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JP6845753B2 - Zeolite membrane complex - Google Patents

Zeolite membrane complex Download PDF

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JP6845753B2
JP6845753B2 JP2017121654A JP2017121654A JP6845753B2 JP 6845753 B2 JP6845753 B2 JP 6845753B2 JP 2017121654 A JP2017121654 A JP 2017121654A JP 2017121654 A JP2017121654 A JP 2017121654A JP 6845753 B2 JP6845753 B2 JP 6845753B2
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隆彦 武脇
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Description

本発明は、ゼオライト膜複合体に関し、さらに詳しくは、複数の成分からなる気体混合
物から特定の成分を分離するために用いるゼオライト膜複合体であって、ゼオライト膜が
、特定の物理化学的性質を有するゼオライトを含み、無機多孔質支持体上に形成されてな
るゼオライト膜複合体、該ゼオライト膜複合体を分離手段として用いる気体混合物の分離
または濃縮方法に関するものである。
The present invention relates to a zeolite membrane composite, and more particularly, a zeolite membrane composite used for separating a specific component from a gas mixture composed of a plurality of components, wherein the zeolite membrane has specific physicochemical properties. The present invention relates to a zeolite membrane composite containing zeolite and formed on an inorganic porous support, and a method for separating or concentrating a gas mixture using the zeolite membrane composite as a separation means.

ガス分離・精製法には、膜分離法、吸着分離法、吸収分離法、蒸留分離法、深冷分離法
があるが、膜分離法は、ガス分離の途中での相変化を殆ど伴わず、圧力差を駆動エネルギ
ーとして、膜を透過するガスの速度差によって分離する手法である。膜分離法は、他のガ
ス分離・精製法に比べて取り扱いも容易で設備規模も比較的小さいため低コスト・省エネ
ルギーで目的とするガスの分離や濃縮を行うことができる。
Gas separation / purification methods include membrane separation method, adsorption separation method, absorption separation method, distillation separation method, and deep cold separation method, but the membrane separation method involves almost no phase change during gas separation. This is a method of separating by the speed difference of the gas passing through the membrane using the pressure difference as the driving energy. Compared to other gas separation / purification methods, the membrane separation method is easier to handle and the equipment scale is relatively small, so it is possible to separate and concentrate the target gas at low cost and energy saving.

膜によるガス分離の方法としては、1970年代から高分子膜を用いた方法が提案され
ている。しかし、高分子膜は加工性に優れる特徴をもつ一方で、熱や化学物質、圧力によ
り劣化して性能が低下することが問題であった。
近年、これらの問題を解決すべく耐薬品性、耐酸化性、耐熱安定性、耐圧性が良好な種
々の無機膜が提案されてきている。その中でもゼオライトは、サブナノメートルの規則的
な細孔を有しているため、分子ふるいとしての働きをもつので選択的に特定の分子を透過
でき、高分離性能を示すことが期待されている。
As a method of gas separation by a membrane, a method using a polymer membrane has been proposed since the 1970s. However, while the polymer film has a characteristic of being excellent in processability, there is a problem that the polymer film deteriorates due to heat, chemical substances, and pressure, and the performance deteriorates.
In recent years, various inorganic films having good chemical resistance, oxidation resistance, heat stability, and pressure resistance have been proposed in order to solve these problems. Among them, zeolite has regular pores of sub-nanometers, and therefore functions as a molecular sieve, so that it can selectively permeate specific molecules and is expected to exhibit high separation performance.

具体的な混合ガスの膜分離の例としては、火力発電所や石油化学工業などから排出され
るガスの分離で二酸化炭素と窒素、二酸化炭素とメタン、水素と炭化水素、水素と酸素、
水素と二酸化炭素、窒素と酸素、パラフィンとオレフィンの分離などがある。用い得るガ
ス分離用ゼオライト膜としては、A型膜、FAU膜、MFI膜、SAPO−34膜、DD
R膜などのゼオライト膜が知られている。
Specific examples of mixed gas membrane separation are carbon dioxide and nitrogen, carbon dioxide and methane, hydrogen and hydrocarbons, hydrogen and oxygen, in the separation of gases emitted from thermal power plants and petrochemical industries.
Separation of hydrogen and carbon dioxide, nitrogen and oxygen, paraffin and olefin, etc. Zeolite membranes for gas separation that can be used include A-type membranes, FAU membranes, MFI membranes, SAPO-34 membranes, and DD.
Zeolite membranes such as R membranes are known.

A型ゼオライト膜は、水分の影響を受けやすく、結晶間隙のない膜にすることが難しく
、分離性能は高くない。FAU膜はゼオライトの細孔が0.6〜0.8nmであり、気体
分子2個分がゼオライト細孔内に入りうる大きさである。この膜は、ゼオライト細孔への
吸着特性を持つ分子と持たない分子の分離、例えば二酸化炭素と窒素の分離に向いている
。しかし、吸着性のない分子は分離しにくく、適用範囲が狭い。MFI膜の細孔径は0.
55nmであり、気体分子の分離には細孔がやや大きく分離性能も高くない。
The A-type zeolite membrane is easily affected by moisture, it is difficult to form a membrane without crystal gaps, and the separation performance is not high. The FAU membrane has zeolite pores of 0.6 to 0.8 nm, and is large enough for two gas molecules to enter the zeolite pores. This membrane is suitable for the separation of molecules having and not having adsorption properties to zeolite pores, for example, separation of carbon dioxide and nitrogen. However, non-adsorptive molecules are difficult to separate and have a narrow range of application. The pore size of the MFI membrane is 0.
It is 55 nm, and the pores are slightly large for the separation of gas molecules, and the separation performance is not high.

また、天然ガスの精製プラントや、生ごみなどをメタン発酵させてバイオガスを発生さ
せるプラントでは、二酸化炭素とメタンの分離が望まれているが、これらを良好に分離す
るゼオライト膜としてはゼオライトの分子ふるい機能を利用した、DDR(特許文献1)
、SAPO−34(非特許文献1)、SSZ−13(非特許文献2)が性能のよい膜とし
て知られている。
In addition, separation of carbon dioxide and methane is desired in natural gas purification plants and plants that generate biogas by methane fermentation of kitchen waste, etc., but zeolite is used as a zeolite membrane that separates these well. DDR using the molecular sieving function (Patent Document 1)
, SAPO-34 (Non-Patent Document 1) and SSZ-13 (Non-Patent Document 2) are known as films having good performance.

特開2004−105942号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-105942

Shiguang Li et al., "Improved SAPO-34 Membranes for CO2/CH4Separation", Adv. Mater. 2006, 18, 2601-2603Shiguang Li et al., "Improved SAPO-34 Membranes for CO2 / CH4 Separation", Adv. Mater. 2006, 18, 2601-2603 Halil Kalipcilar et al., "Synthesis and Separation Performance of SSZ-13 Zeolite Membranes on Tubular Supports", Chem. Mater. 2002, 14, 3458-3464Halil Kalipcilar et al., "Synthesis and Separation Performance of SSZ-13 Zeolite Membranes on Tubular Supports", Chem. Mater. 2002, 14, 3458-3464

しかしながら、DDR(特許文献1)は、分離性能は良好であるが、ゼオライトの構造
が二次元であるために、二酸化炭素のパーミエンス(Permeance、「透過度」と
もいう)が低い。また、三次元構造であるCHA型のアルミノホスフェートであるSAP
O−34(非特許文献1)は、分離性能やパーミエンスが良好だが、水存在下での性能が
悪化する。
However, although DDR (Patent Document 1) has good separation performance, carbon dioxide has a low permeance (also referred to as "permeance") because the zeolite structure is two-dimensional. In addition, SAP is a CHA-type aluminophosphate that has a three-dimensional structure.
O-34 (Non-Patent Document 1) has good separation performance and permeence, but its performance in the presence of water deteriorates.

