JP2016190200A - Manufacturing method for zeolite film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゼオライト膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a zeolite membrane.
従来、ゼオライト種結晶(以下、「種結晶」という。)を用いて支持体の表面にゼオライト膜を形成する手法が知られている(例えば、特許文献1参照)。支持体の表面に塗布された種結晶が膜状に結晶成長することによってゼオライト膜が形成される。 Conventionally, a method of forming a zeolite membrane on the surface of a support using a zeolite seed crystal (hereinafter referred to as “seed crystal”) is known (for example, see Patent Document 1). The seed crystal applied on the surface of the support grows into a film to form a zeolite membrane.
ここで、ゼオライト膜の分離性は膜欠陥が少ないほど向上し、ゼオライト膜の透過性は膜厚が薄いほど向上する傾向がある。しかしながら、膜欠陥を低減させるために長時間結晶成長させると膜厚が厚くなってしまうため、分離性と透過性の両立は容易ではない。 Here, the separability of the zeolite membrane improves as the number of membrane defects decreases, and the permeability of the zeolite membrane tends to improve as the film thickness decreases. However, if crystal growth is performed for a long time in order to reduce film defects, the film thickness becomes thick, and it is not easy to achieve both separation and permeability.
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、ゼオライト膜の分離性と透過性を向上可能なゼオライト膜の製造方法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 manufacturing method of the zeolite membrane which can improve the separability and permeability | transmittance of a zeolite membrane.
本発明に係るゼオライト膜構造体の製造方法は、第1ゼオライト種結晶を含有する第1種付け用スラリーを支持体に塗布する工程と、第1ゼオライト種結晶を結晶成長させて第1ゼオライト結晶を形成する工程と、第1ゼオライト結晶を形成した支持体に第2ゼオライト種結晶を含有する第2種付け用スラリーを塗布する工程と、第2ゼオライト種結晶を結晶成長させて第2ゼオライト結晶を形成する工程とを備える。 The method for producing a zeolite membrane structure according to the present invention includes a step of applying a first seeding slurry containing a first zeolite seed crystal to a support, and growing the first zeolite seed crystal to form a first zeolite crystal. Forming a second zeolite crystal by growing the second zeolite seed crystal, applying the second seeding slurry containing the second zeolite seed crystal to the support on which the first zeolite crystal is formed, and forming the second zeolite crystal. And a step of performing.
本発明によれば、分離性と透過性を向上可能なゼオライト膜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 manufacturing method of the zeolite membrane which can improve separability and permeability | transmittance can be provided.
以下、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。 Hereinafter, 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.
(分離膜構造体10の構成)
図1は、分離膜構造体10の構成を示す断面図である。分離膜構造体10は、支持体20とゼオライト膜30を備える。
(Configuration of separation membrane structure 10)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the
支持体20は、ゼオライト膜30を支持する。支持体20は、表面にゼオライト膜30を膜状に形成(結晶化、塗布、あるいは析出)できるような化学的安定性を有する。支持体20は、分離対象である混合流体をゼオライト膜30に供給できるような形状であればよい。支持体20の形状としては、例えばハニカム状、モノリス状、平板状、管状、円筒状、円柱状、及び角柱状などが挙げられる。本実施形態において、支持体20は、基体21と中間層22と表層23を有している。
The
基体21は、多孔質材料によって構成される。多孔質材料としては、例えば、セラミックス焼結体、金属、有機高分子、ガラス、或いはカーボンなどを用いることができる。セラミックス焼結体としては、アルミナ、シリカ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化ケイ素、炭化ケイ素などが挙げられる。金属としては、アルミニウム、鉄、ブロンズ、銀、ステンレスなどが挙げられる。有機高分子としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリイミドなどが挙げられる。
The
基体21は、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。
The
基体21の平均細孔径は、例えば5μm〜25μmとすることができる。基体21の平均細孔径は、水銀ポロシメーターによって測定できる。基体21の気孔率は、例えば25%〜50%とすることができる。基体21を構成する多孔質材料の平均粒径は、例えば5μm〜100μmとすることができる。基体21の平均粒径は、SEM(走査型電子顕微鏡)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 average pore diameter of the
中間層22は、基体21上に形成される。中間層22は、基体21に用いることのできる上記多孔質材料によって構成することができる。中間層22の平均細孔径は、基体21の平均細孔径より小さくてもよく、例えば0.005μm〜2μmとすることができる。中間層22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。中間層22の気孔率は、例えば20%〜60%とすることができる。中間層22の厚みは、例えば30μm〜300μmとすることができる。
The
表層23は、中間層22上に形成される。表層23は、基体21に用いることのできる上記多孔質材料によって構成することができる。表層23の平均細孔径は、中間層22の平均細孔径より小さくてもよく、例えば0.001μm〜0.5μmとすることができる。表層23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。表層23の気孔率は、例えば20%〜60%とすることができる。表層23の厚みは、例えば1μm〜50μmとすることができる。
