles having an average particle diameter of 3 μm as aggregate particles, and water, a dispersant and a thickener are further added and mixed. Thus, a slurry for the first support membrane was prepared. Next, a molded body of the first support film was formed on the inner peripheral surface of the through hole of the substrate by a filtration method using the first support film slurry. Next, the first support film was formed by firing the compact of the first support film in an electric furnace (950 ° C., 1 hour, temperature increase and temperature decrease rate 100 ° C./hour in an air atmosphere).

次に、骨材粒子としての平均粒径0.5μmのチタニア粒子に対し、水、分散剤及び増粘剤を加えて混合することによって第2支持膜用スラリーを調製した。次に、第2支持膜用スラリーを用いた濾過法によって、第1支持膜の内周面に第2支持膜の成形体を形成した。次に、第2支持膜の成形体を電気炉にて焼成(大気雰囲気下、950℃、1時間、昇温及び降温速度100℃/時間)することによって第2支持膜を形成した。以上により、複数の貫通孔を有する基材本体が完成した。   Next, water, a dispersing agent, and a thickener were added to and mixed with titania particles having an average particle size of 0.5 μm as aggregate particles to prepare a second support membrane slurry. Next, a molded body of the second support film was formed on the inner peripheral surface of the first support film by a filtration method using the second support film slurry. Next, the second support film was formed by firing the compact of the second support film in an electric furnace (at atmospheric temperature, 950 ° C., 1 hour, temperature increase and temperature decrease rate 100 ° C./hour). In this way, a base body having a plurality of through holes was completed.

次に、ガラスフリットと水と有機バインダを混合してガラスシール用スラリーを調製した。次に、基材本体の両端面にガラスシール用スラリーを塗布することによって、一組のガラスシールの成形体を形成した。次に、一組のガラスシールの成形体を電気炉にて焼成(大気雰囲気下、950℃、1時間、昇温及び降温速度100℃/時間)することによって一組のガラスシールを形成した。   Next, a glass frit, water, and an organic binder were mixed to prepare a glass seal slurry. Next, a glass seal slurry was applied to both end faces of the base body to form a set of glass seal compacts. Next, the set of glass seals was fired in an electric furnace (950 ° C., 1 hour, temperature increase and temperature decrease rate 100 ° C./hour in an air atmosphere) to form a set of glass seals.

次に、サンプルNo.3において、一組のガラスシールの表面にフッ素樹脂と接着成分の混合剤を塗布して乾燥させることによって、一組のプライマー層の成形体を形成した。一方、サンプルNo.1,2では、一組のプライマー層の成形体を形成しなかった。   Next, sample no. In No. 3, a set of primer layers was formed by applying a mixture of a fluororesin and an adhesive component to the surface of the set of glass seals and drying. On the other hand, sample no. In Nos. 1 and 2, a set of primer layers was not formed.

次に、サンプルNo.2において、一組のガラスシールそれぞれの表面にPFAを塗布して焼き付けることによって、一組のフッ素樹脂層(厚み50μm)を形成した。同様に、サンプルNo.3では、一組のプライマー層それぞれの表面にPFAを塗布して焼き付けることによって、一組のフッ素樹脂層(厚み50μm)を形成した。一方、サンプルNo.1では、フッ素樹脂層を形成しなかった。このように、サンプルNo.1のシール部はガラスシールのみによって構成され、サンプルNo.2のシール部はガラスシールとフッ素樹脂層によって構成され、サンプルNo.3のシール部はガラスシールとプライマー層とフッ素樹脂層によって構成されている。   Next, sample no. In 2, a set of fluororesin layers (thickness 50 μm) was formed by applying and baking PFA on the surface of each set of glass seals. Similarly, sample no. In No. 3, a set of fluororesin layers (thickness 50 μm) was formed by applying and baking PFA on the surface of each set of primer layers. On the other hand, sample no. In No. 1, no fluororesin layer was formed. Thus, sample no. 1 is composed only of a glass seal. 2 is composed of a glass seal and a fluororesin layer. The seal part 3 is composed of a glass seal, a primer layer, and a fluororesin layer.

以上により、サンプルNo.1〜No.3に係る膜構造体が完成した。   As described above, sample no. 1-No. 3 was completed.

(シール部の耐久性評価)
まず、サンプルNo.1〜No.3の膜構造体を耐圧容器中で酢酸水溶液(水濃度50%)に浸漬し、封入した。
(Durability evaluation of seal part)
First, sample no. 1-No. 3 was immersed in an acetic acid aqueous solution (water concentration 50%) in a pressure vessel and sealed.