また、化学プラントでは、混合ガスに水分が含まれる場合が多く、水共存下で性能が悪
化して実用には耐えない場合がある。同じくSUS支持体の膜であるCHA型のアルミノ
シリケートであるSSZ−13(非特許文献2)は、ゼオライト膜に非ゼオライト細孔(
欠陥)が共存するために分離能が不十分で、二酸化炭素のパーミエンスも充分ではなかっ
た。このように実用に耐えうる気体混合物用の分離膜は知られていなかった。
Further, in a chemical plant, the mixed gas often contains water, and the performance may deteriorate in the coexistence of water, which may not be practical. The CHA-type aluminosilicate SSZ-13 (Non-Patent Document 2), which is also a SUS support membrane, has non-zeolite pores (non-zeolite pores) in the zeolite membrane.
The separability was insufficient due to the coexistence of defects), and the permeence of carbon dioxide was also insufficient. As described above, a separation membrane for a gas mixture that can withstand practical use has not been known.

本発明は、かかる従来技術の問題が解決された、耐水性に優れ、気体混合物の分離に優
れた特性を持つゼオライト膜複合体の提供を課題とするものである。
An object of the present invention is to provide a zeolite membrane composite having excellent water resistance and excellent separation of a gas mixture, which solves the problems of the prior art.

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、水熱合成により多孔質支持
体上にゼオライト膜を形成する際に、特定の組成の反応混合物を用いれば、支持体上に結
晶化するゼオライトの結晶配向性が向上し、有機化合物と水の混合物の分離において、実
用上十分な処理量と分離膜性能を両立する緻密なゼオライト膜が形成することを見出し、
先に提案した(国際公開第2010/098473号パンフレット、特開2011−12
1040号公報、特開2011−121045号公報、特開2011−121854号公
報)。本発明者らは、さらに検討を重ねた結果、これらのゼオライト膜複合体にある種の
金属を含有させることにより、気体混合物の分離性能に優れ、処理量の大きな膜分離手段
となり得ることを見出し、本発明に到達した。
As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have obtained that when a zeolite membrane is formed on a porous support by hydrothermal synthesis, a reaction mixture having a specific composition is used on the support. We have found that the crystal orientation of the zeolite to be crystallized is improved, and that a dense zeolite membrane that achieves both a practically sufficient treatment amount and separation membrane performance is formed in the separation of a mixture of an organic compound and water.
Proposed earlier (Pamphlet No. 2010/098473, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-12)
1040, 2011-121045, 2011-121854). As a result of further studies, the present inventors have found that by incorporating a certain metal into these zeolite membrane composites, the separation performance of the gas mixture is excellent and it can be a membrane separation means having a large processing amount. , The present invention has been reached.

即ち、本発明の要旨は、下記の(1)〜(5)に存する。
(1) 無機多孔質支持体上にAlを除く2価以上の金属を含有するゼオライト膜を有す
る多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法であって、無機多孔質支持体上にゼオラ
イト膜を形成し、該ゼオライト膜にAlを除く2価以上の金属よりなる群から選ばれる少
なくとも1種の金属を含有させた後、500℃以下の温度で焼成することを特徴とする、
金属含有ゼオライト膜複合体の製造方法。
(2) 該金属は、金属元素源化合物が含まれる溶液に無機多孔質支持体上に形成された
ゼオライト膜(膜複合体)を浸漬する、金属元素源化合物が含まれる溶液を膜複合体にス
プレーする、または金属元素源化合物が含まれる溶液を膜複合体に滴下する、ことを特徴
とする(1)記載の金属含有ゼオライト膜複合体の製造方法。
(3) 無機多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜(膜複合体)を0〜180℃の金
属元素源化合物が含まれる溶液に浸漬させる、(1)または(2)に記載の金属含有ゼオ
ライト膜複合体の製造方法。
(4) 金属元素源化合物が含まれる溶液中の金属元素源化合物の濃度は、0.01〜5
モル/Lであることを特徴とする、(1)〜(3)のいずれか一項に記載の金属含有ゼオ
ライト膜複合体の製造方法。
(5) 該ゼオライト膜は、有機テンプレートを含有する水性反応混合物を用いて、水熱
合成により無機多孔質支持体上にゼオライトを結晶化させて形成される、(1)〜(4)
のいずれか一項に記載の金属含有ゼオライト膜複合体の製造方法。
That is, the gist of the present invention lies in the following (1) to (5).
(1) A method for producing a porous support-zeolite film composite having a zeolite film containing a divalent or higher valent metal excluding Al on an inorganic porous support, wherein the zeolite film is placed on the inorganic porous support. Is formed, and the zeolite membrane is impregnated with at least one metal selected from the group consisting of divalent or higher valent metals excluding Al, and then fired at a temperature of 500 ° C. or lower.
A method for producing a metal-containing zeolite membrane composite.
(2) The metal is prepared by immersing a zeolite membrane (membrane composite) formed on an inorganic porous support in a solution containing a metal element source compound, and using a solution containing a metal element source compound as a film composite. The method for producing a metal-containing zeolite membrane composite according to (1), which comprises spraying or dropping a solution containing a metal element source compound onto the membrane composite.
(3) The metal-containing according to (1) or (2), wherein the zeolite membrane (membrane composite) formed on the inorganic porous support is immersed in a solution containing a metal element source compound at 0 to 180 ° C. A method for producing a zeolite membrane composite.
(4) The concentration of the metal element source compound in the solution containing the metal element source compound is 0.01 to 5.
The method for producing a metal-containing zeolite membrane composite according to any one of (1) to (3), which is characterized by being molar / L.
(5) The zeolite membrane is formed by crystallizing zeolite on an inorganic porous support by hydrothermal synthesis using an aqueous reaction mixture containing an organic template (1) to (4).
The method for producing a metal-containing zeolite membrane composite according to any one of the above.

本発明によれば、耐薬品性、耐熱安定性、耐酸化性、耐圧性に優れ、気体の透過量が多
く、高い分離係数、湿熱安定性の高い、気体混合物の分離に優れた特性を持つゼオライト
膜複合体を提供することができる。また、本発明のゼオライト膜複合体を気体混合物の分
離手段として用いることにより、小規模な設備、省エネルギー、低コストで高性能に気体
の分離を実施できる。
According to the present invention, it has excellent chemical resistance, heat stability, oxidation resistance, pressure resistance, a large amount of gas permeation, a high separation coefficient, high moist heat stability, and excellent separation of gas mixtures. A zeolite membrane composite can be provided. Further, by using the zeolite membrane composite of the present invention as a means for separating a gas mixture, it is possible to carry out gas separation with high performance with small-scale equipment, energy saving and low cost.

また、本発明によれば、気体混合物から透過性の大きい気体を透過させ、透過性の小さ
い気体は濃縮されることにより、透過性の大きい気体を系外に分離し、透過性の小さい気
体を濃縮・回収することで目的気体を気体混合物から高純度で分離することができる。
Further, according to the present invention, a highly permeable gas is permeated from the gas mixture, and the low permeable gas is concentrated to separate the highly permeable gas out of the system and release the low permeable gas. By concentrating and recovering, the target gas can be separated from the gas mixture with high purity.

