JP5219520B2

JP5219520B2 - 混合液の分離方法

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Publication number: JP5219520B2
Application number: JP2007553834A
Authority: JP
Inventors: 真紀子新野; 憲次鈴木; 俊弘富田
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Priority date: 2006-01-11
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Description

本発明は、混合液の分離方法に関し、更に詳しくは、高いエネルギーコストを要することなく混合液から分子量９０以上の物質を分離でき、分離処理において分離膜の耐久性に優れる混合液の分離方法に関する。

従来、混合液の分離には、分離対象とする物質の性質に応じて、固体吸着剤（例えば、特許文献１参照）、蒸留、高分子膜（例えば、特許文献２参照）等による分離が工業的に使用されてきた。これらの方法の中で、固体吸着剤や蒸留による分離は、吸着剤の再生や蒸留のために多くのエネルギーが必要とされるという問題があった。また、高分子膜による分離は、耐熱性や耐薬品性に劣り、用途が限定されるという問題があった。さらに、高分子逆浸透膜を用いて分離する場合には、溶液の浸透圧に打ち勝つ圧力をかける必要があるため、数十気圧の操作圧が必要という問題があった。

このような従来の方法に対して、ゼオライト膜による分離は、混合液を分離する際に、上記蒸留等のような多くのエネルギーは必要としないため、経済的に有利である（例えば、特許文献３〜５参照）。
特開平０５−２２０３０３号公報特開平０７−２７５６７７号公報特開平０７−１８５２７５号公報特開２０００−２３７５６１号公報特開２００３−１４４８７１号公報

上記ゼオライト（ｚｅｏｌｉｔｅ）は、微細で均一な径の細孔が形成された網目状の結晶構造を有する珪酸塩の一種であり、一般式：ＷｍＺｎＯ_２ｎ・ｓＨ_２Ｏ（Ｗ：ナトリウム、カリウム、カルシウム等、Ｚ：珪素、アルミニウム等、ｓは種々の値をとる実数）で示される種々の化学組成が存在するとともに、結晶構造についても細孔形状の異なる多くの種類（型）が存在することが知られている。これらのゼオライトは、各々の化学組成や結晶構造に基づいた固有の吸着能、触媒性能、固体酸特性、イオン交換能等を有しており、吸着材、触媒、触媒担体、ガス分離膜、或いはイオン交換体といった様々な用途において利用されている。そして近年、混合液の分離膜としても検討されつつある。

ゼオライト膜を使用した混合液の分離方法としては、上記特許文献３〜５に記載されているように、Ａ型ゼオライト膜、ＦＥＲ型ゼオライト膜又はＭＯＲ型ゼオライト膜を使用した分離方法が開示されている。これらの中で、Ａ型ゼオライト膜は、酸と接触させるとゼオライト結晶構造が破壊されるため、酸性の混合液の分離には使用することができないという問題があった。また、ＦＥＲ型ゼオライト膜及びＭＯＲ型ゼオライト膜は親水性が強いため水だけしか透過させることができないため、例えば水溶液中に含まれる有機酸と有機溶媒等の分離には使用できないという問題があった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、高いエネルギーコストを要することなく混合液から分子量９０以上の物質を分離でき、分離処理において分離膜の耐久性に優れる混合液の分離方法を提供することを特徴とする。当然ではあるが、分子量９０未満の物質はＭＦＩ型ゼオライト膜を透過するため、本方法は分子量９０未満の物質の分離・濃縮にも使用することができる。

上記課題を達成するため、本発明によって以下の混合液の分離方法が提供される。

［１］混合液中から分子量９０以上の物質を分離膜により選択的に分離する混合液の分離方法であって、前記分離膜がＭＦＩ型ゼオライト膜であり、前記混合液を、前記ＭＦＩ型ゼオライト膜の一方の面に接触させ、前記ＭＦＩ型ゼオライト膜の他方の面側を減圧し、分子量９０未満の物質を透過させ、前記混合液は、前記分子量９０未満の物質としてノルマル酪酸およびプロピオン酸からなる群から選択される少なくとも一種を含有する混合液の分離方法。

