JP2022532071A - Method for manufacturing T-type zeolite molecular sieve membrane - Google Patents

Method for manufacturing T-type zeolite molecular sieve membrane Download PDF

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Abstract

本発明は、T型ゼオライト分子篩膜の製造方法、即ち、ゲル法を用いたT型ゼオライト分子篩膜の製造方法を提供する。担体に種晶をコートした後湿潤・乾燥させ、一定の配合比率のゲル合成液を担体表面に塗布して高温で結晶化させることで、優れた性能を有するT型ゼオライト分子篩膜を得ることができる。この膜は、イソプロパノール/水及びエタノール/水の分離に優れた分離性能を有し、良好な時間依存性を有する。本発明は、実験装置が簡単で操作しやすく、再現性が高く、原材料を節約できる等の利点があり、グリーンケミストリーを具現しており、重要な産業振興及び実用化の価値がある。【選択図】図1The present invention provides a method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane, that is, a method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane using a gel method. A T-type zeolite molecular sieve membrane with excellent performance can be obtained by coating the carrier with seed crystals, then moistening and drying the carrier, applying a gel synthesis solution with a certain mixing ratio to the carrier surface, and crystallizing the carrier at a high temperature. can. This membrane has excellent separation performance for isopropanol/water and ethanol/water separations and has good time dependence. The present invention has advantages such as simple experimental equipment, easy operation, high reproducibility, and saving of raw materials. [Selection drawing] Fig. 1

Description

本発明は、膜分離材料の技術分野に属し、ゼオライト分子篩膜の製造方法及び使用に関し、特に気相転換を用いたT型ゼオライト分子篩膜の製造方法に関する。 The present invention belongs to the technical field of membrane separation materials, and relates to a method for producing and using a zeolite molecular sieve membrane, and particularly to a method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane using gas phase conversion.

有機溶媒脱水のための浸透気化膜分離技術は、従来の蒸留、抽出、吸収などの分離方法の代わりに用いることができ、従来の方法では実現が困難又は実現不可能な分離要件を達成し、低エネルギー消耗で高品質の製品を得ることができ、特に共沸混合物、沸騰寸前の混合物、感熱性化合物又は低濃度成分の混合物の分離に大きな利点がある。従来の蒸留方法と比較して、浸透気化膜装置は、運転エネルギー消耗が低い、分離効率が高い、プロセスが簡単、設置面積が小さい、操作が便利、第3の成分を導入しない、製品の純度が高い、品質が安定、プロセスがグリーンで無公害である等の利点があり、産業経済的に大きな可能性を秘めている。 Permeation vaporization membrane separation techniques for organic solvent dehydration can be used in place of conventional separation methods such as distillation, extraction and absorption, achieving separation requirements that are difficult or impossible to achieve with conventional methods. High quality products can be obtained with low energy consumption, and there is a great advantage especially in the separation of co-boiling mixtures, mixtures on the verge of boiling, heat-sensitive compounds or mixtures of low-concentration components. Compared with the conventional distillation method, the osmotic vaporization membrane device consumes less operating energy, has higher separation efficiency, has a simple process, has a small installation area, is convenient to operate, does not introduce a third component, and has product purity. It has the advantages of high quality, stable quality, green process and pollution-free, and has great potential in industrial economy.

浸透気化膜は、素材によって浸透気化有機膜と浸透気化無機膜とに分けられる。有機膜と比較して、無機膜は、熱化学的安定性が良い、耐用年数が長い、摩耗部品が少ない、維持費が安い、膜部品の交換が容易、膜フラックスが高い、分離係数が大きい、膨潤しない、耐溶剤性などの多くの利点があり、浸透気化用の膜材料として用いられている。浸透気化無機膜は、分子篩を膜材料(コア分離膜層)として使用し、その規則的な細孔構造を利用して、異なる成分間の分子寸法レベルでの分離を実現する。 The osmotic vaporized membrane is divided into a osmotic vaporized organic membrane and an osmotic vaporized inorganic membrane depending on the material. Compared to organic membranes, inorganic membranes have better thermochemical stability, longer service life, fewer worn parts, lower maintenance costs, easier replacement of membrane parts, higher membrane flux, and higher separation coefficient. It has many advantages such as non-swelling and solvent resistance, and is used as a membrane material for osmotic vaporization. The osmotic vaporized inorganic membrane uses molecular sieves as a membrane material (core separation membrane layer) and utilizes its regular pore structure to achieve separation between different components at the molecular size level.

T型ゼオライトは、エリオナイトとオフレタイトとの相互成長により形成された連晶であり、エリオナイト及びオフレタイトの骨格構造は異なるが、密接な関係があり、2つのゼオライトの相互作用によって、T型ゼオライトの細孔径は、0.36nm×0.51nmになっている。T型ゼオライト膜は、中等のSi/Al比と優れた親水性及び耐酸性とを備え、水と有機溶液との分離において、優れた浸透気化性能を示している。 T-type zeolite is an intergrowth formed by mutual growth of erionite and offletite, and although the skeletal structures of erionite and offletite are different, they are closely related, and the interaction between the two zeolites causes T-type zeolite. The pore size of is 0.36 nm × 0.51 nm. The T-type zeolite membrane has a moderate Si / Al ratio, excellent hydrophilicity and acid resistance, and exhibits excellent osmotic vaporization performance in the separation of water and an organic solution.