単成分ガスの透過試験に用いた装置の模式図である。It is a schematic diagram of the apparatus used for the permeation test of a single component gas. ガス分離に用いる装置の模式図である。It is a schematic diagram of the apparatus used for gas separation. ベーパーパーミエーション法に用いる装置の模式図である。It is a schematic diagram of the apparatus used for a vapor permeation method. 調製例1で作製したCHA型ゼオライト膜のXRDパターンである。It is an XRD pattern of the CHA type zeolite membrane produced in Preparation Example 1. 粉末のCHA型ゼオライトのXRDパターンである。It is an XRD pattern of powdered CHA type zeolite. 調製例2で作製したCHA型ゼオライト膜のXRDパターンである。It is an XRD pattern of the CHA type zeolite membrane produced in Preparation Example 2. 調製例3で作製したCHA型ゼオライト膜のXRDパターンである。It is an XRD pattern of the CHA type zeolite membrane produced in Preparation Example 3.

以下、本発明の実施の形態について更に詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の
説明は、本発明の実施態様の一例であり、本発明はこれらの内容に限定されるものではな
く、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。なお、本明細書において、
「ゼオライト膜が、無機多孔質支持体上に形成されてなるゼオライト膜複合体」を「「無
機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体」と、「無機多孔質支持体−ゼオライト膜複合体」
を「ゼオライト膜複合体」または「膜複合体」と、「無機多孔質支持体」を「多孔質支持
体」または「支持体」と、「CHA型アルミノ珪酸塩のゼオライト」を「CHA型ゼオラ
イト」と略称することがある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail, but the description of the constituent requirements described below is an example of embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these contents. It can be modified in various ways within the scope of the gist. In addition, in this specification,
"Zeolite film composite in which a zeolite membrane is formed on an inorganic porous support" is referred to as "inorganic porous support-zeolite film composite" and "inorganic porous support-zeolite film composite".
"Zeolite membrane composite" or "membrane composite", "inorganic porous support" as "porous support" or "support", and "CHA-type aluminosilicate zeolite" as "CHA-type zeolite" May be abbreviated.

<多孔質支持体−ゼオライト膜複合体>
本発明のゼオライト膜複合体は、複数の成分からなる気体混合物から、透過性の高い成
分を透過して分離するために用いるゼオライト膜複合体であって、Alを除く2価以上の
金属よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を含有するCHA型アルミノ珪酸塩の
ゼオライトを含むゼオライト膜が、無機多孔質支持体上に形成されてなることに特徴をも
つものである。
<Porous support-zeolite membrane composite>
The zeolite membrane composite of the present invention is a zeolite membrane composite used for permeating and separating a highly permeable component from a gas mixture composed of a plurality of components, and is composed of a divalent or higher valent metal excluding Al. It is characterized in that a zeolite membrane containing a CHA-type aluminosilicate zeolite containing at least one metal selected from the group is formed on an inorganic porous support.

本発明において、ゼオライト膜複合体は、上記のとおり、複数の成分からなる気体混合
物から、透過性の高い成分を透過して分離する膜分離手段として用いられるものである。
気体成分、分離方法、分離性能などの気体混合物の分離または濃縮方法に係る事項は、
ゼオライト膜複合体の詳細を説明した後に説明する。
In the present invention, as described above, the zeolite membrane composite is used as a membrane separation means for permeating and separating a highly permeable component from a gas mixture composed of a plurality of components.
Matters concerning the method of separating or concentrating a gas mixture, such as gas components, separation method, and separation performance,
The details of the zeolite membrane composite will be described later.

(ゼオライト膜)
本発明において、ゼオライト膜を構成する成分としては、ゼオライト以外にシリカ、ア
ルミナなどの無機バインダー、ポリマーなどの有機物、あるいはゼオライト表面を修飾す
るシリル化剤などを必要に応じ含んでいてもよい。
ゼオライト膜は、一部アモルファス成分などが含有されていてもよいが、好ましくは実
質的にゼオライトのみで構成されるゼオライト膜である。
(Zeolite membrane)
In the present invention, the components constituting the zeolite membrane may contain, if necessary, an inorganic binder such as silica or alumina, an organic substance such as a polymer, or a silylating agent that modifies the surface of the zeolite, in addition to the zeolite.
The zeolite membrane may contain a part of an amorphous component or the like, but is preferably a zeolite membrane substantially composed of zeolite only.

ゼオライト膜の厚さは特に限定されないが、通常0.1μm以上、好ましくは0.6μ
m以上、より好ましくは1.0μm以上である。また、通常100μm以下、好ましくは
60μm以下、より好ましくは20μm以下の範囲である。膜厚が大きすぎると透過量が
低下する傾向があり、小さすぎると選択性が低下したり、膜強度が低下する傾向がある。
The thickness of the zeolite membrane is not particularly limited, but is usually 0.1 μm or more, preferably 0.6 μm or more.
It is m or more, more preferably 1.0 μm or more. The range is usually 100 μm or less, preferably 60 μm or less, and more preferably 20 μm or less. If the film thickness is too large, the permeation amount tends to decrease, and if it is too small, the selectivity tends to decrease or the film strength tends to decrease.

ゼオライト膜を形成するゼオライトの粒子径は特に限定されないが、小さすぎると粒界
が大きくなるなどして透過選択性などを低下させる傾向がある。それ故、通常30nm以
上、好ましくは50nm以上、より好ましくは100nm以上であり、上限は膜の厚さ以
下である。さらに、ゼオライトの粒子径が膜の厚さと同じである場合がより好ましい。ゼ
オライトの粒子径が膜の厚さと同じであるとき、ゼオライトの粒界が最も小さくなる。後
に述べる水熱合成で得られたゼオライト膜は、ゼオライトの粒子径と膜の厚さが同じにな
る場合があるので好ましい。
The particle size of the zeolite forming the zeolite membrane is not particularly limited, but if it is too small, the grain boundaries tend to be large and the permeation selectivity tends to be lowered. Therefore, it is usually 30 nm or more, preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, and the upper limit is the film thickness or less. Further, it is more preferable that the particle size of the zeolite is the same as the thickness of the membrane. When the particle size of zeolite is the same as the thickness of the membrane, the grain boundary of zeolite is the smallest. The zeolite membrane obtained by hydrothermal synthesis, which will be described later, is preferable because the particle size of the zeolite and the thickness of the membrane may be the same.

ゼオライト膜の形状(膜複合体としたときの形状)は特に限定されず、管状、中空糸状
、モノリス型、ハニカム型などあらゆる形状を採用できる。また大きさも特に限定されず
、例えば、管状の場合は、通常長さ2cm以上200cm以下、内径0.05cm以上2
cm以下、厚さ0.5mm以上4mm以下が実用的で好ましい。
The shape of the zeolite membrane (shape when formed into a membrane composite) is not particularly limited, and any shape such as tubular, hollow filament, monolith type, and honeycomb type can be adopted. The size is also not particularly limited. For example, in the case of a tubular shape, the length is usually 2 cm or more and 200 cm or less, and the inner diameter is 0.05 cm or more 2
Practical and preferable are cm or less and a thickness of 0.5 mm or more and 4 mm or less.