The surface layer 23 is formed on the
ゼオライト膜30は、支持体20の表面に形成される。支持体20がモノリス状に形成されている場合、ゼオライト膜30は支持体20に形成された複数の貫通孔の内壁に形成される。
The
ゼオライト膜30が主成分として含有するゼオライトの骨格構造(型)は特に制限されず、例えば、MFI、LTA、CHA、DDR、MOR、DOH、FAU、OFF/ERI、LTL、FER、BEA、BEC、CON、MSE、MEL、MTW、MEI、MWW、RHO、BOG、SZR、EMT、SOD、AEI、AEL、AEN、AET、AFN、AFO、AFR、AFS、AFT、AFI、AFX、ANA、CAN、GIS、GME、HEU、JBW、KFI、LAU、LEV、MAZ、MER、MFS、MTT、PHI、SFG、TUN、TON、UFI、VET、VFI、VNI、及びVSVなどが挙げられる。特に、ゼオライトが結晶化しやすいMFI、DDR、MEL、BEA、CHA、MOR、FAU、LTA、FER、SODが好ましく、化学的安定性が高いMFI、DDR、MEL、BEA、CHAが特に好ましい。なお、本実施形態において、組成物Xが物質Yを「主成分として含む」とは、組成物X全体のうち、物質Yが好ましくは60重量%以上を占め、より好ましくは70重量%以上を占め、さらに好ましくは90重量%以上を占めることを意味する。
The skeleton structure (type) of the zeolite contained in the
ゼオライト膜30は、無機バインダ(シリカやアルミナなど)、有機バインダ(ポリマーなど)及びシリル化剤などを含有していてもよい。
The
ゼオライト膜30のSi/Al原子比は特に制限されないが、例えば1.5以上とすることができる。ゼオライト膜30は、Si/Al原子比は200以上のハイシリカゼオライトによって構成されていてもよい。ゼオライト膜30のSi/Al原子比は、水熱合成に用いる反応溶液や反応条件を制御することによって調整できる。ゼオライト膜30のSi/Al原子比は、SEM−EDX(走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分光法)によって測定することができる。
The Si / Al atomic ratio of the
ゼオライト膜30の厚みは特に制限されないが、例えば0.1μm〜10μmとすることができる。ゼオライト膜30の膜厚を薄くするほど透過性を向上させることができる。
The thickness of the
ゼオライト膜30の平均細孔径は特に制限されず、分離対象である液体混合物に応じて調整することができる。ゼオライト膜30の平均細孔径は、例えば構造規定剤やテンプレートの種類及びサイズを変更することでゼオライトの骨格構造を特定することによって調整できる。ゼオライト膜30の平均細孔径は、例えば0.2nm〜2.0nmとすることができる。ただし、ゼオライト膜30の平均細孔径には、長径と短径があってもよい。例えば、DDR型ゼオライト膜の細孔の短径は0.36nmであり長径は0.44nmである。
The average pore diameter of the
(分離膜構造体の製造方法)
分離膜構造体10の製造方法について説明する。図2は、分離膜構造体10の製造方法を説明するための模式図である。
(Method for producing separation membrane structure)
A method for manufacturing the
まず、押出成形法、プレス成形法,又は鋳込み成形法などによって、所望の形状の基体21の成形体を形成する。次に、基体21の成形体を焼成(例えば、900℃〜1450℃)して基体21を形成する。
First, a molded body of the base 21 having a desired shape is formed by an extrusion molding method, a press molding method, a casting molding method, or the like. Next, the molded body of the
次に、所望の粒径のセラミックス原料を用いて調製した中間層用スラリーを基体21の表面に成膜することによって中間層22の成形体を形成する。次に、中間層22の成形体を焼成(例えば、900℃〜1450℃)して中間層22を形成する。
Next, the
次に、所望の粒径のセラミックス原料を用いて調製した表層用スラリーを中間層22の表面に成膜することによって表層23の成形体を形成する。次に、表層23の成形体を焼成(例えば、900℃〜1450℃)して表層23を形成する。
Next, the surface layer 23 is formed on the surface of the
次に、従来手法を用いて、第1ゼオライト種結晶31aを作製する。例えば、ゼオライト膜30としてCHA型ゼオライト膜を形成する場合には、M.Itakura et al.,Chemistry Letters vol.37,No.9(2008)908に記載のFAU型ゼオライトの構造転換法を用いることができる。ゼオライト膜30としてDDR型ゼオライト膜を形成する場合には、特開2004−83375号公報に記載の手法を用いることができる。
Next, the 1st zeolite seed crystal 31a is produced using a conventional method. For example, when a CHA type zeolite membrane is formed as the
次に、第1ゼオライト種結晶31aを水やアルコールなどに分散させることによって、第1ゼオライト種結晶31aを含有する第1種付け用スラリーを調製する。第1ゼオライト種結晶31aの骨格構造は、ゼオライト膜30の骨格構造に合わせて選択すればよい。第1ゼオライト種結晶31aの平均粒子径は特に制限されないが、例えば100nm〜300nmとすることができる。
Next, a first seeding slurry containing the first zeolite seed crystal 31a is prepared by dispersing the first zeolite seed crystal 31a in water or alcohol. The framework structure of the first zeolite seed crystal 31a may be selected according to the framework structure of the
ここで、本実施形態において「種結晶の平均粒子径」とは、体積ベースでの粒子径の中央値のことであり、動的光散乱法によって測定することができる。具体的には、種結晶を水に分散させた分散液を測定可能な濃度となるよう水に滴下した後に超音波で分散させて得られる懸濁液の粒度分布を動的光散乱式粒子径分布測定装置で測定する。測定された粒度分布から求められるメジアン径(D50)が種結晶の平均粒子径である。 Here, in the present embodiment, the “average particle diameter of the seed crystal” is a median value of the particle diameter on a volume basis, and can be measured by a dynamic light scattering method. Specifically, the particle size distribution of a suspension obtained by dropping a dispersion of seed crystals in water into water so as to have a measurable concentration and then dispersing with ultrasonic waves is the dynamic light scattering particle size. Measure with a distribution measuring device. The median diameter (D50) obtained from the measured particle size distribution is the average particle diameter of the seed crystal.