ゼオライト分子篩膜の合成方法には、インサイチュ水熱合成法、二次成長法、マイクロ波合成法、ゲル変換法などがある。近年、特許及び文献により、T型ゼオライト分子篩膜の合成方法として二次成長法(非特許文献1)又はマイクロ波アシスト二次成長法(非特許文献2)が報告されているが、ゲル変換法(Gel Conversion Method)によるT型ゼオライト分子篩膜の合成方法については、国内外でいままでも報告されていない。二次成長法又はマイクロ波合成法は、水熱合成法に属し、使用する合成液の量が多く、結晶化して成膜した後、釜底材を廃棄するが、従来のゲル変換法は、担体表面にゲル層をコーティングしたもので、使用する合成液の量が少なく、それを有機テンプレート剤又は水がある反応釜に入れ、所定の温度に加熱して気化させると、蒸気の作用下でゲル層が結晶化されて、ゼオライト分子篩膜層が形成される。この方法は有機テンプレート剤の安定性を高めるが、発生した蒸気をゲル層の内部に浸入させる必要があり、これにより膜層にクラックが発生する可能性があるので、欠陥の少ないゼオライト分子篩膜を製造し難く、この方法は、有機テンプレート剤を添加しないT型ゼオライト分子篩膜の製造には適用されていない。 Methods for synthesizing the zeolite molecular sieve membrane include an in situ hydrothermal synthesis method, a secondary growth method, a microwave synthesis method, and a gel conversion method. In recent years, patents and documents have reported a secondary growth method (Non-Patent Document 1) or a microwave-assisted secondary growth method (Non-Patent Document 2) as a method for synthesizing a T-type zeolite molecular sieve membrane. The method for synthesizing a T-type zeolite molecular sieve membrane by (Gel Conversion Method) has not been reported in Japan or overseas. The secondary growth method or microwave synthesis method belongs to the hydrothermal synthesis method, and the amount of synthetic liquid used is large. After crystallizing and forming a film, the bottom material of the kettle is discarded. The surface of the carrier is coated with a gel layer, and the amount of synthetic liquid used is small. When it is placed in a reaction vessel with an organic template agent or water and heated to a predetermined temperature to vaporize it, it is vaporized under the action of steam. The gel layer is crystallized to form a zeolite molecular sieve membrane layer. Although this method enhances the stability of the organic template agent, it is necessary to infiltrate the generated vapor into the inside of the gel layer, which may cause cracks in the membrane layer. Difficult to produce, this method has not been applied to the production of T-type zeolite molecular sieve membranes without the addition of organic template agents.

Journal of Materials Chemistry A,2017,5(34):17828-17832Journal of Materials Chemistry A, 2017, 5 (34): 17828-17832 Microporous & Mesoporous Materials,2009,124(1):117-122Microporous & Mesoporous Materials, 2009, 124 (1): 117-122

本発明は、T型ゼオライト分子篩膜の製造方法を提供する。この方法は、まず担体を湿潤プロセスにかけ、次いで乾燥した担体表面にゼオライト分子篩の合成原料からなるゲル層をコートし、結晶化させて膜を形成し、ゲル層は蒸気の作用下でゼオライト分子篩膜層を形成するものである。この方法では、安価なマクロ孔担体上にシード層をプレコートし、ゲル法により製造したT型ゼオライト分子篩膜は、優れた分離性能と一定の安定性とを備える。この方法は、再現性が高く、溶媒の節約にも有効で、高い膜性能を持っている。 The present invention provides a method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane. In this method, the carrier is first subjected to a wetting process, and then a gel layer made of a synthetic raw material for zeolite molecular sieves is coated on the dried carrier surface and crystallized to form a membrane, and the gel layer is a zeolite molecular sieve membrane under the action of steam. It forms a layer. In this method, the seed layer is precoated on an inexpensive macropore carrier, and the T-type zeolite molecular sieve membrane produced by the gel method has excellent separation performance and constant stability. This method has high reproducibility, is effective in saving solvent, and has high film performance.

本発明に係るT型ゼオライト分子篩膜の製造方法は、ゲル変換法を用いたT型ゼオライト分子篩膜の製造方法であって、多孔質担体表面に順次、種晶液を塗布してシード層を得、ゲル液を塗布してゲル層を得た後、前記担体を結晶化させて前記T型ゼオライト分子篩膜を得、ここで、前記シード層がコートされた前記多孔質担体を、水又はゲル液(30倍以上に希釈する)に含浸させた後、ゲル液を塗布してゲル層を得る。 The method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane according to the present invention is a method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane using a gel conversion method, in which a seed crystal liquid is sequentially applied to the surface of a porous carrier to obtain a seed layer. After applying the gel solution to obtain a gel layer, the carrier is crystallized to obtain the T-type zeolite molecular sieve membrane, and the porous carrier coated with the seed layer is subjected to water or a gel solution. After impregnating (dilute 30 times or more), a gel solution is applied to obtain a gel layer.

さらに、前記ゲル液は、シリコン源、アルミニウム源、フッ化物塩、アルカリ溶液からなる。 Further, the gel liquid comprises a silicon source, an aluminum source, a fluoride salt, and an alkaline solution.

さらに、前記シリコン源はシリカゾルであり、前記アルミニウム源はメタアルミン酸ナトリウムであり、前記フッ化物塩はフッ化ナトリウム及びフッ化カリウムであり、前記アルカリ溶液は水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムである。 Further, the silicon source is silica sol, the aluminum source is sodium metaaluminate, the fluoride salt is sodium fluoride and potassium fluoride, and the alkaline solution is sodium hydroxide and potassium hydroxide.

さらに、前記ゲル液は、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムとの混合アルカリ溶液に、アルミニウム源、フッ化物塩、シリコン源を加えて、10~50時間熟成させることで調製される。 Further, the gel liquid is prepared by adding an aluminum source, a fluoride salt and a silicon source to a mixed alkaline solution of sodium hydroxide and potassium hydroxide and aging for 10 to 50 hours.