本発明において、ゼオライト膜は、Alを除く2価以上の金属よりなる群から選ばれる
少なくとも1種の金属を含有する。2価以上の金属としては、例えば、Mg、Fe、Ga
、La、Cr、Zr、Sn、Ti等が挙げられる。これらの中で、Mg、Fe、La、C
r、Zrが好ましい。ゼオライト膜に含有するこれら金属元素は、上記のとおり、1種で
あっても良く、任意の組合せによる複数種であってもよい。
In the present invention, the zeolite membrane contains at least one metal selected from the group consisting of divalent or higher valent metals excluding Al. Examples of divalent or higher valent metals include Mg, Fe, and Ga.
, La, Cr, Zr, Sn, Ti and the like. Among these, Mg, Fe, La, C
r and Zr are preferable. As described above, these metal elements contained in the zeolite membrane may be one kind or a plurality of kinds by any combination.

これら金属元素は、イオン交換もしくは酸化物としてゼオライトに含有されている、ま
たはゼオライトの骨格の一部に置換されているものと考えられる。
It is considered that these metal elements are contained in the zeolite as ion exchange or oxide, or are replaced with a part of the skeleton of the zeolite.

この金属元素の含有量は、走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分光法(SEM−
EDX)や、誘導結合プラズマ(ICP)元素分析、X線光電子分光法(XPS)等で測
定することができる。SEM−EDXでは化学分析によって、金属元素含有量の値が得ら
れている試料で検量線を作成して、定量することが望ましい。ICPではゼオライト膜部
分をフッ酸などで溶解させて測定することができる。XPSでは膜表面の金属含有量を測
定することができる。
The content of this metal element is determined by scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-).
It can be measured by EDX), inductively coupled plasma (ICP) elemental analysis, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and the like. In SEM-EDX, it is desirable to prepare a calibration curve for a sample whose metal element content value has been obtained by chemical analysis and quantify it. In ICP, the zeolite membrane portion can be dissolved with hydrofluoric acid or the like for measurement. XPS can measure the metal content of the film surface.

これら金属元素を含有させることにより、細孔内に金属元素が存在する場合は、その存
在位置や金属原子のサイズに応じてゼオライト膜の有効細孔サイズが変化すると考えられ
る。金属元素の含有量が増加すると、細孔サイズの変化も大きくなるが、この細孔サイズ
は分離する成分の分子サイズによって好適な値が決まる。そのため、分離する成分によっ
て好適な金属元素の含有量が異なる。わずかに金属元素を含有するだけでも、その量に応
じて分離性能は少なからず影響を受けることとなるが、目標とする成分分離性能がわずか
な量で達成できる場合には、金属元素量は非常に少なくても良い。また分離する成分分子
がどれも非常に小さなサイズ等、目標の分離性能の達成のために細孔サイズを大幅に小さ
くする必要がある場合には、金属元素含有量は多い方が良い傾向がある。ただし、金属元
素含有量が大きすぎる場合には細孔が閉塞して、ガスの透過が起こりにくくなる傾向があ
る。
By containing these metal elements, when the metal element is present in the pores, it is considered that the effective pore size of the zeolite membrane changes according to the position of the metal element and the size of the metal atom. As the content of the metal element increases, the change in pore size also increases, and the suitable value of this pore size is determined by the molecular size of the component to be separated. Therefore, the suitable content of the metal element differs depending on the components to be separated. Even if a small amount of metal element is contained, the separation performance will be affected not a little depending on the amount, but if the target component separation performance can be achieved with a small amount, the amount of metal element is very large. It may be less. In addition, when it is necessary to significantly reduce the pore size in order to achieve the target separation performance, such as when all the component molecules to be separated are very small in size, it tends to be better to have a large metal element content. .. However, if the metal element content is too large, the pores tend to be clogged and gas permeation tends to be difficult to occur.

またイオン化傾向の小さい金属元素などでは酸化物となって、細孔外に存在することも
可能である。細孔外に存在する場合、その存在箇所が膜欠陥であれば、膜欠陥を埋める作
用を及ぼし、分離性能向上につながると考えられる。膜の欠陥が多い場合には金属元素の
含有量は多い方が好ましく、欠陥が少ない膜の場合では含有量は少なくても良い。細孔外
の金属元素が多すぎる場合には細孔入口を塞ぎ透過度が低下する可能性がある。
Further, a metal element having a low ionization tendency can become an oxide and exist outside the pores. When it exists outside the pores, if the location is a membrane defect, it acts to fill the membrane defect, which is considered to lead to improvement in separation performance. When there are many defects in the film, it is preferable that the content of the metal element is large, and in the case of a film having few defects, the content may be small. If there are too many metal elements outside the pores, the pore inlets may be blocked and the permeability may decrease.

あるいは金属元素がゼオライト骨格に取り込まれた場合には、金属元素種の原子径によ
って、細孔径はわずかに影響を受ける。原子径が大きな金属元素を取り込んだ場合には細
孔径は大きくなる傾向があり、原子径が小さな金属元素を取り込んだ場合には細孔径は小
さくなる傾向がある。この場合においても、分離する成分の分子サイズによって、好適な
細孔サイズが存在するので、好適なサイズになるような金属量を骨格に取り入れることが
望ましい。
Alternatively, when a metal element is incorporated into the zeolite skeleton, the pore diameter is slightly affected by the atomic diameter of the metal element species. When a metal element having a large atomic diameter is incorporated, the pore diameter tends to be large, and when a metal element having a small atomic diameter is incorporated, the pore diameter tends to be small. Even in this case, since a suitable pore size exists depending on the molecular size of the component to be separated, it is desirable to incorporate an amount of metal into the skeleton so as to have a suitable size.

さらに、金属元素がいずれの状態で存在しても、金属元素と分離する成分分子が相互作
用する場合がある。例えば、ゼオライト細孔内が金属元素の存在によって極性の高い場に
なれば、水蒸気のような極性分子は吸着が起こりやすくなり、透過量が高くなる傾向があ
る。このように各分子が金属元素との相互作用する場合には、ゼオライト膜への吸着性が
異なることから透過量に影響することがある。金属元素量は、少なすぎると吸着能を十分
高めることができず、多すぎる場合や金属元素と成分分子の組み合わせによっては吸着能
が高くなりすぎ、分子が細孔内で留まり膜を透過しない場合がある。
Furthermore, regardless of the state in which the metal element is present, the component molecules that separate from the metal element may interact with each other. For example, if the inside of the zeolite pores becomes a highly polar field due to the presence of a metal element, polar molecules such as water vapor are likely to be adsorbed, and the permeation amount tends to be high. When each molecule interacts with a metal element in this way, the amount of permeation may be affected because the adsorptivity to the zeolite membrane is different. If the amount of metal element is too small, the adsorptive capacity cannot be sufficiently enhanced, and if it is too large, or if the amount of metal element is too high depending on the combination of the metal element and the component molecule, the molecule stays in the pores and does not penetrate the membrane. There is.