次に、流下法やディップ法などによって第1種付け用スラリーを支持体20に塗布した後、第1種付け用スラリーを通風乾燥させる。これによって、図2(a)に示すように、支持体20の表面に第1ゼオライト種結晶31aが付着する。単位面積当たりにおける第1ゼオライト種結晶31aの塗布量は特に制限されないが、例えば0.005g/m2〜1.0g/m2とすることができる。
Next, after applying the first seeding slurry to the
次に、シリカ源、アルミナ源、アルカリ源及び水などを含む原料溶液が入った耐圧容器に支持体20を浸漬させる。原料溶液には有機テンプレートが含まれていてもよい。
Next, the
次に、耐圧容器を乾燥器に入れて加熱(水熱合成)する。これによって、図2(b)に示すように、第1ゼオライト種結晶31aが結晶成長して第1ゼオライト結晶31が形成される。本実施形態では、図2(b)に示すように、第1ゼオライト結晶31に膜欠陥(隙間)が存在していることが想定されている。加熱温度は100〜200℃とすることができる。加熱時間は3時間〜40時間とすることができ、5時間以上が好ましい。
Next, the pressure vessel is placed in a dryer and heated (hydrothermal synthesis). Thereby, as shown in FIG. 2B, the first zeolite seed crystal 31a grows and the
次に、第1ゼオライト結晶31が形成された支持体20を洗浄して、80〜100℃で乾燥する。
Next, the
次に、第2ゼオライト種結晶32aを水やアルコールなどに分散させることによって、第2ゼオライト種結晶32aを含有する第2種付け用スラリーを調製する。第2ゼオライト種結晶32aの骨格構造は、第1ゼオライト種結晶31aと同じであることが好ましい。第2ゼオライト種結晶32aの平均粒子径は特に制限されないが、例えば80nm〜280nmとすることができる。第2ゼオライト種結晶32aの平均粒子径は、第1ゼオライト種結晶31aの平均粒子径より小さいことが好ましい。
Next, a second seeding slurry containing the second
次に、流下法やディップ法などによって第2種付け用スラリーを第1ゼオライト結晶31に塗布した後、第2種付け用スラリーを通風乾燥させる。これによって、図2(c)に示すように、第1ゼオライト結晶31の隙間に第2ゼオライト種結晶32aが入り込む。第2ゼオライト種結晶32aは、その平均粒子径が小さいほど第1ゼオライト結晶31の隙間に入り込みやすい。単位面積当たりにおける第2ゼオライト種結晶32aの塗布量は特に制限されないが、例えば0.002g/m2〜0.8g/m2とすることができる。単位面積当たりにおける第2ゼオライト種結晶32aの塗布量は、単位面積当たりにおける第1ゼオライト種結晶31aの塗布量より少ないことが好ましい。
Next, the second seeding slurry is applied to the
次に、耐圧容器を乾燥器に入れて加熱(水熱合成)することによって、図2(d)に示すように、第2ゼオライト種結晶32aが結晶成長して第2ゼオライト結晶32が形成される。この際、第1ゼオライト結晶31も引き続き結晶成長する。図2(d)では第1ゼオライト結晶31と第2ゼオライト結晶32が区別して描かれているが、両者は一体となってゼオライト膜30を構成している。これによって、第1ゼオライト結晶31の膜欠陥を第2ゼオライト結晶32によって短時間で埋めることができるため、ゼオライト膜30の分離性と透過性を向上させることができる。加熱温度は100〜200℃とすることができる。加熱時間は2時間〜35時間とすることができ、30時間以下が好ましい。特に、第1ゼオライト結晶31を形成する時間よりも第2ゼオライト結晶32を形成する時間を短くすることによってゼオライト膜30の全体厚みを薄くできるため、ゼオライト膜30の透過性をより向上させることができる。
Next, by putting the pressure vessel in a dryer and heating (hydrothermal synthesis), as shown in FIG. 2 (d), the second
次に、ゼオライト膜30が形成された支持体20を洗浄して、80〜100℃で乾燥する。
Next, the
次に、原料溶液中に有機テンプレートが含まれていた場合には、支持体20を電気炉に入れて大気中で加熱(400〜800℃、1〜200時間)して有機テンプレートを燃焼除去する。
Next, when the organic template is contained in the raw material solution, the
(特徴)
本実施形態に係るゼオライト膜30の製造方法は、第2ゼオライト種結晶32aを含有する第2種付け用スラリーを第1ゼオライト結晶31に塗布する工程と、第2ゼオライト種結晶32aを結晶成長させて第2ゼオライト結晶32を形成する工程とを備える。
(Feature)
The manufacturing method of the
このように、第1ゼオライト結晶31の隙間に入り込んだ第2ゼオライト種結晶32aの結晶成長によって第2ゼオライト結晶32が形成されるため、短時間で緻密なゼオライト膜30を形成することができる。従って、ゼオライト膜30の薄膜化と緻密化によって分離性と透過性を共に向上させることができる。
Thus, since the
(他の実施形態)
上記実施形態において、第2種付け用スラリーは、第1ゼオライト結晶31に塗布されることとしたが、塗布した第2種付け用スラリーを第1ゼオライト結晶側に供給しつつ支持体20の基体側からポンプで吸引してもよい。これによって、第2ゼオライト種結晶32aを第1ゼオライト結晶31の隙間に積極的に充填させることができる。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the second seeding slurry is applied to the
上記実施形態において、第2種付け用スラリーは、第1ゼオライト結晶31に塗布されることとしたが、塗布した第2種付け用スラリーを洗い流してもよい。これによって、第1ゼオライト結晶31の隙間に入った第2ゼオライト種結晶32aは残留させつつ、第1ゼオライト結晶31の表面に付着した余分な第2ゼオライト種結晶32aを除去できるため、ゼオライト膜30をより薄膜化することができる。
In the above embodiment, the second seeding slurry is applied to the