さらに、前記ゲル液中の各成分のモル比は、SiO/Al=12~100、HO/SiO=4~25、(NaO+KO)/SiO=0.12~1.2、Na/K=0.6~10、MF/SiO=0~0.5である。 Further, the molar ratio of each component in the gel liquid is SiO 2 / Al 2 O 3 = 12 to 100, H 2 O / SiO 2 = 4 to 25, (Na 2 O + K 2 O) / SiO 2 = 0. 12 to 1.2, Na / K = 0.6 to 10, MF / SiO 2 = 0 to 0.5.

さらに、前記種晶液を塗布してシード層を得るプロセスは、二次可変温度含浸法により行われる。 Further, the process of applying the seed crystal liquid to obtain a seed layer is carried out by a secondary variable temperature impregnation method.

前記多孔質担体は、管状、平板状、中空繊維状又は多孔質チャネル状の担体であり、好ましくは管状である。 The porous carrier is a tubular, flat plate-shaped, hollow fibrous or porous channel-shaped carrier, and is preferably tubular.

さらに、前記多孔質担体の材料は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ムライト、ステンレス鋼又は金属メッシュであり、前記多孔質担体の細孔径は0.02~40μmである。 Further, the material of the porous carrier is aluminum oxide, zirconium oxide, mullite, stainless steel or a metal mesh, and the pore diameter of the porous carrier is 0.02 to 40 μm.

さらに、前記多孔質担体は、好ましくは酸化アルミニウムであり、前記多孔質担体の細孔径は、好ましくは0.1~5μmである。 Further, the porous carrier is preferably aluminum oxide, and the pore size of the porous carrier is preferably 0.1 to 5 μm.

本発明の方法により製造されたT型ゼオライト分子篩膜のSi/Al比は低く、約3~3.8である。 The Si / Al ratio of the T-type zeolite molecular sieve membrane produced by the method of the present invention is low, about 3 to 3.8.

前記T型ゼオライト分子篩膜は、75℃の温度で、90wt.%イソプロパノール/水に対して、フラックス>5.5kg・m-2・h-1、分離係数>10000の分離性能を有し、90wt.%エタノール/水に対しては、フラックス>2.8kg・m-2・h-1、分離係数が10000に達する分離性能を有する。 The T-type zeolite molecular sieve membrane was 90 wt. At a temperature of 75 ° C. With respect to% isopropanol / water, it has a separation performance of flux> 5.5 kg · m -2 · h -1 , separation coefficient> 10000, and 90 wt. For% ethanol / water, it has a separation performance of flux> 2.8 kg ・ m -2・ h -1 , and a separation coefficient of 10000.

本発明は、以下のような利点を備える。
本発明で用いた方法と従来のゲル法との違いは、水又は希釈されたゲル液の導入方法が異なることである。本発明では、担体を湿潤させる方法を採用しており、これにより膜層の内側から蒸気を発生させ、クラックの発生を効果的に回避し、連続した緻密なゼオライト膜層を得ることができる。
The present invention has the following advantages.
The difference between the method used in the present invention and the conventional gel method is that the method for introducing water or a diluted gel solution is different. In the present invention, a method of wetting the carrier is adopted, whereby vapor is generated from the inside of the membrane layer, cracks are effectively avoided, and a continuous and dense zeolite membrane layer can be obtained.

(1)本発明の方法は、製造プロセスが簡単で再現性が高く、担体表面にゲル液の層を塗布するだけなので、反応釜の底に廃液が残ることがなく、ゲル液の大量の廃棄を回避し、効果的に溶媒を節約し、環境汚染を軽減し、グリーンケミストリーの概念を具現し、重要な産業上の展望及び実用的な意義を持っている。
(2)ゲル変換法により製造されたT型ゼオライト分子篩膜のSi/Al比は約3.8と低いため、膜の親水性が向上し、有機物/水の分離において親水性膜のフラックスを効果的に高めることができる。
(3)担体を湿潤させる方法を採用して水又は希釈合成液を導入することで、結晶化の際にゲル層内に蒸気が発生し、合成されたT型ゼオライト分子篩膜は連続的且つ均一に分布し、膜層にクラック及びピンホールが発生しないため、膜の製造コストを大幅に削減することが可能となる。
(4)合成されたT型ゼオライト分子篩膜は、イソプロパノール/水及びエタノール/水に対して優れた分離性能を有している:75℃の温度で、90wt.%イソプロパノール/水に対して、フラックス>5.5 kg・m-2・h-1、分離係数>10000の分離性能を有し、90wt.%エタノール/水に対して、フラックス>2.8kg・m-2・h-1、分離係数が10000に達する分離性能を有する。
(1) The method of the present invention has a simple manufacturing process and high reproducibility, and only a layer of gel liquid is applied to the surface of the carrier, so that no waste liquid remains on the bottom of the reaction kettle and a large amount of gel liquid is discarded. It avoids, effectively saves solvents, reduces environmental pollution, embodies the concept of green chemistry, and has important industrial perspectives and practical significance.
(2) Since the Si / Al ratio of the T-type zeolite molecular sieve membrane produced by the gel conversion method is as low as about 3.8, the hydrophilicity of the membrane is improved, and the flux of the hydrophilic membrane is effective in separating organic matter / water. Can be enhanced.
(3) By introducing water or a diluted synthetic solution by adopting a method of wetting the carrier, vapor is generated in the gel layer during crystallization, and the synthesized T-type zeolite molecular sieve membrane is continuous and uniform. Since cracks and pinholes do not occur in the film layer, it is possible to significantly reduce the manufacturing cost of the film.
(4) The synthesized T-type zeolite molecular sieve membrane has excellent separation performance with respect to isopropanol / water and ethanol / water: at a temperature of 75 ° C., 90 wt. With respect to% isopropanol / water, it has a separation performance of flux> 5.5 kg · m -2 · h -1 , separation coefficient> 10,000, and 90 wt. With respect to% ethanol / water, it has a separation performance of flux> 2.8 kg ・ m -2・ h -1 , and a separation coefficient of 10000.