上記の理由により、分離する成分やゼオライト膜の欠陥の多少によって、好適な金属元
素の含有量が変わる。そのため金属元素の含有量は特に限定されないが、Alに対するA
lを除く2価以上の金属のモル比(2価以上の金属/Alモル比)で、通常0.0002
以上、好ましくは0.0004以上、より好ましくは0.001以上、さらに好ましくは
0.003以上、さらに好ましくは0.006以上、さらに好ましくは0.01以上であ
る。上限は、通常20以下、好ましくは15以下、より好ましくは10以下、さらに好ま
しくは5以下、さらに好ましくは1以下である。
For the above reasons, the content of suitable metal elements varies depending on the components to be separated and the number of defects in the zeolite membrane. Therefore, the content of the metal element is not particularly limited, but A with respect to Al
The molar ratio of divalent or higher metals excluding l (divalent or higher metal / Al molar ratio) is usually 0.0002.
The above is preferably 0.0004 or more, more preferably 0.001 or more, still more preferably 0.003 or more, still more preferably 0.006 or more, still more preferably 0.01 or more. The upper limit is usually 20 or less, preferably 15 or less, more preferably 10 or less, still more preferably 5 or less, still more preferably 1 or less.

XPSで測定される表面の組成を基準とする場合には、Alや金属元素の偏在によって
好適な値が全体組成と異なる傾向がある。2価以上の金属/Alモル比で、通常0.00
03以上、好ましくは0.0006以上、よりに好ましくは0.002以上、さらに好ま
しくは0.005以上、さらに好ましくは0.009以上、さらに好ましくは0.02以
上である。上限は、通常30以下、好ましくは23以下、より好ましくは15以下、さら
に好ましくは8以下、より好ましくは2以下である。
When the surface composition measured by XPS is used as a reference, the suitable value tends to differ from the overall composition due to the uneven distribution of Al and metal elements. Metal / Al molar ratio of divalent or higher, usually 0.00
It is 03 or more, preferably 0.0006 or more, more preferably 0.002 or more, still more preferably 0.005 or more, still more preferably 0.009 or more, still more preferably 0.02 or more. The upper limit is usually 30 or less, preferably 23 or less, more preferably 15 or less, still more preferably 8 or less, and more preferably 2 or less.

なお、「2価以上の金属/Alモル比」は、Alに対するAlを除く2価以上の金属の
合計量のモル比である。
The "divalent or higher metal / Al molar ratio" is the molar ratio of the total amount of divalent or higher metals excluding Al to Al.

(ゼオライト)
本発明において、ゼオライト膜を構成するゼオライトはCHA型アルミノ珪酸塩である
。アルミノ珪酸塩は、SiとAlの酸化物を主成分とするものであり、本発明の効果を損
なわない限り、それ以外の元素が含まれていてもよい。
(Zeolite)
In the present invention, the zeolite constituting the zeolite membrane is a CHA type aluminosilicate. The almino silicate is mainly composed of oxides of Si and Al, and may contain other elements as long as the effects of the present invention are not impaired.

ゼオライトの有効細孔径、極性は、酸処理、シリル化などによっても制御することが可
能である。有効細孔径を制御することによって、分離性能を向上させることも可能である
The effective pore size and polarity of zeolite can also be controlled by acid treatment, silylation and the like. It is also possible to improve the separation performance by controlling the effective pore size.

酸処理を行うことによって、条件によるが、通常骨格に導入された金属の少なくとも一
部が骨格から脱離し、また、細孔内に存在する金属イオンはH+に交換される傾向がある
。金属が骨格から脱離した場合には金属量の減少によって、極性が低下する効果がある。
また、脱離した金属の原子径に応じて細孔サイズが変化する場合がある。細孔内の金属
イオンがH+に交換された場合も同様に、交換された金属の原子径と極性の大小によって
、細孔サイズと細孔内の極性を変えることができる。
By performing the acid treatment, depending on the conditions, at least a part of the metal usually introduced into the skeleton tends to be desorbed from the skeleton, and the metal ions existing in the pores tend to be exchanged for H +. When the metal is detached from the skeleton, the decrease in the amount of metal has the effect of lowering the polarity.
In addition, the pore size may change depending on the atomic diameter of the desorbed metal. Similarly, when the metal ions in the pores are exchanged for H +, the pore size and the polarity in the pores can be changed depending on the atomic diameter and the polarity of the exchanged metal.

シリル化によっても、ゼオライトの有効細孔径を小さくすることが可能である。外表面
の末端シラノールをシリル化し、さらに、シリル化層を積層することによって、一般的に
ゼオライトの外表面に面した細孔の有効細孔径は小さくなる。
Cyrilization can also reduce the effective pore size of zeolite. By silylating the terminal silanol on the outer surface and further laminating the silylated layer, the effective pore diameter of the pores facing the outer surface of the zeolite is generally reduced.

本発明において、アルミノ珪酸塩のSiO/Alモル比は特に限定されないが
、通常6以上、好ましくは10以上、より好ましくは20以上、さらに好ましくは30以
上、さらに好ましくは32以上、さらに好ましくは35以上、特に好ましくは40以上で
ある。上限は、通常Alが不純物程度の量であり、SiO/Alモル比としては
、通常500以下、好ましくは100以下、より好ましくは90以下、さらに好ましくは
80以下、さらに好ましくは65以下、特に好ましくは48以下である。SiO/Al
モル比が前記下限未満ではゼオライト膜の緻密性が低下する場合があり、また耐久
性が低下する傾向がある。
SiO/Alモル比は、後に述べる水熱合成の反応条件により調整することが
できる。
In the present invention, the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the aluminosilicate is not particularly limited, but is usually 6 or more, preferably 10 or more, more preferably 20 or more, still more preferably 30 or more, still more preferably 32 or more. It is more preferably 35 or more, and particularly preferably 40 or more. The upper limit is usually the amount of Al as an impurity, and the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is usually 500 or less, preferably 100 or less, more preferably 90 or less, still more preferably 80 or less, still more preferably 65. Below, it is particularly preferably 48 or less. SiO 2 / Al
In less than 2 O 3 molar ratio of the lower limit may decrease the density of the zeolite membrane, also tends to durability is lowered.
The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio can be adjusted by the reaction conditions of hydrothermal synthesis described later.

なお、SiO/Alモル比は、走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分光
法(SEM−EDX)により得られた数値である。数ミクロンの膜のみの情報を得るため
に通常はX線の加速電圧を10kVで測定する。
The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is a numerical value obtained by a scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX). The acceleration voltage of X-rays is usually measured at 10 kV in order to obtain information on only a few microns of film.

(CHA型ゼオライト)
本発明において、CHA型ゼオライトとは、International Zeolite Association(IZA)
が定めるゼオライトの構造を規定するコードでCHA構造のものを示す。天然に産出する
チャバサイトと同等の結晶構造を有するゼオライトである。CHA型ゼオライトは0.3
8×0.38nmの径を有する酸素8員環からなる3次元細孔を有することを特徴とする
構造をとり、その構造はX線回折データにより特徴付けられる。
(CHA type zeolite)
In the present invention, the CHA-type zeolite is referred to as the International Zeolite Association (IZA).
Indicates a CHA structure with a code that defines the structure of zeolite defined by. It is a zeolite having a crystal structure equivalent to that of naturally occurring chabacite. CHA type zeolite is 0.3
It has a structure characterized by having three-dimensional pores composed of an oxygen 8-membered ring having a diameter of 8 × 0.38 nm, and the structure is characterized by X-ray diffraction data.