［２］前記混合液が有機酸及び／又は糖類を含む溶液である［１］に記載の混合液の分離方法。

［３］前記混合液が、グルコース、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、レブリン酸及び乳酸からなる群から選択される少なくとも一種を含有する［１］又は［２］に記載の混合液の分離方法。

［４］前記混合液が有機溶媒を含有する［１］〜［３］のいずれかに記載の混合液の分離方法。

［５］前記混合液が水を含有する［１］〜［４］のいずれかに記載の混合液の分離方法。

［６］前記有機溶媒がエタノールである［４］又は［５］に記載の混合液の分離方法。

本発明の混合液の分離方法によれば、混合液を、ＭＦＩ型ゼオライト膜の一方の面に接触させ、ＭＦＩ型ゼオライト膜の他方の面側を減圧するだけで、高いエネルギーコストを要することなく混合液から分子量９０以上の物質を分離でき、分離処理において分離膜の耐久性に優れる混合液の分離方法とすることが可能となる。

本発明の混合液の分離方法に使用する分離装置を示す模式図である。本発明の混合液の分離方法に使用するＭＦＩ型ゼオライト膜の製造過程において、支持体及びシリカゾルを耐圧容器内に入れた状態を概略的に示す、断面図である。

符号の説明

１：分離用容器、２：ＭＦＩ型ゼオライト膜、３：容器本体、４：有底筒状容器、５：蓋部、６：内筒（ガラス管）、７：冷却管、８：温度計、９：撹拌子、１０：ユニオン、１１：ゴム栓、１２：熱媒用容器、１３：内筒底部、１４：捕集器、１５：減圧装置、１６：減圧用配管、１７：保冷管、２１：混合液側空間、２２：減圧側空間、３１：混合液、３２：膜透過物質、３３：熱媒、３４：減圧方向、３５：液体窒素、４１：耐圧容器、４２：アルミナ支持体、４４：フッ素樹脂製内筒、４５，４６：固定治具、４７：多孔質支持体、１００：分離装置。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。

（１）分離方法
本発明の混合液の分離方法は、混合液から分子量９０以上の物質を分離膜により選択的に分離する混合液の分離方法であって、上記分離膜がＭＦＩ型ゼオライト膜であり、上記混合液を、上記ＭＦＩ型ゼオライト膜の一方の面に接触させ、上記ＭＦＩ型ゼオライト膜の他方の面側を減圧し、上記ＭＦＩ型ゼオライト膜を分子量９０未満の物質を透過させることにより分子量９０以上の物質と分離する方法である。本発明において、分離膜として使用するＭＦＩ型ゼオライトは、結晶中の酸素１０員環によって０．５ｎｍ程度の細孔が形成されたゼオライトである。このＭＦＩ型ゼオライトは、一般には、自動車排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）等を吸着させるための吸着材、或いはキシレン異性体からｐ−キシレンのみを選択的に分離するためのガス分離膜等の用途において利用されているが、本発明においては、このＭＦＩ型ゼオライトを混合液から混合液中に含まれる物質を分離する分離膜として使用する。

このように本発明の混合液の分離方法は、ＭＦＩ型ゼオライト膜を分離膜として使用するため、分離処理において分離膜の耐久性に優れるものである。これは、ＭＦＩ型ゼオライト膜が、耐薬品性に優れるためであり、特に耐酸性に優れるため、酸性の混合液を分離する場合に優れた効果を発揮する。また、本発明の混合液の分離方法は、ＭＦＩ型ゼオライト膜を分離膜として使用するため、分離性能が膜透過物質のイオン性によっては影響され難い。これは、ＭＦＩ型ゼオライト膜がＡ型ゼオライト膜などのように強力な親水性を有することがないため、分子ふるい効果を発現できるからであり、膜透過物質が親水性であるか疎水性であるかに関わらず、特定の分子量以下の物質を透過させ、それより大きい分子量の物質を透過させないという性質を有するからである。