本発明には5つの図面が添付されている。
実施例1で製造したT型ゼオライト分子篩膜表面の走査型電子顕微鏡(SEM)画像である。 実施例1で製造したT型ゼオライト分子篩膜断面の走査型電子顕微鏡(SEM)画像である。 X線回折(XRD)図であり、aはT型ゼオライト分子篩、bは実施例1で製造したT型ゼオライト分子篩膜、cは空の担体である。 浸透気化(PV)装置の概略図である。 実施例4で製造したT型ゼオライト分子篩膜の90wt.%イソプロパノール/水に対して行ったPV試験安定性を示す図である。
Five drawings are attached to the present invention.
6 is a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of the T-type zeolite molecular sieve membrane produced in Example 1. 6 is a scanning electron microscope (SEM) image of the cross section of the T-type zeolite molecular sieve membrane produced in Example 1. In the X-ray diffraction (XRD) diagram, a is a T-type zeolite molecular sieve, b is a T-type zeolite molecular sieve membrane produced in Example 1, and c is an empty carrier. It is a schematic diagram of the osmotic vaporization (PV) apparatus. 90 wt. Of the T-type zeolite molecular sieve membrane produced in Example 4. It is a figure which shows the PV test stability performed with% isopropanol / water.

(1)シード層の塗布:T型ゼオライト分子篩の種晶を脱イオン水に分散させてT型ゼオライト分子篩の種晶液を得、この種晶液を多孔質担体の表面に塗布して、均一で緻密な無欠陥のシード層を得る。
(2)ゲル液の調製:本発明は、ゲル塗布液として水の含有量が少ない合成液を用いる。前記合成液は、シリカゾルをシリコン源とし、メタアルミン酸ナトリウムをアルミニウム源とし、フッ化ナトリウムとフッ化カリウムとを混合フッ化物塩とする。アルミニウム源、フッ化物塩、シリコン源を水酸化ナトリウムと水酸化カリウムとの混合アルカリ溶液に加え、10~50時間攪拌しながら熟成を続けることで、安定したSiO-NaO-KO-Al-MF(NaF+KF)-HO系を形成する。ここで、各成分のモル比は、SiO/Al=12~100、HO/SiO=4~25、(NaO+KO)/SiO=0.12~1.2、Na/K=0.6~10、MF/SiO=0~0.5である。
(3)担体の湿潤化:種晶を塗布した担体を硬化させた後、担体を液体で湿潤させ、担体表面に明らかな液体の痕跡が見えなくなるまで室温で乾燥させる。
(4)ゲル層の塗布:ステップ(2)で得られたゲル液を塗布液として担体の表面に均一に塗布する。
(5)結晶化:担体をオートクレーブに置き、80~200℃で1~50時間結晶化させる。
(1) Application of seed layer: The seed crystal of the T-type zeolite molecular sieve is dispersed in deionized water to obtain a seed crystal solution of the T-type zeolite molecular sieve, and this seed crystal solution is applied to the surface of the porous carrier to make it uniform. To obtain a dense, defect-free seed layer.
(2) Preparation of gel liquid: In the present invention, a synthetic liquid having a low water content is used as the gel coating liquid. The synthetic solution uses silica sol as a silicon source, sodium metaaluminate as an aluminum source, and sodium fluoride and potassium fluoride as a mixed fluoride salt. Stable SiO 2 -Na 2 OK 2 O by adding an aluminum source, a fluoride salt, and a silicon source to a mixed alkaline solution of sodium hydroxide and potassium hydroxide and continuing aging with stirring for 10 to 50 hours. -Al 2 O 3 -MF (NaF + KF) -H 2 O system is formed. Here, the molar ratio of each component is SiO 2 / Al 2 O 3 = 12 to 100, H 2 O / SiO 2 = 4 to 25, (Na 2 O + K 2 O) / SiO 2 = 0.12 to 1. 2. Na / K = 0.6 to 10, MF / SiO 2 = 0 to 0.5.
(3) Wetting of the carrier: After the carrier coated with the seed crystal is cured, the carrier is moistened with a liquid and dried at room temperature until no obvious trace of the liquid is visible on the surface of the carrier.
(4) Application of gel layer: The gel solution obtained in step (2) is uniformly applied to the surface of the carrier as a coating solution.
(5) Crystallization: The carrier is placed in an autoclave and crystallized at 80 to 200 ° C. for 1 to 50 hours.

ステップ(1)において、T型ゼオライト分子篩の種晶液中のT型ゼオライト分子篩の含有量は0.01~5wt.%であり、種晶液中のT型ゼオライト分子篩結晶粒径は0.02~7μmである。 In step (1), the content of the T-type zeolite molecular sieve in the seed crystal liquid of the T-type zeolite molecular sieve is 0.01 to 5 wt. %, And the T-type zeolite molecular sieve crystal particle size in the seed crystal liquid is 0.02 to 7 μm.

ステップ(1)において、T型ゼオライト分子篩の種晶液を用いて多孔質担体表面にシード層を導入する方法として、含浸法、熱含浸法、可変温度熱含浸法、真空結晶化法、スプレー塗布法、ラビング塗布法又はスピン塗布法を用い、好ましくは可変温度含浸法を用いる。 In step (1), as a method for introducing a seed layer on the surface of the porous carrier using the seed crystal liquid of the T-type zeolite molecular sieve, an impregnation method, a heat impregnation method, a variable temperature heat impregnation method, a vacuum crystallization method, and spray coating A method, a rubbing coating method or a spin coating method is used, preferably a variable temperature impregnation method.