次に、耐圧容器を200℃に加熱し、80時間、200時間、600時間、1000時間、1200時間、1600時間が経過するたびに取り出して、ガラスシールのクラックやフッ素樹脂層の剥離の有無を観察した。クラックの有無は、シール部表面に塗布した染料がクラックに染み込んだか否かによって判定した。染料がクラックに染み込んだ場合には、脱水分離時においても処理液が染み出し漏れることが予想される。観察結果を表1にまとめて示す。   Next, the pressure vessel is heated to 200 ° C., and taken out every 80 hours, 200 hours, 600 hours, 1000 hours, 1200 hours, and 1600 hours to check for cracks in the glass seal and peeling of the fluororesin layer. Observed. The presence or absence of cracks was determined by whether or not the dye applied to the surface of the seal portion had penetrated into the cracks. When the dye soaks into the crack, it is expected that the treatment liquid will permeate and leak even during dehydration separation. The observation results are summarized in Table 1.

Figure 2016051921
Figure 2016051921

表1に示すように、ガラスシールをフッ素樹脂層で保護したサンプルNo.2、3では、80時間経過時においてガラスシールのクラックやフッ素樹脂層の剥離は観察されなかった。一方、ガラスシールが露出しているサンプルNo.1では、80h経過時においてガラスシールのクラックが観察された。従って、ガラスシールをフッ素樹脂層で保護することによって、ガラスシールのクラックを抑制できることが確認できた。   As shown in Table 1, sample No. 1 in which the glass seal was protected with a fluororesin layer. In Nos. 2 and 3, no cracks in the glass seal and peeling of the fluororesin layer were observed after 80 hours. On the other hand, sample no. In 1, the crack of the glass seal was observed after 80 hours. Therefore, it was confirmed that the glass seal could be prevented from cracking by protecting the glass seal with the fluororesin layer.

また、ガラスシールとフッ素樹脂層をプライマー層で接着したサンプルNo.3では、1000時間以上経過した後においてもフッ素樹脂層の剥離は観察されなかった。従って、プライマー層でガラスシールとフッ素樹脂層を接着することによって、フッ素樹脂層の剥離を抑制できることが確認できた。   In addition, sample no. In No. 3, no peeling of the fluororesin layer was observed even after 1000 hours had passed. Therefore, it was confirmed that peeling of the fluororesin layer can be suppressed by adhering the glass seal and the fluororesin layer with the primer layer.

(サンプルNo.4,5の作製)
表2に示す材料を用いて、サンプルNo.1〜3と同様の工程にてサンプルNo.4,5に係る膜構造体を作製した。ただし、サンプルNo.4,5では、基体の寸法を直径30mm×長さ160mmとし、第2支持膜の内表面上にDDR型ゼオライト膜を形成した後、ガラスシール上にPFAを塗布して焼き付けることによって、フッ素樹脂層(厚み50μm)を形成した。
(Production of sample Nos. 4 and 5)
Using the materials shown in Table 2, Sample No. 1 to 3 in the same process. Film structures according to 4 and 5 were produced. However, sample no. 4 and 5, the size of the substrate is 30 mm diameter × 160 mm length, a DDR type zeolite membrane is formed on the inner surface of the second support membrane, and then PFA is applied onto the glass seal and baked to obtain a fluororesin. A layer (thickness 50 μm) was formed.

(フッ素樹脂層の分離性能への影響評価)   (Evaluation of influence on separation performance of fluororesin layer)

まず、表2に示す混合流体を各サンプルのセルに供給しながら側面からポンプで1.5時間吸引し、その後0.5時間透過液を採取した。その後、各サンプルを透過した液量から透過速度を算出するとともに、次式(1)に基づいて分離係数αを算出した。   First, while supplying the mixed fluid shown in Table 2 to the cell of each sample, it was sucked from the side by a pump for 1.5 hours, and then the permeate was collected for 0.5 hours. Thereafter, the permeation speed was calculated from the amount of liquid permeated through each sample, and the separation coefficient α was calculated based on the following equation (1).