また、本発明の混合液の分離方法は、上記混合液を、上記ＭＦＩ型ゼオライト膜の一方の面に接触させ、上記ＭＦＩ型ゼオライト膜の他方の面側（減圧側）を減圧し、分子量９０未満の物質を上記ＭＦＩ型ゼオライト膜を透過させる、パーベーパレーション法によるものであるため、高いエネルギーコストを要することなく混合液から所定の膜透過物質を分離することが可能となる。このとき、ＭＦＩ型ゼオライト膜の一方の面側（混合液側）の圧力は大気圧である。本発明の混合液の分離方法は、混合液を高温に加熱することなく膜透過物質を分離することができるため、蒸留による分離方法等と比較して、エネルギーコスト的に有利に実施することができる。

ＭＦＩ型ゼオライト膜の他方の面側の圧力は８×１０^４Ｐａ以下であることが好ましく、１０^−２〜５×１０^４Ｐａであることが更に好ましく、１０^−１〜１０^４Ｐａであることが特に好ましい。また、パーベーパレーション法により混合液を分離するときの、混合液の温度は２０〜１００℃であることが好ましく２０〜８０℃であることが更に好ましい。このように、低い温度で混合液の分離を行えるため、多くのエネルギーを使用せずに分離することができる。１００℃より高温であるとエネルギーコストが大きくなることがあり、２０℃より低温であると分離速度が遅くなることがある。

本発明の混合液の分離方法においては、分子量９０以上の物質及び分子量９０未満の物質を含有する混合液から分子量９０未満の物質を分離することが好ましい。混合液が、分子量９０未満の物質を少なくとも１種含有し、さらに分子量９０以上の物質を少なくとも１種含有する場合に、ＭＦＩ型ゼオライト膜を分離膜として使用したパーベーパレーション法によりその混合液を分離すると、その分子量９０未満の物質が選択的に分離膜を透過し、分子量９０未満の物質を分離することが可能である。これは、ＭＦＩ型ゼオライト膜がＡ型ゼオライト膜などのように強力な親水性を有することがないため、分子ふるい効果を発現できるからである。

本発明の混合液の分離方法においては、混合液に含有される分子量９０以上の物質が糖類及び／又は有機酸であることが好ましく、特にグルコース、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、レブリン酸及び乳酸からなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。これら高分子量物質はＭＦＩ型ゼオライト膜を透過することができず、混合液側に残存することになる。従って、この場合、分子量９０未満の低分子量物質と上記高分子量物質との混合液から、選択的に低分子量物質を分離膜を透過させて分離することが可能である。逆に、混合液に含有される分子量９０未満の物質が有機酸、特にイソ酪酸、ノルマル酪酸、プロピオン酸及び酢酸からなる群から選択される少なくとも一種を含有する場合には、これらの物質は本発明の混合液の分離方法によれば、分離膜を透過させて上記高分子量物質から分離することが可能である。

（２）分離装置
本発明の混合液の分離方法は、上記ＭＦＩ型ゼオライト膜と、そのＭＦＩ型ゼオライト膜が配設され、ＭＦＩ型ゼオライト膜の一方の面側の空間（混合液側空間）と他方の面側の空間（減圧側空間）とに区画される容器本体とを備える分離用容器の混合液側空間に、混合液を入れ、減圧側空間を８×１０^４Ｐａ以下に減圧するものであることが好ましい。すなわち、本発明の混合液の分離方法に使用する分離装置としては、上記分離用容器と、上記トラップを介して減圧側空間を減圧するための減圧装置と、分離された分子量９０未満の物質を捕集するための捕集器（トラップ）を備えるものであることが好ましい。以下、これら本発明の混合液の分離方法に使用する各機器について説明する。

（２−１）分離用容器
分離用容器は、上述のように、ＭＦＩ型ゼオライト膜と、そのＭＦＩ型ゼオライト膜が配設され、ＭＦＩ型ゼオライト膜の一方の面側の空間（混合液側空間）と他方の面側の空間（減圧側空間）とに区画される容器本体とを備えるものである。容器本体には、上述のように混合液側空間と減圧側空間とが形成され、これら２つの空間の境界部分の少なくとも一部にＭＦＩ型ゼオライト膜が、その一方の面が混合液側空間に面し、他方の面が減圧側空間に面するように配設されていることが好ましい。そして、混合液側空間に混合液を入れたときに、ＭＦＩ型ゼオライト膜の一の面全体が混合液内に浸漬されることが好ましく、分離操作が終了するまで、ＭＦＩ型ゼオライト膜の一の面全体が混合液中に浸漬された状態が維持されることが好ましい。