ステップ(2)において、20~50℃で10~50時間、好ましくは20~40℃で12~48時間撹拌することでゲル液を調製する。 In step (2), a gel solution is prepared by stirring at 20 to 50 ° C. for 10 to 50 hours, preferably 20 to 40 ° C. for 12 to 48 hours.

ステップ(3)において、湿潤溶液としては、脱イオン水を用いてもよいし、所定の希釈濃度のゲル液を用いてもよく、好ましくは脱イオン水を湿潤溶液として用いる。 In step (3), deionized water may be used as the wetting solution, or a gel solution having a predetermined diluted concentration may be used, and deionized water is preferably used as the wetting solution.

ステップ(4)において、ゲル層の塗布方法として、含浸法、熱含浸法、真空法、スプレー塗布法、ラビング塗布法又はスピン塗布法を用い、好ましくは含浸法を用いる。 In step (4), as the gel layer coating method, an impregnation method, a heat impregnation method, a vacuum method, a spray coating method, a rubbing coating method or a spin coating method is used, and an impregnation method is preferably used.

ステップ(5)において、結晶化温度は80~200℃、結晶化時間は1~50hであり、好ましくは結晶化温度が100~180℃、結晶化時間が2~30hである。 In step (5), the crystallization temperature is 80 to 200 ° C. and the crystallization time is 1 to 50 hours, preferably the crystallization temperature is 100 to 180 ° C. and the crystallization time is 2 to 30 hours.

本発明をさらに説明するために、いくつかの具体的な実施例を以下に示すが、本発明の保護範囲は以下の実施例に限定されるものではない。 In order to further explain the present invention, some specific examples are shown below, but the scope of protection of the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
(1)α-Al担体管の前処理:管外径は12mm、管内径は8mm、平均細孔径は2~3μm、気孔率は約30~40%である。800メッシュ及び1500メッシュのサンドペーパーで担体管の外面を順次それぞれ一回ずつ研磨し、脱イオン水による超音波洗浄で担体管に残っている砂粒子を除去し、担体管の洗浄に使用した水が濁らなくなるまで数回繰り返し、次いで、酸とアルカリとで順次超音波洗浄して担体の細孔内の残留物を除去し、脱イオン水で中性になるまで洗浄する。最後に、担体管をオーブンで乾燥させた後、マッフル炉において550℃で6時間焼成を行い、両端をシールして置く。
(2)ステップ(1)で得られた担体管を120℃で3~4時間予熱した後、1wt.%濃度の大粒の種晶(2μm)懸濁液Iに急速に含浸させ、室温で一晩乾燥させた後、120℃で3~4時間硬化させて、シード層担持担体Iを得る。
(3)担体表面の種晶を脱脂綿で拭き取り、シード層担持担体Iを100℃で2~4時間予熱した後、0.6wt.%濃度の小粒の種晶(600nm)懸濁液IIに含浸させ、一晩乾燥させた後、100℃で2~3時間硬化させて、シード層担持担体IIを得る。
(4)SiO:0.05Al:0.26NaO:0.09KO:0.25MF(3NaF:1KF):25HOのモル比で合成液を調製し、室温で12~48時間撹拌しながら熟成させる。
(5)シード層担持担体IIを脱イオン水で湿潤させて、シード層担持担体IIの表面に明らかな水の痕跡が見えなくなるまで室温で乾燥させて、担体IIIを得る。
(6)担体管IIIを合成液に約20~60秒間含浸させた後、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)ライニングを施したステンレス鋼製の結晶化釜に入れ、150℃のオーブンで4時間結晶化させる。
(7)合成されたT型ゼオライト分子篩膜を中性になるまで脱イオン水で洗浄し、50℃のオーブンで乾燥させる。
(Example 1)
(1) Pretreatment of α-Al 2 O 3 carrier tube: The outer diameter of the tube is 12 mm, the inner diameter of the tube is 8 mm, the average pore diameter is 2 to 3 μm, and the porosity is about 30 to 40%. The outer surface of the carrier tube was sequentially polished once with 800 mesh and 1500 mesh sandpaper, and the sand particles remaining in the carrier tube were removed by ultrasonic cleaning with deionized water, and the water used for cleaning the carrier tube. Repeat several times until it is no longer turbid, then ultrasonically wash with acid and alkali in sequence to remove residues in the pores of the carrier and wash with deionized water until neutral. Finally, after the carrier tube is dried in an oven, it is fired at 550 ° C. for 6 hours in a muffle furnace, and both ends are sealed.
(2) The carrier tube obtained in step (1) was preheated at 120 ° C. for 3 to 4 hours, and then 1 wt. A large seed crystal (2 μm) suspension I having a% concentration is rapidly impregnated, dried at room temperature overnight, and then cured at 120 ° C. for 3 to 4 hours to obtain a seed layer-supporting carrier I.
(3) The seed crystals on the surface of the carrier were wiped off with cotton wool, and the seed layer-supporting carrier I was preheated at 100 ° C. for 2 to 4 hours, and then 0.6 wt. The seed crystal (600 nm) suspension II having a% concentration is impregnated, dried overnight, and then cured at 100 ° C. for 2 to 3 hours to obtain a seed layer-supporting carrier II.
(4) SiO 2 : 0.05Al 2 O 3 : 0.26Na 2 O: 0.09K 2 O: 0.25MF (3NaF: 1KF): 25H A synthetic solution was prepared at a molar ratio of 2 O, and 12 at room temperature. Aged with stirring for ~ 48 hours.
(5) The seed layer-supported carrier II is moistened with deionized water and dried at room temperature until no obvious trace of water is visible on the surface of the seed layer-supported carrier II to obtain carrier III.
(6) After impregnating the carrier tube III with the synthetic solution for about 20 to 60 seconds, it is placed in a stainless steel crystallization kettle with a polytetrafluoroethylene (PTFE) lining and crystallized in an oven at 150 ° C. for 4 hours. Let me.
(7) The synthesized T-type zeolite molecular sieve membrane is washed with deionized water until it becomes neutral, and dried in an oven at 50 ° C.