上記実施形態において、支持体20は、基体21と中間層22と表層23を有することとしたが、中間層22と表層23の一方又は両方を有していなくてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態において、分離膜構造体10は、支持体20とゼオライト膜30を備えることとしたが、ゼオライト膜30上に積層された機能膜又は保護膜をさらに備えていてもよい。このような膜としては、ゼオライト膜、炭素膜及びシリカ膜などの無機膜やポリイミド膜やシリコーン膜などの有機膜を用いることができる。
In the above embodiment, the
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.1〜12の作製)
まず、55本のセルが形成された多孔質の支持体(直径30mm×長さ160mm、平均細孔径0.10μm)を準備した。
(Production of sample Nos. 1 to 12)
First, a porous support (
次に、ガラスフリットに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。 Next, water and an organic binder were mixed with the glass frit to prepare a slurry for glass sealing.
次に、支持体の両端面にガラスシール用スラリーを付着させた後に乾燥することによって一対のガラスシールの成形体を形成した。 Next, a glass seal slurry was adhered to both end faces of the support, followed by drying to form a pair of glass seal compacts.
次に、一対のガラスシールの成形体を950℃で焼成することによって、一対のガラスシールを形成した。 Next, a pair of glass seals were formed by firing a pair of glass seal compacts at 950 ° C.
次に、フッ素樹脂製の密閉容器にエチレンジアミン(和光純薬工業社製)を入れた後、1−アダマンタンアミン(シグマアルドリッチ社製)を加えて、超音波によって1−アダマンタンアミンを完全に溶解させた。 Next, after putting ethylenediamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) into a sealed container made of fluororesin, 1-adamantanamine (manufactured by Sigma Aldrich) is added, and 1-adamantanamine is completely dissolved by ultrasound. It was.
次に、別の容器に核としてのDDR型ゼオライト結晶を含む水溶液を入れ、シリカを含むシリカゾル(スノーテックスS、日産化学工業社製)を加えて攪拌することによって、核を含むシリカゾルを得た。核としてのDDR型ゼオライト結晶は、国際公開第2010/090049A1に記載の方法に基づいて作製したDDR型ゼオライト粉末を粉砕することによって得た。 Next, an aqueous solution containing DDR type zeolite crystals as nuclei was placed in another container, and silica sol containing silica (Snowtex S, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was added and stirred to obtain a silica sol containing nuclei. . A DDR type zeolite crystal as a core was obtained by pulverizing a DDR type zeolite powder produced based on the method described in WO2010 / 090049A1.
次に、1−アダマンタンアミンを溶解したエチレンジアミンの入った密閉容器に、先に用意した核を含むシリカゾルを素早く加えた後、密閉容器内の混合液が透明になるまで撹拌することによって原料溶液(原料ゾル)を得た。 Next, after rapidly adding the silica sol containing the nucleus prepared previously to the sealed container containing ethylenediamine in which 1-adamantanamine is dissolved, the mixture solution in the sealed container is stirred until it becomes transparent, thereby starting the raw material solution ( A raw material sol) was obtained.
次に、フッ素樹脂製内筒付きステンレス製耐圧容器に原料溶液を入れて、160℃で16時間加熱(水熱合成)した。 Next, the raw material solution was put into a stainless steel pressure vessel with a fluororesin inner cylinder, and heated (hydrothermal synthesis) at 160 ° C. for 16 hours.
次に、水洗することによって第1DDR型ゼオライト種結晶(以下、「第1ゼオライト種結晶」という。)が分散した分散液を得た。 Next, a first DDR type zeolite seed crystal (hereinafter referred to as “first zeolite seed crystal”) was dispersed by washing with water.
次に、第1ゼオライト種結晶の分散液をエタノール中に滴下して攪拌することによって第1種付け用スラリーを作製した。 Next, a first seeding slurry was prepared by dropping and stirring the first zeolite seed crystal dispersion in ethanol.