分離係数α=([原液水モル濃度]/[原液エタノールモル濃度])/([透過液水モル濃度]/[透過液エタノールモル濃度]) ・・・(1)   Separation factor α = ([stock solution water molarity] / [stock solution ethanol molarity]) / ([permeate water molarity] / [permeate ethanol molarity]) (1)

さらに、初期性能を測定した後の各サンプルを耐圧容器に少量の水とともに封入し、170℃にて200時間加熱することで、各サンプルを水蒸気に暴露して劣化させた。水蒸気に暴露した後、各サンプルを取り出して乾燥し、表2に示す混合流体を各サンプルのセルに供給しながら側面からポンプで1.5時間吸引し、その後0.5時間透過液を採取した。その後、各サンプルを透過した液量から透過速度を算出するとともに、上記式(1)に基づいて分離係数αを算出した。   Furthermore, each sample after the initial performance was measured was sealed in a pressure vessel together with a small amount of water, and heated at 170 ° C. for 200 hours, so that each sample was exposed to water vapor and deteriorated. After being exposed to water vapor, each sample was taken out and dried. While supplying the mixed fluid shown in Table 2 to the cell of each sample, the sample was sucked from the side by a pump for 1.5 hours, and then the permeate was collected for 0.5 hour. . Thereafter, the permeation speed was calculated from the amount of liquid permeated through each sample, and the separation coefficient α was calculated based on the above formula (1).

Figure 2016051921
Figure 2016051921

表2に示すように、フッ素樹脂層を設けたサンプルNo.5の透過速度及び分離係数αは、フッ素樹脂層を設けなかったサンプルNo.4と同等であった。これにより、フッ素樹脂層の有無が初期の分離性能に影響しないことが確認された。また、劣化後の性能を比較すると、フッ素樹脂層を設けたサンプルNo.5は劣化が少ないことが確認できた。   As shown in Table 2, sample No. 1 provided with a fluororesin layer was used. The permeation rate and the separation factor α of Sample No. It was equivalent to 4. Thereby, it was confirmed that the presence or absence of the fluororesin layer does not affect the initial separation performance. Moreover, when the performance after deterioration is compared, sample No. provided with a fluororesin layer is obtained. 5 confirmed that there was little deterioration.

また、フッ素樹脂層を設けたサンプルNo.5では、水蒸気に暴露した後においても透過速度及び分離係数αを維持することができた。従って、フッ素樹脂層を設けることによってシール部の機能を維持できることが確認できた。   Sample No. provided with a fluororesin layer. No. 5 was able to maintain the permeation rate and separation factor α even after exposure to water vapor. Therefore, it was confirmed that the function of the seal portion can be maintained by providing the fluororesin layer.

(フッ素樹脂層の作製容易性)
まず、表3に示す材料を用いてフッ素樹脂層用スラリーを作製した。表3に示すように、サンプルNo.6では粒径5μmのフッ素樹脂粒子を使用し、サンプルNo.7では粒径25μmのフッ素樹脂粒子を使用し、サンプルNo.8〜11では粒径5μmと粒径25μmのフッ素樹脂粒子を重量比1:1で使用した。
(Easy fabrication of fluororesin layer)
First, a fluororesin layer slurry was prepared using the materials shown in Table 3. As shown in Table 3, sample no. No. 6 uses fluororesin particles having a particle size of 5 μm. 7 used fluororesin particles having a particle size of 25 μm. In 8 to 11, fluororesin particles having a particle diameter of 5 μm and a particle diameter of 25 μm were used at a weight ratio of 1: 1.

次に、フッ素樹脂層用スラリーを多孔質基材に直接塗布して表3に示す熱処理条件で焼き付けた。   Next, the fluororesin layer slurry was directly applied to the porous substrate and baked under the heat treatment conditions shown in Table 3.

続いて、フッ素樹脂層における欠陥数の多少を染色試験によって観察した。欠陥数の多少は、シール部表面に塗布した染料が染み込んだピンホール数によって判定した。欠陥数の判定結果を表3に示す。   Subsequently, the number of defects in the fluororesin layer was observed by a dyeing test. The number of defects was determined by the number of pinholes infiltrated with the dye applied to the seal surface. Table 3 shows the determination results of the number of defects.

Figure 2016051921
Figure 2016051921

表3に示すように、フッ素樹脂層を多孔質の基材本体に直接塗布して焼付けを行う場合、基材本体の細孔径より大きな粒径25μmのフッ素樹脂粒子を使用したサンプルNo.7〜11では、フッ素樹脂層の欠陥を抑制することができた。これは、フッ素樹脂粒子が基材本体に染み込むことを抑制できたためである。   As shown in Table 3, when the fluororesin layer is directly applied to the porous base body and baked, sample No. 1 using fluororesin particles having a particle diameter of 25 μm larger than the pore diameter of the base body is used. In 7-11, the defect of the fluororesin layer was able to be suppressed. This is because the fluororesin particles can be prevented from soaking into the base body.