T型ゼオライト分子篩膜の結晶構造を、添付図面の解析により確認した。本実施例で製造した膜は厚さが4μmと薄く、これは結晶化の際に担体壁に担持された栄養溶液の量が限られているためと考えられ、これにより優れた浸透気化性能が得られたと思料される。実施例1で製造したT型ゼオライト分子篩膜に対して浸透気化試験を行ったところ、75℃の温度で、90wt.%エタノール/水に対して3.35kg・m-2・h-1のフラックス、分離係数>10000の分離性能を示し、90wt.%イソプロパノール/水に対しては6.02kg・m-2・h-1のフラックス、分離係数>10000と、より高い分離性能を示した。XPSで測定したこの膜のSi/Al比は3.8であった。 The crystal structure of the T-type zeolite molecular sieve membrane was confirmed by analysis of the attached drawings. The membrane produced in this example is as thin as 4 μm, which is considered to be due to the limited amount of nutrient solution supported on the carrier wall during crystallization, which results in excellent osmotic vaporization performance. It is believed that it was obtained. An osmotic vaporization test was performed on the T-type zeolite molecular sieve membrane produced in Example 1. At a temperature of 75 ° C., 90 wt. It showed a flux of 3.35 kg · m -2 · h -1 with respect to% ethanol / water, a separation coefficient> 10,000, and 90 wt. With respect to% isopropanol / water, a flux of 6.02 kg · m − 2 · h -1 and a separation coefficient> 10000 showed higher separation performance. The Si / Al ratio of this film measured by XPS was 3.8.

(対比例1)
T型ゼオライト分子篩膜の製造は、ほとんどが二次成長法で行われている。実施例1中のステップ(1)、(2)、(3)及び(7)は変更せず、ステップ(4)の合成液の配合比率をSiO:0.05Al:0.26NaO:0.09KO:0.25MF(3NaF:1KF):35HOとし、ステップ(5)を削除し、ステップ(6)において熟成後の合成液を釜のライニング壁に沿ってゆっくりと反応釜に導入し、高温で結晶化させた。75℃の温度で、90wt.%エタノール/水の場合、フラックスは2.26kg・m-2・h-1で、分離係数は1142であったが、90wt.%イソプロパノール/水の場合、フラックスが3.65kg・m-2・h-1で、分離係数が6063と、より高い分離性能を示した。XPSで測定したこの膜のSi/Al比は4.4であった。
(Inverse proportion 1)
Most of the production of the T-type zeolite molecular sieve membrane is performed by the secondary growth method. Steps (1), (2), (3) and (7) in Example 1 were not changed, and the mixing ratio of the synthetic solution in step (4) was changed to SiO 2 : 0.05Al 2 O 3 : 0.26Na. 2 O: 0.09K 2 O: 0.25MF (3NaF: 1KF): 35H 2 O, delete step (5), and slowly pour the aged synthetic solution in step (6) along the lining wall of the kettle. Was introduced into the reaction vessel and crystallized at high temperature. At a temperature of 75 ° C., 90 wt. In the case of% ethanol / water, the flux was 2.26 kg · m -2 · h -1 , and the separation coefficient was 1142, but 90 wt. In the case of% isopropanol / water, the flux was 3.65 kg · m -2 · h -1 , and the separation coefficient was 6063, showing higher separation performance. The Si / Al ratio of this film measured by XPS was 4.4.

(対比例2)
ステップ(5)と(6)とを除き、すべてのステップは実施例1と同じにした。
ステップ(5)を省略して直接ステップ(6)を行い、合成液をすべて分子篩の細孔チャンネル内部に吸着させて、T型ゼオライト分子篩膜を製造した。75℃の温度で、90wt.%エタノール/水に対しての浸透気化試験を行った結果、膜の分離性能として、フラックスと分離係数とはそれぞれ2.68kg・m-2・h-1、1004であった。
(Inverse proportion 2)
All steps were the same as in Example 1 except for steps (5) and (6).
Step (6) was directly performed by omitting step (5), and all the synthetic liquids were adsorbed inside the pore channels of the molecular sieves to produce a T-type zeolite molecular sieve membrane. At a temperature of 75 ° C., 90 wt. As a result of the permeation vaporization test with% ethanol / water, the flux and the separation coefficient were 2.68 kg · m -2 · h -1 and 1004, respectively, as the separation performance of the membrane.

(実施例2)
ステップ(4)を除き、すべてのステップは実施例1と同じにした。
合成液中のフッ素含有量を変更し、MF/SiOモル比を0に変更し、即ち、フッ化物塩を添加せずにT型ゼオライト分子篩膜を製造した。75℃の温度で、90wt.%エタノール/水に対しての浸透気化試験を行った結果、膜の分離性能として、フラックスと分離係数とはそれぞれ1.57kg・m-2・h-1、112であった。
(Example 2)
Except for step (4), all steps were the same as in Example 1.
The fluorine content in the synthetic solution was changed and the MF / SiO 2 molar ratio was changed to 0, that is, a T-type zeolite molecular sieve membrane was produced without adding a fluoride salt. At a temperature of 75 ° C., 90 wt. As a result of the permeation vaporization test with% ethanol / water, the flux and the separation coefficient were 1.57 kg · m -2 · h -1 and 112, respectively, as the separation performance of the membrane.