次に、縦置きした支持体の上方から第1種付け用スラリーを支持体の55本のセルに流し込んだ。これによって、第1種付け用スラリーがセル壁面に塗布された。 Next, the first seeding slurry was poured into 55 cells of the support from above the vertically placed support. As a result, the first seeding slurry was applied to the cell wall surface.
次に、セルに風速5m/秒で室温の空気を10分間流すことによって、セル壁面に塗布された第1種付け用スラリーを乾燥させた。セル壁面の単位面積当たりにおける第1ゼオライト種結晶の塗布量は、表1に示す通りであった。第1ゼオライト種結晶の塗布量は、第1種付け用スラリーにおける第1ゼオライト種結晶の濃度を制御することによって調整した。 Next, the first seeding slurry applied to the cell wall surface was dried by flowing air at room temperature at a wind speed of 5 m / second for 10 minutes through the cell. The coating amount of the first zeolite seed crystal per unit area of the cell wall surface was as shown in Table 1. The coating amount of the first zeolite seed crystals was adjusted by controlling the concentration of the first zeolite seed crystals in the first seeding slurry.
次に、フッ素樹脂製容器にエチレンジアミン(和光純薬工業社製)を入れた後、1−アダマンタンアミン(シグマアルドリッチ社製)を加えて完全に溶解させた。 Next, after putting ethylenediamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) into a fluororesin container, 1-adamantanamine (manufactured by Sigma Aldrich) was added and completely dissolved.
次に、別の容器にシリカを含むシリカゾル(スノーテックスS、日産化学工業社製)とイオン交換水を入れた後、軽く攪拌することによってシリカ分散液を調製した。 Next, after putting silica sol (Snowtex S, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) containing silica and ion-exchanged water in another container, a silica dispersion was prepared by gently stirring.
次に、1−アダマンタンアミンを溶解させたエチレンジアミン溶液をシリカ分散液に加えて90分間攪拌することによって膜形成用原料溶液を調製した。 Next, an ethylenediamine solution in which 1-adamantanamine was dissolved was added to the silica dispersion and stirred for 90 minutes to prepare a film forming raw material solution.
次に、フッ素樹脂製内筒付きステンレス製耐圧容器内に第1ゼオライト種結晶が付着した支持体を配置した。 Next, the support body which the 1st zeolite seed crystal adhered in the stainless steel pressure-resistant container with a fluororesin inner cylinder was arrange | positioned.
次に、膜形成用原料溶液を容器に入れて、125℃で加熱(水熱合成)することによって、1−アダマンタンアミンを含有する第1DDR型ゼオライト結晶(以下、「第1ゼオライト結晶」という。)を形成した。水熱合成時間は、表1に示す通りとした。 Next, the film-forming raw material solution is put in a container and heated (hydrothermal synthesis) at 125 ° C. to thereby form a first DDR type zeolite crystal containing 1-adamantanamine (hereinafter referred to as “first zeolite crystal”). ) Was formed. The hydrothermal synthesis time was as shown in Table 1.
次に、容器から取り出した支持体を水中で洗浄した後に乾燥した。 Next, the support taken out from the container was washed in water and then dried.
次に、上述した第1種結晶分散液と同様にして、第2DDR型ゼオライト種結晶(以下、「第2ゼオライト種結晶」という。)が水に分散された第2種結晶分散液を作製した。水熱合成の温度および時間を調整することによって、表1に示すように第2ゼオライト種結晶の平均粒子径を変化させた。 Next, a second seed crystal dispersion in which a second DDR type zeolite seed crystal (hereinafter referred to as “second zeolite seed crystal”) was dispersed in water was prepared in the same manner as the first seed crystal dispersion described above. . By adjusting the temperature and time of hydrothermal synthesis, the average particle size of the second zeolite seed crystals was changed as shown in Table 1.
次に、上述した第1種付け用スラリーと同様にして、第2ゼオライト種結晶を含有する第2種付け用スラリーを作製した。 Next, a second seeding slurry containing a second zeolite seed crystal was prepared in the same manner as the first seeding slurry described above.
次に、第2種付け用スラリーを支持体の各セルに流し込んで、第2種付け用スラリーを第1ゼオライト結晶の表面に塗布した。セル壁面の単位面積当たりにおける第2ゼオライト種結晶の塗布量は、表1に示す通りであった。第2ゼオライト種結晶の塗布量は、第2種付け用スラリーにおける第2ゼオライト種結晶の濃度を制御することによって調整した。 Next, the second seeding slurry was poured into each cell of the support, and the second seeding slurry was applied to the surface of the first zeolite crystals. The coating amount of the second zeolite seed crystal per unit area of the cell wall surface was as shown in Table 1. The coating amount of the second zeolite seed crystal was adjusted by controlling the concentration of the second zeolite seed crystal in the second seeding slurry.
次に、フッ素樹脂製内筒付きステンレス製耐圧容器内に第2ゼオライト種結晶が付着した支持体を配置した。 Next, the support body to which the second zeolite seed crystal was attached was placed in a stainless steel pressure resistant vessel with a fluororesin inner cylinder.