(シール部の薬液耐性評価)
サンプルNo.1〜3と同様の工程にてサンプルNo.12〜14に係る膜構造体を作製した。ただし、サンプルNo.13では、基材本体の両端面にガラスシールを形成せずに、基材本体の両端面にフッ素樹脂層を直接形成した。サンプルNo.14では、基材本体の両端面にガラスシールを形成せずに、基材本体の両端面にプライマー層とフッ素樹脂層を順次形成した。なお、サンプルNo.13,14では、サンプルNo.11と同様の材料を用いてフッ素樹脂層を形成した。
(Evaluation of chemical resistance of seals)
Sample No. 1 to 3 in the same process. Film structures according to 12-14 were prepared. However, sample no. In No. 13, a fluororesin layer was directly formed on both end faces of the base body without forming glass seals on both end faces of the base body. Sample No. In No. 14, a primer layer and a fluororesin layer were sequentially formed on both end faces of the base body without forming glass seals on both end faces of the base body. Sample No. 13 and 14, sample no. A fluororesin layer was formed using the same material as in No. 11.

次に、一般的に上水用途では酸アルカリにて薬液洗浄が行われるため、各サンプルについて酸アルカリに対する薬液耐性を評価するために、薬液耐性サイクル試験を実施した。薬液耐性サイクル試験では、各サンプルのシール部をオートクレーブ中で硫酸(PH1.8)に浸漬して加熱(150℃、50時間)する工程と、シール部を洗浄及び乾燥する工程と、各サンプルのシール部をオートクレーブ中でNaOH(2%水溶液)に浸漬して加熱(150℃、50時間)する工程とを1サイクルとした。サンプルNo.12では薬液耐性サイクル試験を1サイクル実施し、サンプルNo.13,14では薬液耐性サイクル試験を2サイクル実施した。   Next, since a chemical solution is generally washed with an acid / alkaline in water supply applications, a chemical solution resistance cycle test was performed for each sample to evaluate the chemical solution resistance against the acid / alkali. In the chemical resistance cycle test, the seal part of each sample is immersed in sulfuric acid (PH1.8) in an autoclave and heated (150 ° C., 50 hours), the process of cleaning and drying the seal part, The process of immersing the seal portion in NaOH (2% aqueous solution) in an autoclave and heating (150 ° C., 50 hours) was taken as one cycle. Sample No. In No. 12, a chemical resistance cycle test was performed for one cycle. In Nos. 13 and 14, the chemical resistance cycle test was performed for 2 cycles.

1サイクルが終了するたびに各サンプルのシール部を観察して、シール部における剥離の有無を確認した。   Each time one cycle was completed, the seal portion of each sample was observed to confirm the presence or absence of peeling at the seal portion.

Figure 2016051921
Figure 2016051921

表4に示すように、フッ素樹脂層で保護したサンプルNo.13,14では、薬液耐性サイクル試験を2サイクル実施した後においてもシール部に剥離は発生しなかった。一方、ガラスシールが露出しているサンプルNo.12では、薬液耐性サイクル試験を1サイクル実施した後に剥離が発生した。従って、ガラスシールの有無に関わらずフッ素樹脂層を設けることによって、シール部の耐久性を向上させられることが確認できた。   As shown in Table 4, sample No. protected with a fluororesin layer was used. In Nos. 13 and 14, peeling did not occur at the seal part even after the chemical resistance cycle test was carried out for 2 cycles. On the other hand, sample no. No. 12, peeling occurred after one cycle of the chemical resistance cycle test. Therefore, it was confirmed that the durability of the seal portion can be improved by providing the fluororesin layer regardless of the presence or absence of the glass seal.