(実施例3)
実施例1で製造したT型ゼオライト分子篩膜の、90wt.%エタノール/水系に対する時間依存性試験を行い、試験結果を図4に示した。10時間の試験後、総フラックスは最初の3.35kg・m-2・h-1から約2.77kg・m-2・h-1にまで減少し、透過側の水の含有量はほとんど変化しなかった。
(Example 3)
90 wt. Of the T-type zeolite molecular sieve membrane produced in Example 1. A time-dependent test was performed on a% ethanol / water system, and the test results are shown in FIG. After 10 hours of testing, the total flux decreased from the initial 3.35 kg ・ m -2・ h -1 to about 2.77 kg ・ m -2・ h -1 , and the water content on the permeation side changed almost. I didn't.

(付記)
(付記1)
ゲル変換法を用いたT型ゼオライト分子篩膜の製造方法であって、多孔質担体表面に順次、種晶液を塗布してシード層を得、ゲル液を塗布してゲル層を得た後、前記担体を結晶化させて前記T型ゼオライト分子篩膜を得、ここで、前記シード層がコートされた前記多孔質担体を、水又はゲル液に含浸させた後、ゲル液を塗布してゲル層を得る、ことを特徴とするT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。
(Additional note)
(Appendix 1)
This is a method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane using a gel conversion method. A seed crystal solution is sequentially applied to the surface of a porous carrier to obtain a seed layer, and a gel solution is applied to obtain a gel layer. The carrier is crystallized to obtain the T-type zeolite molecular sieve membrane, and the porous carrier coated with the seed layer is impregnated with water or a gel solution, and then the gel solution is applied to the gel layer. A method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane.

(付記2)
前記ゲル液は、シリコン源、アルミニウム源、フッ化物塩、アルカリ溶液からなる、ことを特徴とする付記1に記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。
(Appendix 2)
The method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane according to Appendix 1, wherein the gel liquid comprises a silicon source, an aluminum source, a fluoride salt, and an alkaline solution.

(付記3)
前記シリコン源はシリカゾルであり、前記アルミニウム源はメタアルミン酸ナトリウムであり、前記フッ化物塩はフッ化ナトリウム及びフッ化カリウムであり、前記アルカリ溶液は水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムである、ことを特徴とする付記2に記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。
(Appendix 3)
The silicon source is a silica sol, the aluminum source is sodium metaaluminate, the fluoride salt is sodium fluoride and potassium fluoride, and the alkaline solution is sodium hydroxide and potassium hydroxide. The method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane according to Appendix 2.

(付記4)
前記ゲル液は、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムとの混合アルカリ溶液に、アルミニウム源、フッ化物塩、シリコン源を加えて、10~50時間熟成させることで調製される、ことを特徴とする付記2に記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。
(Appendix 4)
The gel liquid is prepared by adding an aluminum source, a fluoride salt and a silicon source to a mixed alkaline solution of sodium hydroxide and potassium hydroxide and aging for 10 to 50 hours. 2. The method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane according to 2.

(付記5)
前記ゲル液中の各成分のモル比は、SiO/Al=12~100、HO/SiO=4~25、(NaO+KO)/SiO=0.12~1.2、Na/K=0.6~10、MF/SiO=0~0.5である、ことを特徴とする付記2に記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。
(Appendix 5)
The molar ratio of each component in the gel liquid is SiO 2 / Al 2 O 3 = 12 to 100, H 2 O / SiO 2 = 4 to 25, (Na 2 O + K 2 O) / SiO 2 = 0.12 to 1.2, Na / K = 0.6 to 10, MF / SiO 2 = 0 to 0.5. The method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane according to Appendix 2.

(付記6)
前記種晶液を塗布してシード層を得るプロセスは、二次可変温度含浸法により行われる、ことを特徴とする付記1に記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。
(Appendix 6)
The method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane according to Appendix 1, wherein the process of applying the seed crystal liquid to obtain a seed layer is carried out by a secondary variable temperature impregnation method.

(付記7)
前記多孔質担体は、管状、平板状、中空繊維状又は多孔質チャネル状の担体であり、好ましくは管状である、ことを特徴とする付記1に記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。
(Appendix 7)
The method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane according to Appendix 1, wherein the porous carrier is a tubular, flat plate-shaped, hollow fibrous or porous channel-shaped carrier, and is preferably tubular.

(付記8)
前記多孔質担体の材料は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ムライト、ステンレス鋼又は金属メッシュであり、前記多孔質担体の細孔径は0.02~40μmであり、前記多孔質担体は、好ましくは酸化アルミニウムであり、前記多孔質担体の細孔径は、好ましくは0.1~5μmである、ことを特徴とする付記1に記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。
(Appendix 8)
The material of the porous carrier is aluminum oxide, zirconium oxide, mulite, stainless steel or metal mesh, the pore diameter of the porous carrier is 0.02 to 40 μm, and the porous carrier is preferably aluminum oxide. The method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane according to Appendix 1, wherein the pore size of the porous carrier is preferably 0.1 to 5 μm.

(付記9)
前記T型ゼオライト分子篩膜のSi/Al比は3~3.8である、ことを特徴とする付記1~8のいずれか1つに記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。
(Appendix 9)
The method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane according to any one of Supplementary Provisions 1 to 8, wherein the Si / Al ratio of the T-type zeolite molecular sieve membrane is 3 to 3.8.

(付記10)
前記T型ゼオライト分子篩膜は、75℃の温度で、90wt.%イソプロパノール/水に対して、フラックス>5.5kg・m-2・h-1、分離係数>10000の分離性能を有し、90wt.%エタノール/水に対して、フラックス>2.8kg・m-2・h-1、分離係数が10000に達する分離性能を有する、ことを特徴とする付記9に記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。
(Appendix 10)
The T-type zeolite molecular sieve membrane was 90 wt. At a temperature of 75 ° C. With respect to% isopropanol / water, it has a separation performance of flux> 5.5 kg · m -2 · h -1 , separation coefficient> 10000, and 90 wt. Production of the T-type zeolite molecular sieve membrane according to Appendix 9, which has a separation performance of flux> 2.8 kg · m -2 · h -1 and a separation coefficient reaching 10000 with respect to% ethanol / water. Method.