次に、上述した膜形成用原料溶液を容器に入れて、125℃で加熱(水熱合成)することによって、1−アダマンタンアミンを含有する第2DDR型ゼオライト結晶(以下、「第2ゼオライト結晶」という。)を形成した。水熱合成時間は、表1に示す通りとした。以上によって、第1及び第2ゼオライト結晶からなるDDR型ゼオライト膜(以下、「ゼオライト膜」という。)が形成された。 Next, the above-mentioned raw material solution for film formation is put in a container and heated at 125 ° C. (hydrothermal synthesis) to thereby produce a second DDR type zeolite crystal containing 1-adamantanamine (hereinafter referred to as “second zeolite crystal”). Formed). The hydrothermal synthesis time was as shown in Table 1. Thus, a DDR type zeolite membrane (hereinafter referred to as “zeolite membrane”) composed of the first and second zeolite crystals was formed.
次に、容器から取り出した支持体を水中で洗浄した後に乾燥した。 Next, the support taken out from the container was washed in water and then dried.
次に、ゼオライト膜を450℃で100時間加熱することによって、1−アダマンタンアミンを燃焼除去した。 Next, the 1-adamantanamine was burned off by heating the zeolite membrane at 450 ° C. for 100 hours.
(サンプルNo.13〜15の作製)
第2ゼオライト結晶を形成しなかった以外はサンプルNo.1〜12と同様にしてサンプルNo.13〜15を作製した。従って、サンプルNo.13〜15において、ゼオライト膜は第1ゼオライト結晶のみで構成されている。
(Production of sample Nos. 13 to 15)
Sample No. 2 except that no second zeolite crystals were formed. Sample No. 1 in the same manner as in Nos. 1-12. 13-15 were produced. Therefore, sample no. In 13 to 15, the zeolite membrane is composed only of the first zeolite crystals.
なお、サンプルNo.15では、第1ゼオライト種結晶を2度に分けて水熱合成することによって第1ゼオライト結晶(ゼオライト膜)を形成した。 Sample No. In No. 15, the first zeolite seed crystal (zeolite membrane) was formed by hydrothermal synthesis of the first zeolite seed crystal in two portions.
(第1及び第2ゼオライト種結晶の平均粒子径の測定)
各サンプルの第1種結晶分散液を約20mlの水に測定可能な濃度となるよう滴下した後、超音波で5分以上分散させることによって第1ゼオライト種結晶の懸濁液を得た。
(Measurement of average particle size of first and second zeolite seed crystals)
The first seed crystal dispersion liquid of each sample was dropped into about 20 ml of water so as to have a measurable concentration, and then dispersed with an ultrasonic wave for 5 minutes or more to obtain a suspension of the first zeolite seed crystal.
次に、懸濁液の粒度分布を動的光散乱式粒子径分布測定装置(日機装社製、商品名:Nanotrac)で測定し、粒度分布のメジアン径(D50)を平均粒子径として取得した。 Next, the particle size distribution of the suspension was measured with a dynamic light scattering type particle size distribution measuring device (trade name: Nanotrac, manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), and the median diameter (D50) of the particle size distribution was obtained as the average particle size.
また、第2ゼオライト種結晶の平均粒子径も同様の手法により測定した。 The average particle size of the second zeolite seed crystal was also measured by the same method.
各サンプルの第1及び第2ゼオライト種結晶それぞれの平均粒子径は、表1に示す通りであった。 The average particle size of each of the first and second zeolite seed crystals of each sample was as shown in Table 1.
(支持体のN2透過量の測定)
第1種付け用スラリーの塗布前において、各サンプルにおけるN2ガス透過量(以下、「支持体N2透過量」という。)を測定した。具体的には、0.8KPaのN2ガスを支持体のセルに導入して、支持体を透過した支持体N2透過量をマスフローメーターで測定した。測定結果は表1に示す通りであった。
(Measurement of N 2 permeation amount of support)
Before the application of the first seeding slurry, the N 2 gas permeation amount (hereinafter referred to as “support N 2 permeation amount”) in each sample was measured. Specifically, N 2 gas of 0.8 KPa was introduced into the cell of the support, and the amount of support N 2 permeating through the support was measured with a mass flow meter. The measurement results are as shown in Table 1.
(第1ゼオライト結晶が形成された支持体のN2透過量の測定)
第1ゼオライト結晶の形成後において、各サンプルにおけるN2ガスの透過量(以下、「第1N2透過量」という。)を測定した。具体的には、100KPaのN2ガスを支持体のセルに導入して、第1ゼオライト結晶が形成された支持体を透過した第1N2透過量をマスフローメーターで測定した。測定結果は表1に示す通りであった。
(Measurement of N 2 permeation amount of support on which first zeolite crystals are formed)
After the formation of the first zeolite crystals, the permeation amount of N 2 gas in each sample (hereinafter referred to as “first N 2 permeation amount”) was measured. Specifically, N 2 gas of 100 KPa was introduced into the cell of the support, and the first N 2 permeation amount permeated through the support on which the first zeolite crystals were formed was measured with a mass flow meter. The measurement results are as shown in Table 1.