100 膜構造体
200 モノリス型基材
210 基材本体
211 基体
212 第1支持膜
213 第2支持膜
220 第1シール部
221 第1ガラスシール
222 第1プライマー層
223 第1フッ素樹脂層
230 第2シール部
231 第2ガラスシール
232 第2プライマー層
233 第2フッ素樹脂層
300 分離膜
TH1 貫通孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Membrane structure 200 Monolith type base material 210 Base material main body 211 Base body 212 First support film 213 Second support film 220 First seal portion 221 First glass seal 222 First primer layer 223 First fluororesin layer 230 Second seal Portion 231 Second glass seal 232 Second primer layer 233 Second fluororesin layer 300 Separation membrane TH1 Through hole

Claims (12)

第1端面と、第2端面と、前記第1端面から前記第2端面までそれぞれ貫通する複数の貫通孔とを有する多孔質の基材本体と、
前記第1端面を被覆するフッ素樹脂層と、
を備える膜構造体。
A porous base body having a first end face, a second end face, and a plurality of through holes penetrating from the first end face to the second end face, respectively;
A fluororesin layer covering the first end surface;
A membrane structure comprising:
前記基材本体と前記フッ素樹脂層の間に介挿されるプライマー層を備える、
請求項1に記載の膜構造体。
A primer layer interposed between the base body and the fluororesin layer;
The membrane structure according to claim 1.
前記複数の貫通孔の内表面に形成される分離膜を備え、
前記分離膜は、水をろ過精製することによって浄化水を生成する、
請求項1又は2に記載の膜構造体。
A separation membrane formed on the inner surface of the plurality of through holes,
The separation membrane generates purified water by filtering and purifying water,
The membrane structure according to claim 1 or 2.
前記フッ素樹脂層は、PFAによって構成される、
請求項1乃至3のいずれかに記載の膜構造体。
The fluororesin layer is composed of PFA.
The film structure according to any one of claims 1 to 3.
前記第2端面を被覆するフッ素樹脂層を備える、
請求項1乃至4のいずれかに記載の膜構造体。
A fluororesin layer covering the second end face;
The film structure according to any one of claims 1 to 4.
第1端面と、第2端面と、前記第1端面から前記第2端面までそれぞれ貫通する複数の貫通孔とを有する多孔質の基材本体と、
前記第1端面を被覆するガラスシール層と、
前記ガラスシール層を被覆するフッ素樹脂層と、
を備える、
膜構造体。
A porous base body having a first end face, a second end face, and a plurality of through holes penetrating from the first end face to the second end face, respectively;
A glass seal layer covering the first end surface;
A fluororesin layer covering the glass seal layer;
Comprising
Membrane structure.
前記フッ素樹脂層と前記ガラスシール層の間に介挿されるプライマー層を備える、
請求項6に記載の膜構造体。
A primer layer interposed between the fluororesin layer and the glass seal layer;
The membrane structure according to claim 6.
前記複数の貫通孔の内表面に形成される分離膜を備え、
前記分離膜は、水選択透過特性を有し、浸透気化あるいは蒸気透過によって脱水する、
請求項6又は7に記載の膜構造体。
A separation membrane formed on the inner surface of the plurality of through holes,
The separation membrane has water permselective properties and dehydrates by pervaporation or vapor permeation.
The membrane structure according to claim 6 or 7.
前記フッ素樹脂層は、PFAによって構成される、
請求項6乃至8のいずれかに記載の膜構造体。
The fluororesin layer is composed of PFA.
The film structure according to any one of claims 6 to 8.
前記第2端面を被覆するフッ素樹脂層を備える、
請求項6乃至9のいずれかに記載の膜構造体。
A fluororesin layer covering the second end face;
The film structure according to any one of claims 6 to 9.
第1端面から第2端面までそれぞれ貫通する複数の貫通孔を有する多孔質の基材本体を形成する工程と、
前記第1端面を被覆するフッ素樹脂層を形成する工程と、
を備える膜構造体の製造方法。
Forming a porous base material body having a plurality of through holes penetrating from the first end surface to the second end surface, and
Forming a fluororesin layer covering the first end surface;
A method for producing a membrane structure comprising:
前記フッ素樹脂層を形成する工程は、
粒径25μm以上のフッ素樹脂粒子を含むフッ素樹脂層用スラリーを用いてフッ素樹脂層の成形体を形成する工程と、
前記フッ素樹脂層の成形体を焼き付けることによって前記フッ素樹脂層を形成する工程とを含む、
請求項11に記載の膜構造体の製造方法。
The step of forming the fluororesin layer includes
Forming a fluororesin layer molded body using a fluororesin layer slurry containing fluororesin particles having a particle size of 25 μm or more;
Forming the fluororesin layer by baking the molded body of the fluororesin layer,
The manufacturing method of the film | membrane structure of Claim 11.
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