(a)マグネチックスターラー
(b)ウォーターバス
(c)膜チューブ
(d)膜ユニット
(e)原料貯蔵タンク
(f)コールドトラップ
(g)液体窒素
(h)バッファボトル
(i)真空計
(j)真空ポンプ
(A) Magnetic stirrer (b) Water bath (c) Membrane tube (d) Membrane unit (e) Raw material storage tank (f) Cold trap (g) Liquid nitrogen (h) Buffer bottle (i) Vacuum gauge (j) Vacuum pump

Claims (10)

ゲル変換法を用いたT型ゼオライト分子篩膜の製造方法であって、多孔質担体表面に順次、種晶液を塗布してシード層を得、ゲル液を塗布してゲル層を得た後、前記担体を結晶化させて前記T型ゼオライト分子篩膜を得、ここで、前記シード層がコートされた前記多孔質担体を、水又はゲル液に含浸させた後、ゲル液を塗布してゲル層を得る、ことを特徴とするT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。 This is a method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane using a gel conversion method. A seed crystal solution is sequentially applied to the surface of a porous carrier to obtain a seed layer, and a gel solution is applied to obtain a gel layer. The carrier is crystallized to obtain the T-type zeolite molecular sieve membrane, and the porous carrier coated with the seed layer is impregnated with water or a gel solution, and then the gel solution is applied to the gel layer. A method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane. 前記ゲル液は、シリコン源、アルミニウム源、フッ化物塩、アルカリ溶液からなる、ことを特徴とする請求項1に記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。 The method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane according to claim 1, wherein the gel liquid comprises a silicon source, an aluminum source, a fluoride salt, and an alkaline solution. 前記シリコン源はシリカゾルであり、前記アルミニウム源はメタアルミン酸ナトリウムであり、前記フッ化物塩はフッ化ナトリウム及びフッ化カリウムであり、前記アルカリ溶液は水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムである、ことを特徴とする請求項2に記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。 The silicon source is a silica sol, the aluminum source is sodium metaaluminate, the fluoride salt is sodium fluoride and potassium fluoride, and the alkaline solution is sodium hydroxide and potassium hydroxide. The method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane according to claim 2. 前記ゲル液は、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムとの混合アルカリ溶液に、アルミニウム源、フッ化物塩、シリコン源を加えて、10~50時間熟成させることで調製される、ことを特徴とする請求項2に記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。 The gel liquid is prepared by adding an aluminum source, a fluoride salt and a silicon source to a mixed alkaline solution of sodium hydroxide and potassium hydroxide and aging for 10 to 50 hours. Item 2. The method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane according to Item 2. 前記ゲル液中の各成分のモル比は、SiO/Al=12~100、HO/SiO=4~25、(NaO+KO)/SiO=0.12~1.2、Na/K=0.6~10、MF/SiO=0~0.5である、ことを特徴とする請求項2に記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。 The molar ratio of each component in the gel liquid is SiO 2 / Al 2 O 3 = 12 to 100, H 2 O / SiO 2 = 4 to 25, (Na 2 O + K 2 O) / SiO 2 = 0.12 to The method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane according to claim 2, wherein 1.2, Na / K = 0.6 to 10, MF / SiO 2 = 0 to 0.5. 前記種晶液を塗布してシード層を得るプロセスは、二次可変温度含浸法により行われる、ことを特徴とする請求項1に記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。 The method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane according to claim 1, wherein the process of applying the seed crystal liquid to obtain a seed layer is performed by a secondary variable temperature impregnation method. 前記多孔質担体は、管状、平板状、中空繊維状又は多孔質チャネル状の担体であり、好ましくは管状である、ことを特徴とする請求項1に記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。 The method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane according to claim 1, wherein the porous carrier is a tubular, flat plate-shaped, hollow fibrous or porous channel-shaped carrier, and is preferably tubular. 前記多孔質担体の材料は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ムライト、ステンレス鋼又は金属メッシュであり、前記多孔質担体の細孔径は0.02~40μmであり、前記多孔質担体は、好ましくは酸化アルミニウムであり、前記多孔質担体の細孔径は、好ましくは0.1~5μmである、ことを特徴とする請求項1に記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。 The material of the porous carrier is aluminum oxide, zirconium oxide, mulite, stainless steel or metal mesh, the pore diameter of the porous carrier is 0.02 to 40 μm, and the porous carrier is preferably aluminum oxide. The method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane according to claim 1, wherein the pore size of the porous carrier is preferably 0.1 to 5 μm. 前記T型ゼオライト分子篩膜のSi/Al比は3~3.8である、ことを特徴とする請求項1~8のいずれか1項に記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。 The method for producing a T-type zeolite molecular sieve membrane according to any one of claims 1 to 8, wherein the Si / Al ratio of the T-type zeolite molecular sieve membrane is 3 to 3.8. 前記T型ゼオライト分子篩膜は、75℃の温度で、90wt.%イソプロパノール/水に対して、フラックス>5.5kg・m-2・h-1、分離係数>10000の分離性能を有し、90wt.%エタノール/水に対して、フラックス>2.8kg・m-2・h-1、分離係数が10000に達する分離性能を有する、ことを特徴とする請求項9に記載のT型ゼオライト分子篩膜の製造方法。 The T-type zeolite molecular sieve membrane was 90 wt. At a temperature of 75 ° C. With respect to% isopropanol / water, it has a separation performance of flux> 5.5 kg · m -2 · h -1 , separation coefficient> 10000, and 90 wt. 20 . Production method.
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