分離用容器の構造は、上記条件を満たせば特に限定されるものではなく、いずれの構造でもよい。例えば、図１に示すように、分離装置１００を構成する分離用容器１は容器本体３とＭＦＩ型ゼオライト膜２を成膜した多孔質基材４７とを備える構造が挙げられ、容器本体３としては、蓋部５で開口部が塞がれた有底筒状容器４と、蓋部５を通して有底筒状容器４内に挿入される温度計８、筒状の内筒６、及び冷却管７とを有するものが挙げられる。内筒６の有底筒状容器４に挿入されている側の端部にはＭＦＩ型ゼオライト膜２を成膜した多孔質基材４７が接着されており、ＭＦＩ型ゼオライト膜２を成膜した多孔質基材４７のうち、内筒６と接着されていないもう一方の端部は内筒底部１３により塞がれている。内筒底部１３の材質、形状は特に限定されず、混合液の性状等によって適宜決定することができる。筒状の内筒６はガラス管もしくはステンレス管を使用することができる。この場合、有底筒状容器４の内部であって、かつ内筒６の外部側の空間が、混合液側空間２１となり、内筒６の内部側の空間が減圧側空間２２となる。分離用容器１をこのように形成することにより、混合液３１を混合液側空間２１内に入れてＭＦＩ型ゼオライト膜２の一方の面に接触させるようにし、多孔質支持体４７内（減圧側空間２２）を所定の圧力以下に減圧して、混合液側空間２１側からＭＦＩ型ゼオライト膜２を透過して多孔質支持体４７内（減圧側空間２２）に入ってくる膜透過物質３２を捕捉することができる。膜透過物質３２は、多孔質支持体４７内が捕集器（トラップ）を介して減圧装置により減圧される場合には、膜透過物質３２が内筒６から減圧用の配管を通じて外部に流出し、捕集器により捕捉される。図１において、温度計７及び内筒６は、ゴム栓１１に通され、ゴム栓１１を介して蓋部５に固定されている。また、分離用容器１は、熱媒３３が入れられた熱媒用容器１２内に入れられ、混合液３１が熱媒３３により加熱されるように形成されている。混合液３１は、撹拌子９により撹拌されるように形成されている。分離用容器１内の加熱されたガスは、冷却管７により冷却される。また、図１に示すように、内筒６は、ゼオライト膜２を成膜した多孔質基材４７が配設されていない側の端部（混合液に浸漬されていない側の端部）が減圧用配管１６とユニオン１０により接続されている。減圧用配管１６は捕集器（トラップ）１４に繋がり、捕集器１４からさらに減圧用配管１６で減圧装置１５に接続されていることが好ましい。従って、内筒６内（減圧側空間２２）は、ユニオン１０を通じて減圧装置１５により減圧方向３４に吸引されて減圧される。

容器本体３及び冷却管７の材質は、いずれも特に限定されるものではなく、混合液の性状等に合わせて適宜決定することができる。例えば、混合液が酸を含有する場合は、ガラス、ステンレス等を挙げることができる。

本発明の混合物の分離方法に使用する分離容器を構成するＭＦＩ型ゼオライト膜は、膜厚が０．１〜３０μｍであることが好ましく、２〜１５μｍであることが更に好ましい。０．１μｍより薄いと、膜欠陥が生じやすく分離性能が低下しやすくなり、３０μｍより厚いと膜透過物質の透過速度が遅くなり、膜分離に時間がかかることがある。ここで、ゼオライト膜の膜厚は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によってゼオライト膜の断面を観察して得られた値とし、膜厚０．１〜３０μｍというときは、最小膜厚が０．１μｍ以上であり最大膜厚が３０μｍ以下であることをいう。