(第2ゼオライト結晶が形成された支持体のN2透過量の測定)
第2ゼオライト結晶の形成後において、サンプルNo.1〜12におけるN2ガスの透過量(以下、「第2N2透過量」という。)を測定した。具体的には、100KPaのN2ガスを支持体のセルに導入して、第1及び第2ゼオライト結晶が形成された支持体を透過した第2N2透過量をマスフローメーターで測定した。測定結果は表1に示す通りであった。
(Measurement of N 2 permeation amount of support on which second zeolite crystal is formed)
After the formation of the second zeolite crystal, the sample No. The permeation amount of N 2 gas in 1 to 12 (hereinafter referred to as “second N 2 permeation amount”) was measured. Specifically, N 2 gas of 100 KPa was introduced into the cell of the support, and the second N 2 permeation amount permeated through the support on which the first and second zeolite crystals were formed was measured with a mass flow meter. The measurement results are as shown in Table 1.
(ゼオライト膜の水透過量と分離係数の測定)
各サンプルのゼオライト膜の性能を評価するために水透過量と分離係数を測定した。
(Measurement of water permeability and separation factor of zeolite membrane)
In order to evaluate the performance of the zeolite membrane of each sample, the amount of water permeation and the separation factor were measured.
具体的には、50℃の水とエタノールを重量比50:50で混合した混合液をゼオライト膜に供給し、透過側の圧力を50torrにした時にゼオライト膜を透過した蒸気を液体N2で回収し、回収された透過液の重量を測定した。そして、回収された透過液における水とエタノールの成分を比重計で分析し、水とエタノールの濃度から水透過量を算出した。 Specifically, a mixture of 50 ° C. water and ethanol mixed at a weight ratio of 50:50 is supplied to the zeolite membrane, and when the pressure on the permeate side is 50 torr, the vapor that has permeated the zeolite membrane is recovered with liquid N 2 . Then, the weight of the collected permeate was measured. Then, water and ethanol components in the collected permeate were analyzed with a hydrometer, and the water permeation amount was calculated from the water and ethanol concentrations.
また、(透過水濃度/透過エタノール濃度)/(供給水濃度/供給エタノール濃度)の式に基づいて、分離性能を示す分離係数を算出した。 Further, based on the formula of (permeate concentration / permeate ethanol concentration) / (supply water concentration / supply ethanol concentration), a separation coefficient indicating separation performance was calculated.
表1に示すように、サンプルNo.13,15では、第1ゼオライト結晶の水熱合成時間を18時間に抑えて薄膜化したため、水透過量は良好であったが分離係数は低かった。また、サンプルNo.14では、第1ゼオライト結晶の水熱合成時間を38時間まで延ばして厚膜化したため、分離係数は良好であったが水透過量は低かった。このことから、単一のゼオライト種結晶を結晶成長させてゼオライト膜を形成する場合には分離性と透過性の両立は困難であることが確認された。 As shown in Table 1, sample no. In Nos. 13 and 15, the hydrothermal synthesis time of the first zeolite crystals was reduced to 18 hours, so that the water permeation amount was good but the separation factor was low. Sample No. In No. 14, the hydrothermal synthesis time of the first zeolite crystals was increased to 38 hours to increase the film thickness, so that the separation factor was good but the water permeation amount was low. This confirms that it is difficult to achieve both separation and permeability when a single zeolite seed crystal is grown to form a zeolite membrane.
一方、サンプルNo.1〜12では、水透過量及び分離係数ともに良好であった。これは、第1ゼオライト結晶の形成後に塗布した第2ゼオライト種結晶を結晶成長させることによって第1ゼオライト結晶の隙間(膜欠陥)を短時間で埋めることができたためである。このことから、時間差を置いてゼオライト種結晶を結晶成長させることによってゼオライト膜の分離性と透過性を向上させられることが確認された。 On the other hand, sample no. In 1 to 12, both the water permeation amount and the separation factor were good. This is because the gap (film defect) of the first zeolite crystals could be filled in a short time by growing the second zeolite seed crystals applied after the formation of the first zeolite crystals. From this, it was confirmed that the separation and permeability of the zeolite membrane could be improved by growing the zeolite seed crystals with a time difference.
また、第2ゼオライト種結晶の塗布量を第1ゼオライト種結晶より少なくしたサンプルNo.1〜4,7〜12では、より水透過量を向上させることができた。これは、塗布された第2ゼオライト種結晶自体の厚みを薄くすることによって、ゼオライト膜の全体厚みを薄くすることができたためである。特に、第2ゼオライト種結晶の塗布量を0.1g/m2未満としたサンプルNo.7,8では、水透過量が顕著に向上した。 In addition, sample No. 1 in which the coating amount of the second zeolite seed crystal was smaller than that of the first zeolite seed crystal. In 1-4 and 7-12, the amount of water permeation was able to be improved more. This is because the entire thickness of the zeolite membrane could be reduced by reducing the thickness of the applied second zeolite seed crystal itself. In particular, sample No. 2 in which the coating amount of the second zeolite seed crystal was less than 0.1 g / m 2 . In 7 and 8, the water permeation amount was remarkably improved.
また、第2ゼオライト種結晶の平均粒子径を第1ゼオライト種結晶より小さくしたサンプルNo.9,10では、より分離係数を向上させることができた。これは、第1ゼオライト結晶の隙間に細かい第2ゼオライト種結晶を効率的に入れることができたためである。 In addition, sample No. 2 in which the average particle size of the second zeolite seed crystal was made smaller than that of the first zeolite seed crystal. In 9, 10, the separation factor could be further improved. This is because a fine second zeolite seed crystal can be efficiently put in the gap between the first zeolite crystals.