CHA型ゼオライトのフレームワーク密度(T/nm3)は14.5である。また、S
iO/Alモル比は上記と同様である。
ここで、フレームワーク密度(T/nm)とは、ゼオライトのnm(1000Å3
)あたりの、骨格を構成する酸素以外の元素(T元素)の数を意味し、この値はゼオライ
トの構造により決まるものである。なお、フレームワーク密度とゼオライトの構造との関
係はATLAS OF ZEOLITE FRAMEWORK TYPES Fifth Revised Edition 2001 ELSEVIERに示され
ている。
The framework density (T / nm3) of CHA-type zeolite is 14.5. Also, S
The iO 2 / Al 2 O 3 molar ratio is the same as above.
Here, the framework density (T / nm 3 ) is nm 3 (1000 Å 3) of zeolite.
) Means the number of elements other than oxygen (T element) constituting the skeleton, and this value is determined by the structure of zeolite. The relationship between framework density and zeolite structure is shown in ATLAS OF ZEOLITE FRAMEWORK TYPES Fifth Revised Edition 2001 ELSEVIER.

(無機多孔質支持体)
無機多孔質支持体は、その表面などにゼオライトを膜状に結晶化できるような化学的安
定性がある多孔質の無機物質であれば如何なるものであってもよい。具体的には、例えば
、シリカ、α−アルミナ、γ−アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア
、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックス焼結体、鉄、ブロンズ、ステンレスなどの焼結
金属や、ガラス、カーボン成型体などが挙げられる。
(Inorganic porous support)
The inorganic porous support may be any porous inorganic substance having chemical stability such that zeolite can be crystallized into a film on the surface thereof. Specifically, for example, ceramic sintered bodies such as silica, α-alumina, γ-alumina, mullite, zirconia, titania, itria, silicon nitride, silicon carbide, sintered metals such as iron, bronze, and stainless steel, and glass. , Carbon molded body and the like.

無機多孔質支持体の中で、セラミックス焼結体は、その一部がゼオライト膜合成中にゼ
オライト化することで界面の密着性を高める効果がある。
さらに、アルミナ、シリカ、ムライトのうち少なくとも1種を含む無機多孔質支持体は
、支持体の部分的なゼオライト化が容易であるため、支持体とゼオライトの結合が強固に
なり緻密で分離性能の高い膜が形成されやすくなるのでより好ましい。
Among the inorganic porous supports, the ceramic sintered body has an effect of enhancing the adhesion at the interface by converting a part of the ceramic sintered body into zeolite during the synthesis of the zeolite membrane.
Furthermore, in the inorganic porous support containing at least one of alumina, silica, and mullite, the support is easily partially zeolitezized, so that the bond between the support and the zeolite is strengthened, resulting in a dense and separation performance. It is more preferable because a tall film is easily formed.

支持体の形状は、気体混合物を有効に分離できるものであれば特に制限されず、具体的
には、例えば、平板状、管状のもの、または円筒状、円柱状や角柱状の孔が多数存在する
ハニカム状のものやモノリスなどが挙げられる。
本発明において、無機多孔質支持体の表面などにゼオライト膜を形成、好ましくはゼオ
ライトを膜状に結晶化させる。
The shape of the support is not particularly limited as long as it can effectively separate the gas mixture, and specifically, for example, there are a large number of flat plate-shaped, tubular, cylindrical, cylindrical, or prismatic holes. Examples include honeycomb-shaped ones and monoliths.
In the present invention, a zeolite film is formed on the surface of an inorganic porous support or the like, and zeolite is preferably crystallized into a film.

支持体が有する平均細孔径は特に制限されないが、細孔径が制御されているものが好ま
しく、通常0.02μm以上、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.1μm
以上であり、通常20μm以下、好ましくは10μm以下、より好ましくは5μm以下で
ある。細孔径が小さすぎると透過量が小さくなる傾向があり、大きすぎると支持体自体の
強度が不十分になったり、緻密なゼオライト膜が形成されにくくなる傾向がある。
The average pore diameter of the support is not particularly limited, but one having a controlled pore diameter is preferable, and usually 0.02 μm or more, preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm.
It is usually 20 μm or less, preferably 10 μm or less, and more preferably 5 μm or less. If the pore diameter is too small, the amount of permeation tends to be small, and if it is too large, the strength of the support itself tends to be insufficient, or it tends to be difficult to form a dense zeolite membrane.

支持体の表面は滑らかであることが好ましく、必要に応じて表面をやすり等で研磨して
もよい。なお、支持体の表面とはゼオライト膜を形成させる支持体の表面部分を意味し、
表面であればそれぞれの形状のどこの表面であってもよく、複数の面であっても良い。例
えば円筒管の支持体の場合には、外側の表面でも内側の表面でもよく、場合によっては外
側と内側の両方の表面であってよい。
The surface of the support is preferably smooth, and the surface may be sanded or the like if necessary. The surface of the support means the surface portion of the support on which the zeolite membrane is formed.
As long as it is a surface, it may be any surface of each shape, or it may be a plurality of surfaces. For example, in the case of a cylindrical tube support, it may be either an outer surface or an inner surface, and in some cases both outer and inner surfaces.

また、支持体の気孔率は特に制限されず、また特に制御する必要は無いが、気孔率は、
通常20%以上60%以下であることが好ましい。気孔率は、気体や液体を分離する際の
透過流量を左右し、前記下限未満では透過物の拡散を阻害する傾向があり、前記上限超過
では支持体の強度が低下する傾向がある。
Further, the porosity of the support is not particularly limited and does not need to be controlled in particular, but the porosity is determined.
Usually, it is preferably 20% or more and 60% or less. The porosity affects the permeation flow rate when separating a gas or liquid, and if it is less than the lower limit, it tends to hinder the diffusion of the permeated material, and if it exceeds the upper limit, the strength of the support tends to decrease.

(ゼオライト膜複合体)
ゼオライト膜複合体とは、支持体の表面などにゼオライトが膜状に固着しているもので
あり、場合によっては、ゼオライトの一部が、支持体の内部にまで固着している状態のも
のが好ましい。
(Zeolite membrane complex)
A zeolite membrane composite is one in which zeolite is adhered to the surface of a support in the form of a film, and in some cases, a part of zeolite is adhered to the inside of the support. preferable.

ゼオライト膜複合体としては、例えば、支持体の表面などにゼオライトを水熱合成によ
り膜状に結晶化させたものが好ましい。
As the zeolite membrane composite, for example, one in which zeolite is crystallized into a film by hydrothermal synthesis on the surface of a support or the like is preferable.

ゼオライト膜の支持体上の位置は特に限定されず、管状の支持体を用いる場合、外表面
にゼオライト膜をつけてもよいし、内表面につけてもよく、さらに適用する系によっては
両面につけてもよい。また、支持体の表面に積層させてもよいし、支持体の表面層の細孔
内を埋めるように結晶化させてもよい。この場合、結晶化した膜層の内部に亀裂や連続し
た微細孔が無いことが重要であり、いわゆる緻密な膜を形成させることが分離性を向上す
ることになる。
The position of the zeolite membrane on the support is not particularly limited, and when a tubular support is used, the zeolite membrane may be attached to the outer surface or the inner surface, and depending on the system to be applied, it may be attached to both sides. May be good. Further, it may be laminated on the surface of the support, or it may be crystallized so as to fill the pores of the surface layer of the support. In this case, it is important that there are no cracks or continuous micropores inside the crystallized film layer, and forming a so-called dense film improves the separability.

本発明におけるゼオライト膜複合体は、膜表面にX線を照射して得たX線回折のパター
ンにおいて、2θ=17.9°付近のピークの強度が2θ=20.8°付近のピークの強
度の0.5倍以上であることが好ましい。
In the zeolite membrane composite of the present invention, in the X-ray diffraction pattern obtained by irradiating the membrane surface with X-rays, the intensity of the peak near 2θ = 17.9 ° is the intensity of the peak near 2θ = 20.8 °. It is preferably 0.5 times or more of.