図１では、ＭＦＩ型ゼオライト膜２は多孔質支持体４７の外表面に配設されているが、このように、ＭＦＩ型ゼオライト膜は多孔質支持体の表面に配設されていることが好ましい。多孔質支持体表面に配設されることにより、ゼオライト膜を薄膜としても、支持体に支えられてその形状を維持し破損等を防止することが可能となる。支持体は、多孔質であり、ゼオライト膜を形成することができれば特に限定されるものではなく、その材質、形状及び大きさは用途等に合わせて適宜決定することができる。支持体を構成する材料としては、アルミナ（α−アルミナ、γ−アルミナ、陽極酸化アルミナ等）、ジルコニア等のセラミックスあるいはステンレスなどの金属等を挙げることができ、支持体作製、入手の容易さの点から、アルミナが好ましい。アルミナとしては、平均粒径０．００１〜３０μｍのアルミナ粒子を原料として成形、焼結させたものが好ましい。多孔質支持体の形状としては、板状、円筒状、断面多角形の管状、モノリス形状等いずれの形状でもよい。

また、分離用容器１の外部に、混合液３１を貯留する原料タンク（図示せず）とポンプ（図示せず）とを設置し、混合液３１が、分離容器１と原料タンクとの間で循環するように構成してもよい。

（２−２）捕集器（トラップ）
図１に示すように、捕集器１４は、分離用容器１の減圧用ノズル１０と、減圧用配管１６により繋がり、さらに減圧用配管１６により減圧装置１５とも繋がっていることが好ましい。このように構成することにより、分離操作を行うときには、減圧装置１５を作動させて、減圧用配管１６を通じて捕集器１４内を減圧し、更に捕集器１４及び減圧用配管１６を通じて分離用容器１の内筒６内（減圧側空間）を所定の圧力まで減圧することができる。

捕集器１４は、本発明の混合液の分離方法における減圧操作時の圧力に耐え得る材質であることが好ましい。材質としては、例えば、ガラス、ステンレス等を挙げることができる。また、捕集器１４の構造としては、分離用容器１の内筒６内（減圧側空間）を所定の圧力まで減圧しながら、膜を透過してくる物質を捕集できる構造であれば図の形状にこだわるものではない。また、図１においては、側部に減圧用のノズルが形成された円筒状（上端部及び下端部の両方が閉じられている）の捕集器本体と、捕集器本体の一方の端部から捕集器本体の内部に挿入され捕集器本体の外部と内部とを連通させる挿入管とを備えた構造となっている。また、図１に示すように、捕集器１４は、流入してくる膜透過物質の蒸気を冷却して捕集するため、冷媒である液体窒素３５を入れた有底円筒状の保冷管１７内に配置することが好ましい。冷媒としては、膜透過物質３２を捕集器１４で捕集することができれば特に限定されるものではなく、膜透過物質の種類、捕集器内の圧力によって適宜選択することができる。例えば、冷媒としては、液体窒素の他に、氷水、水、ドライアイス（固体状の二酸化炭素）、ドライアイスとエタノール（又はアセトン、メタノール）、液体アルゴン等も使用することができる。また、保冷管１７としては、ガラスやステンレス等の容器を使用することができる。

（２−３）減圧装置
上記分離用容器の内筒内（減圧側空間）を減圧するための減圧装置は、特に限定されず、減圧側空間を所定の圧力以下に減圧することができればよい。また、減圧側空間の圧力を調節するために、圧力制御器を減圧装置と捕集器との間の減圧用配管に設置することが好ましいが、捕集器に設置したり、捕集器と分離用容器との間の減圧用配管に設置したり、分離用容器に設置したりしてもよい。

尚、ＭＦＩ型ゼオライト膜の製造方法は、特に限定されるものではなく、通常使用される方法に従って製造することできる。例えば、文献：「Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．２００１，４０，４０６９−４０７８」に記載の方法を挙げることができる。