また、第1N2透過量の支持体N2透過量に対する比(第1N2透過量/支持体N2透過量)が0.0008以上0.5087であるサンプルNo.1〜10では、より分離係数を向上させることができた。これは、第1ゼオライト結晶の隙間を適切な量にしたため、第1ゼオライト結晶の隙間に第2ゼオライト種結晶を効率的に入れることができたためである。 Sample No. 1 having a ratio of the first N 2 permeation amount to the support N 2 permeation amount (first N 2 permeation amount / support N 2 permeation amount) is 0.0008 or more and 0.5087. In 1-10, the separation factor was able to be improved more. This is because the second zeolite seed crystals could be efficiently put into the gaps of the first zeolite crystals because the gaps of the first zeolite crystals were set to an appropriate amount.
10 分離膜構造体
20 支持体
21 基体
22 中間層
23 表層
30 ゼオライト膜
31 第1ゼオライト結晶
31a 第1ゼオライト種結晶
32 第2ゼオライト結晶
32a 第2ゼオライト種結晶
10
Claims (5)
前記第1ゼオライト種結晶を結晶成長させて第1ゼオライト結晶を形成する工程と、
前記第1ゼオライト結晶を形成した前記支持体に、第2ゼオライト種結晶を含有する第2種付け用スラリーを塗布する工程と、
前記第2ゼオライト種結晶を結晶成長させて第2ゼオライト結晶を形成する工程と、
を備えるゼオライト膜の製造方法。 Applying a first seeding slurry containing a first zeolite seed crystal to a support;
Growing the first zeolite seed crystal to form a first zeolite crystal;
Applying a second seeding slurry containing a second zeolite seed crystal to the support on which the first zeolite crystal has been formed;
Growing the second zeolite seed crystal to form a second zeolite crystal;
A method for producing a zeolite membrane comprising:
請求項1に記載のゼオライト膜の製造方法。 The coating amount of the second zeolite seed crystals per unit area is less than the coating amount of the first zeolite seed crystals per unit area.
The method for producing a zeolite membrane according to claim 1.
請求項1又は2に記載のゼオライト膜の製造方法。 The average particle size of the second zeolite seed crystal is smaller than the average particle size of the first zeolite seed crystal.
The manufacturing method of the zeolite membrane of Claim 1 or 2.
請求項1乃至3のいずれかに記載のゼオライト膜の製造方法。 The time for growing the second zeolite seed crystal to form the second zeolite crystal is shorter than the time for growing the first zeolite seed crystal to form the first zeolite crystal.
The method for producing a zeolite membrane according to any one of claims 1 to 3.
請求項1乃至4のいずれかに記載のゼオライト膜の製造方法。 Ratio transmission amount of N 2 gas in the support of the permeation amount of N 2 gas in the support to which the first zeolite crystals are formed is 0.0008 or more 0.5087,
The manufacturing method of the zeolite membrane in any one of Claims 1 thru | or 4.
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020175247A1 (en) * | 2019-02-28 | 2020-09-03 | 日本ゼオン株式会社 | Separation membrane manufacturing method |
| CN113490541A (en) * | 2019-03-04 | 2021-10-08 | 日本碍子株式会社 | Zeolite membrane composite, method for producing zeolite membrane composite, and method for separating zeolite membrane composite |
| CN113811381A (en) * | 2019-05-08 | 2021-12-17 | 日立造船株式会社 | Zeolite membrane composite and method for producing the same |
| WO2025197200A1 (en) * | 2024-03-18 | 2025-09-25 | 日本碍子株式会社 | Separation membrane composite and method for producing separation membrane composite |
| WO2025197219A1 (en) * | 2024-03-18 | 2025-09-25 | 日本碍子株式会社 | Mof membrane complex and mof membrane complex manufacturing method |
-
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020175247A1 (en) * | 2019-02-28 | 2020-09-03 | 日本ゼオン株式会社 | Separation membrane manufacturing method |
| JPWO2020175247A1 (en) * | 2019-02-28 | 2020-09-03 | ||
| JP7464037B2 (en) | 2019-02-28 | 2024-04-09 | 日本ゼオン株式会社 | Separation membrane manufacturing method |
| US11969692B2 (en) | 2019-02-28 | 2024-04-30 | Zeon Corporation | Method of producing separation membrane |
| CN113490541A (en) * | 2019-03-04 | 2021-10-08 | 日本碍子株式会社 | Zeolite membrane composite, method for producing zeolite membrane composite, and method for separating zeolite membrane composite |
| CN113811381A (en) * | 2019-05-08 | 2021-12-17 | 日立造船株式会社 | Zeolite membrane composite and method for producing the same |
| WO2025197200A1 (en) * | 2024-03-18 | 2025-09-25 | 日本碍子株式会社 | Separation membrane composite and method for producing separation membrane composite |
| WO2025197219A1 (en) * | 2024-03-18 | 2025-09-25 | 日本碍子株式会社 | Mof membrane complex and mof membrane complex manufacturing method |
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