ここで、ピークの強度とは、測定値からバックグラウンドの値を引いたものをさす。(
2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)で表
されるピーク強度比(以下これを「ピーク強度比A」ということがある。)でいえば、好
ましくは0.5以上、より好ましくは0.8以上である。上限は特に限定されないが、通
常1000以下である。
Here, the peak intensity refers to the measured value minus the background value. (
Peak intensity ratio expressed by 2θ = peak intensity near 17.9 °) / (peak intensity near 2θ = 20.8 °) (hereinafter this may be referred to as “peak intensity ratio A”). Speaking of which, it is preferably 0.5 or more, more preferably 0.8 or more. The upper limit is not particularly limited, but is usually 1000 or less.

また、本発明においてゼオライト膜複合体は、X線回折のパターンにおいて、2θ=9
.6°付近のピークの強度が2θ=20.8°付近のピークの強度の2.0倍以上の大き
さであることが好ましい。
Further, in the present invention, the zeolite membrane composite has 2θ = 9 in the pattern of X-ray diffraction.
.. It is preferable that the intensity of the peak near 6 ° is 2.0 times or more the intensity of the peak near 2θ = 20.8 °.

(2θ=9.6°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)で
表されるピーク強度比(以下これを「ピーク強度比B」ということがある。)でいえば、
好ましくは2.0以上、より好ましくは2.5以上、より好ましくは3以上、さらに好ま
しくは4以上、さらに好ましくは6以上、さらに好ましくは8以上、特に好ましくは10
以上である。上限は特に限定されないが、通常1000以下である。
Peak intensity ratio represented by (intensity of peak near 2θ = 9.6 °) / (intensity of peak near 2θ = 20.8 °) (hereinafter this may be referred to as “peak intensity ratio B”). Speaking of which
It is preferably 2.0 or more, more preferably 2.5 or more, more preferably 3 or more, still more preferably 4 or more, still more preferably 6 or more, still more preferably 8 or more, and particularly preferably 10 or more.
That is all. The upper limit is not particularly limited, but is usually 1000 or less.

ここでいう、X線回折パターンとはゼオライトが主として付着している側の表面にCu
Kαを線源とするX線を照射して、走査軸をθ/2θとして得るものである。測定するサ
ンプルの形状としては、膜複合体のゼオライトが主として付着している側の表面にX線が
照射できるような形状なら何でもよく、膜複合体の特徴をよく表すものとして、作成した
膜複合体そのままのもの、あるいは装置によって制約される適切な大きさに切断したもの
が好ましい。
The X-ray diffraction pattern referred to here is Cu on the surface on the side where zeolite is mainly attached.
By irradiating X-rays with Kα as the radiation source, the scanning axis is obtained as θ / 2θ. The shape of the sample to be measured may be any shape as long as the surface of the membrane composite on the side to which the zeolite is mainly attached can be irradiated with X-rays. It is preferably as it is, or cut to an appropriate size constrained by the device.

ここでいうX線回折パターンは、ゼオライト膜複合体の表面が曲面である場合には自動
可変スリットを用いて照射幅を固定して測定してもかまわない。自動可変スリットを用い
た場合のX線回折パターンとは、可変→固定スリット補正を実施したパターンを指す。
When the surface of the zeolite membrane composite is a curved surface, the X-ray diffraction pattern referred to here may be measured by fixing the irradiation width using an automatic variable slit. The X-ray diffraction pattern when the automatically variable slit is used refers to a pattern in which variable → fixed slit correction is performed.

ここで、2θ=17.9°付近のピークとは基材に由来しないピークのうち17.9°
±0.6°の範囲に存在するピークのうち最大のものを指す。
Here, the peak near 2θ = 17.9 ° is 17.9 ° among the peaks not derived from the base material.
Refers to the largest peak existing in the range of ± 0.6 °.

2θ=20.8°付近のピークとは基材に由来しないピークのうち20.8°±0.6
°の範囲に存在するピークで最大のものを指す。
The peak near 2θ = 20.8 ° is 20.8 ° ± 0.6 among the peaks not derived from the base material.
Refers to the largest peak in the ° range.

2θ=9.6°付近のピークとは基材に由来しないピークのうち9.6°±0.6°の
範囲に存在するピークのうち最大のものを指す。
The peak near 2θ = 9.6 ° refers to the largest peak existing in the range of 9.6 ° ± 0.6 ° among the peaks not derived from the base material.

X線回折パターンで2θ=9.6°付近のピークはCOLLECTION OF SIMULATED XRD POWD
ER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERによればrhombohedral
settingで空間群を
The peak near 2θ = 9.6 ° in the X-ray diffraction pattern is COLLECTION OF SIMULATED XRD POWD
According to ER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIER rhombohedral
Space group with setting

Figure 0006845753
Figure 0006845753

(No.166)とした時にCHA構造において指数が(1,0,0)の面に由来するピ
ークである。
When (No. 166) is set, it is a peak derived from the plane whose exponent is (1,0,0) in the CHA structure.

また、X線回折パターンで2θ=17.9°付近のピークはCOLLECTION OF SIMULATED
XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERによればrhomb
ohedral settingで空間群を
In the X-ray diffraction pattern, the peak near 2θ = 17.9 ° is COLLECTION OF SIMULATED.
According to XRD POWDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIER rhomb
Space group with ohedral setting

Figure 0006845753
Figure 0006845753

(No.166)とした時にCHA構造において指数が(1,1,1)の面に由来するピ
ークである。
When (No. 166) is set, it is a peak derived from the plane whose exponent is (1,1,1) in the CHA structure.

X線回折パターンで2θ=20.8°付近のピークはCOLLECTION OF SIMULATED XRD PO
WDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIERによればrhombohedra
l settingで空間群を
The peak near 2θ = 20.8 ° in the X-ray diffraction pattern is COLLECTION OF SIMULATED XRD PO
According to WDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIER rhombohedra
l setting the space group

Figure 0006845753
Figure 0006845753

(No.166)とした時にCHA構造において指数が(2,0,−1)の面に由来する
ピークである。
When (No. 166) is set, it is a peak derived from the plane whose exponent is (2,0, -1) in the CHA structure.

CHA型アルミノ珪酸塩のゼオライト膜における(1,0,0)面由来のピークの強度
と(2,0,−1)の面に由来のピーク強度の典型的な比(ピーク強度比B)は、非特許
文献2によれば2未満である。
The typical ratio (peak intensity ratio B) of the peak intensity derived from the (1,0,0) plane to the peak intensity derived from the (2,0, -1) plane in the zeolite membrane of CHA type aluminosilicate is According to Non-Patent Document 2, it is less than 2.

そのため、この比が2.0以上であるということは、例えば、CHA構造をrhombohedr
al settingとした場合の(1,0,0)面が膜複合体の表面と平行に近い向きになるよう
にゼオライト結晶が配向して成長していることを意味すると考えられる。ゼオライト膜複
合体においてゼオライト結晶が配向して成長することは分離性能の高い緻密な膜が出来る
という点で有利である。
Therefore, if this ratio is 2.0 or more, for example, the CHA structure is rhombohedr.
It is considered that this means that the zeolite crystals are oriented and grown so that the (1,0,0) plane when the al setting is set is oriented so as to be almost parallel to the surface of the membrane composite. The orientation and growth of zeolite crystals in the zeolite membrane composite is advantageous in that a dense membrane with high separation performance can be formed.