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。各物質の比率を示すｐｐｍは質量基準である。

（実施例１）
（ＭＦＩ型ゼオライト膜の作製）
（１）成膜ゾルの調製：
２５０ｍｌのフッ素樹脂製容器に，イオン交換水１５５．５ｇと１０質量％のテトラプロピルアンモニウムヒドロキシド溶液（和光純薬工業製）２９．０５ｇを入れ混合した後、テトラエチルオルトシリケート（アルドリッチ社製）１７．５ｇを加え，室温で３時間撹拌をして成膜ゾルとした。

（２）ゼオライト膜の形成
得られた成膜ゾルを、図２に示すように、フッ素樹脂製内筒４４が内部に配設されたステンレス製３００ｍｌ耐圧容器４１内に入れ、直径１２ｍｍ、厚さ１〜２ｍｍ、長さ１６０ｍｍの円筒状の多孔質アルミナ支持体４２を浸漬し、１８５℃の熱風乾燥機中で３０時間反応させた。アルミナ支持体４２は、フッ素系樹脂製の固定治具４５，４６により耐圧容器４１内に固定した。固定治具４５は先端が太く形成された棒状の治具であり、円筒状のアルミナ支持体４２の孔に固定治具４５を差し込むようにして、太く形成された側の端部を下側に向けてアルミナ支持体４２を固定している。そして、固定治具４６は、固定治具４５を通すための孔が形成された板状の治具であり、混合液の液面付近で、固定治具４５の先端付近（太くなっていない側の先端）をその孔に差し込むようにしてアルミナ支持体４２の上端部分を固定している。反応後の支持体は、５回の煮沸洗浄の後、８０℃で十分乾燥した。

反応後の支持体表面部分における断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、多孔質のアルミナ支持体２の表面に厚さ約１０μｍの緻密層（ゼオライト膜）が形成されていた。この緻密層のＸ線回折による分析を行ったところ、ＭＦＩ型ゼオライト結晶であることが確認された。

得られた、多孔質アルミナ支持体上に形成されたＭＦＩ型ゼオライト膜を、電気炉で５００℃まで昇温し、４時間保持して、テトラプロピルアンモニウムを除去して、支持体４２の表面に形成されたゼオライト膜を得た。

（分離用容器）
図１に示すような、蓋部５と、容量５００ｍＬの有底円筒状の有底筒状容器４とを有する容器本体３の、蓋部５に温度計８と冷却管７とを差し込んだ。そして、上記、ＭＦＩ型ゼオライト膜２を成膜した多孔質支持体４７の端部にガラス製の内筒底部１３を取り付け、他方の端部に内筒（ガラス管）６を接続し、ガラス管６と減圧用配管１６とをステンレス製のユニオン１０で接続した。内筒底部１３側が容器本体３内に入るようにしてガラス管６をゴム栓１１に差し込んだ状態で蓋部５（容器本体３）に配設した。混合液を撹拌できるように、マクネティックスターラー用の撹拌子９を容器本体３内に入れた。

（混合液の分離装置）
図１に示すような、分離装置１００を作製した。すなわち、得られた分離用容器１を、図１に示すように、熱媒３３を入れた熱媒用容器１２内に入れ、温度制御可能にした。熱媒３３としては、水を使用した。そして、図１に示すように、捕集器１４と減圧装置１５とを準備し、分離用容器１のガラス管６と減圧用配管１６とをステンレス製のユニオン１０で接続し、捕集器１４とを減圧用配管１６で繋ぎ、捕集器１４と減圧装置１５とを減圧用配管１６でつないだ。捕集器１４としては、大倉理研製のトラップを使用し、減圧装置１５としては、油回転真空ポンプ（Ｇ２０ＤＡ）を使用した。また、捕集器１４は、流入してくる膜透過物質の蒸気を冷却して捕集するため、冷媒である液体窒素３５を入れた有底円筒状の保冷管１７内に配置した。

（混合液）
エタノール１０体積％水溶液に、添加物質としてクエン酸、リンゴ酸、コハク酸、レブリン酸、乳酸、イソ酪酸、ノルマル酪酸、プロピオン酸、酢酸及びグルコースを其々単成分で加えたものを混合液とした。添加物質の濃度はクエン酸、リンゴ酸、コハク酸、レブリン酸、乳酸、イソ酪酸、ノルマル酪酸、プロピオン酸及び酢酸は５１０ｐｐｍ、グルコースは１００００ｐｐｍとした。

（分離操作１）
図１に示すように、上記エタノール１０体積％水溶液（混合液）３１を上記分離用容器１の有底筒状容器４内（混合液側空間２１）に入れた。次に、混合液３１を撹拌子９で撹拌しながら、混合液３１が７０℃になるように熱媒３３により加熱し、内筒６内（減圧側空間２２）を１０Ｐａ以下に減圧した。そして、捕集器１４により膜透過物質３２を捕集した。

上記分離操作１により得られた膜透過物質は、以下の方法により分析した。得られた分析結果を表１に示す。表１において、「供給液」の欄は、分離操作前の混合液中の各物質の含有率（ｐｐｍ）を示し、「ＰＶ処理後」の欄は、分離操作後の膜透過物質全体に対する各物質の含有率（ｐｐｍ）を示す。

（膜透過物質の分析）
分離装置：Ｄｉｏｎｅｘ社製、商品名：ＤＸ−５００
分析方法：イオンクロマトグラフ分析法、検出器：電気伝導計

（分離操作２）
図１に示すように、エタノール１０体積％水溶液（混合液）３１を上記分離用容器１の有底筒状容器４内（混合液側空間２１）に入れた。次に、混合液３１を撹拌子９で撹拌しながら、混合液３１が７０℃になるように熱媒３３により加熱し、内筒６内（減圧側空間２２）を１０^-２〜８×１０^４Ｐａに減圧した。そして、捕集器１４により膜透過物質３２を捕集した。

上記分離操作２により捕集した膜透過物質の量と膜面積から、透過量（ｋｇ／ｍ^２ｈ）を算出した。真空度（Ｐａ）と透過量の測定結果を表２に示す。

（分離操作３）
図１に示すように、エタノール１０体積％水溶液３１を上記分離用容器１の有底筒状容器４内（混合液側空間２１）に入れた。次に、混合液３１を撹拌子９で撹拌しながら、混合液３１が２０〜７０℃になるように熱媒３３により加熱し、内筒６内（減圧側空間２２）を１０Ｐａ以下に減圧した。そして、捕集器１４により膜透過物質３２を捕集した。

上記分離操作３により捕集した膜透過物質の量と膜面積から、透過量（ｋｇ／ｍ^２ｈ）を算出した。温度と透過量の測定結果を表３に示す。

本発明は、混合液から特定の低分子量物質を分離するための混合液の分離方法として利用することが可能であり、特に、高いエネルギーコストを要することなく混合液から所定の物質を分離でき、分離処理において分離膜の耐久性に優れ、分離性能が膜透過物質のイオン性によっては影響され難い混合液の分離方法エタノールと水との混合液からエタノールを高効率で分離することが可能な混合液の分離方法として利用することができる。

Claims

混合液中から分子量９０以上の物質を分離膜により選択的に分離する混合液の分離方法であって、前記分離膜がＭＦＩ型ゼオライト膜であり、前記混合液を、前記ＭＦＩ型ゼオライト膜の一方の面に接触させ、前記ＭＦＩ型ゼオライト膜の他方の面側を減圧し、分子量９０未満の物質を透過させ、
前記混合液は、前記分子量９０未満の物質としてノルマル酪酸およびプロピオン酸からなる群から選択される少なくとも一種を含有する混合液の分離方法。
前記混合液が有機酸及び／又は糖類を含む溶液である請求項１に記載の混合液の分離方法。
前記混合液が、グルコース、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、レブリン酸及び乳酸からなる群から選択される少なくとも一種を含有する請求項１又は２に記載の混合液の分離方法。
前記混合液が有機溶媒を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の混合液の分離方法。
前記混合液が水を含有する請求項１〜４のいずれかに記載の混合液の分離方法。
前記有機溶媒がエタノールである請求項４又は５に記載の混合液の分離方法。