(1,1,1)面由来のピークの強度と(2,0,−1)の面に由来のピーク強度の典
型的な比(ピーク強度比A)は、非特許文献2によれば0.5未満である。
According to Non-Patent Document 2, the typical ratio (peak intensity ratio A) of the peak intensity derived from the (1,1,1) plane to the peak intensity derived from the (2,0, -1) plane is 0. Less than .5.

そのため、この比が0.5以上であるということは、例えば、CHA構造をrhombohedr
al settingとした場合の(1,1,1)面が膜複合体の表面と平行に近い向きになるよう
にゼオライト結晶が配向して成長していることを意味すると考えられる。ゼオライト膜複
合体においてゼオライト結晶が配向して成長することは分離性能の高い緻密な膜が出来る
という点で有利である。
Therefore, if this ratio is 0.5 or more, for example, the CHA structure is rhombohedr.
It is considered that this means that the zeolite crystals are oriented and grown so that the (1,1,1) plane when the al setting is set is oriented so as to be almost parallel to the surface of the membrane composite. The orientation and growth of zeolite crystals in the zeolite membrane composite is advantageous in that a dense membrane with high separation performance can be formed.

このように、ピーク強度比A、Bのいずれかが、上記した特定の範囲の値であるという
ことは、ゼオライト結晶が配向して成長し、分離性能の高い緻密な膜が形成されているこ
とを示すものである。
As described above, when either of the peak intensity ratios A and B is a value in the above-mentioned specific range, the zeolite crystals are oriented and grown to form a dense film having high separation performance. Is shown.

ここで、ピーク強度比A、Bはその値が大きいほど配向の程度が強いことを示し、一般
的に配向の程度が強いほど緻密な膜が形成されていることを示す。一般的には配向が強い
ほど分離性能が高い傾向があるが、分離対象の混合物によっては分離性能が高くなる最適
な配向の程度は異なるので分離対象の混合物によって適宜、配向の程度が最適なゼオライ
ト膜複合体を選択して使用することが望ましい。
Here, the peak intensity ratios A and B indicate that the larger the value is, the stronger the degree of orientation is, and generally, the stronger the degree of orientation is, the denser the film is formed. Generally, the stronger the orientation, the higher the separation performance tends to be. However, the optimum degree of orientation that improves the separation performance differs depending on the mixture to be separated. Therefore, the optimum degree of orientation depends on the mixture to be separated. It is desirable to select and use the membrane complex.

CHA型ゼオライト結晶が配向して成長している緻密なゼオライト膜は、次に述べる通
り、ゼオライト膜を水熱合成法により形成する際に、例えば、特定の有機テンプレートを
用い、水性反応混合液中にK+イオンを共存させることにより達成することができる。
As described below, a dense zeolite membrane in which CHA-type zeolite crystals are oriented and grown is contained in an aqueous reaction mixture using, for example, a specific organic template when the zeolite membrane is formed by a hydrothermal synthesis method. It can be achieved by coexisting K + ions.

<ゼオライト膜複合体の製造方法>
本発明において、ゼオライト膜の製造方法は、上記した特定のゼオライト膜が形成可能
な方法であれば特に制限されず、例えば、(1)支持体上にCHA型ゼオライトを膜状に
結晶化させる方法、(2)支持体にCHA型ゼオライトを無機バインダー、あるいは有機
バインダーなどで固着させる方法、(3)CHA型ゼオライトを分散させたポリマーを固
着させる方法、(4)CHA型ゼオライトのスラリーを支持体に含浸させ、場合によって
は吸引させることによりゼオライトを支持体に固着させる方法などにより製造されたゼオ
ライト膜複合体に、後処理により特定の金属元素を含有させる方法、または、ゼオライト
を水熱合成する際に水熱合成用の反応混合物(以下これを「水性反応混合物」ということ
がある。)へ特定の金属元素を含有させておく方法などの何れの方法も用いることができ
る。
<Manufacturing method of zeolite membrane composite>
In the present invention, the method for producing a zeolite membrane is not particularly limited as long as it is a method capable of forming the above-mentioned specific zeolite membrane, and for example, (1) a method for crystallizing CHA-type zeolite in a film shape on a support. , (2) A method of fixing CHA-type zeolite to a support with an inorganic binder or an organic binder, (3) a method of fixing a polymer in which CHA-type zeolite is dispersed, (4) A method of fixing a CHA-type zeolite slurry to a support The zeolite membrane composite produced by impregnating the zeolite with the zeolite and, in some cases, sucking the zeolite to the support, contains a specific metal element by post-treatment, or hydrothermally synthesizes the zeolite. Any method such as a method in which a specific metal element is contained in a reaction mixture for hydrothermal synthesis (hereinafter, this may be referred to as an "aqueous reaction mixture") can be used.

これらの中で、無機多孔質支持体にゼオライトを膜状に結晶化させ、後処理により金属
元素を含有させる方法が特に好ましい。
結晶化の方法に特に制限はないが、支持体を、ゼオライト製造に用いる水熱合成用の反
応混合物中に入れて、直接水熱合成することで支持体表面などにゼオライトを結晶化させ
る方法が好ましい。
Among these, a method in which zeolite is crystallized into a film on an inorganic porous support and a metal element is contained by post-treatment is particularly preferable.
The crystallization method is not particularly limited, but there is a method in which the support is placed in a reaction mixture for hydrothermal synthesis used for zeolite production and the zeolite is crystallized on the surface of the support by direct hydrothermal synthesis. preferable.

具体的には、例えば、組成を調整して均一化した水性反応混合物を、支持体を内部に緩
やかに固定した、オートクレーブなどの耐熱耐圧容器に入れて密閉して、一定時間加熱す
ればよい。
Specifically, for example, the aqueous reaction mixture whose composition has been adjusted and homogenized may be placed in a heat-resistant and pressure-resistant container such as an autoclave in which a support is loosely fixed inside, sealed, and heated for a certain period of time.

水性反応混合物としては、Si元素源、Al元素源、アルカリ源、および水を含み、さ
らに必要に応じて有機テンプレートを含むものが好ましい。
The aqueous reaction mixture preferably contains a Si element source, an Al element source, an alkali source, and water, and if necessary, contains an organic template.

水性反応混合物に用いるSi元素源としては、例えば、無定形シリカ、コロイダルシリ
カ、シリカゲル、ケイ酸ナトリウム、無定形アルミのシリケートゲル、テトラエトキシシ
ラン(TEOS)、トリメチルエトキシシラン等を用いることができる。
As the Si element source used in the aqueous reaction mixture, for example, amorphous silica, colloidal silica, silica gel, sodium silicate, amorphous aluminum silicate gel, tetraethoxysilane (TEOS), trimethylethoxysilane and the like can be used.

Al元素源としては、例えば、アルミン酸ナトリウム、水酸化アルミニウム、硫酸アル
ミニウム、硝酸アルミニウム、酸化アルミニウム、無定形アルミノシリケートゲル等を用
いることができる。
As the Al element source, for example, sodium aluminate, aluminum hydroxide, aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum oxide, amorphous aluminosilicate gel and the like can be used.

アルカリ源として用いるアルカリの種類は特に限定されず、アルカリ金属水酸化物、ア
ルカリ土類金属水酸化物、また有機テンプレートのカウンターアニオンの水酸化物イオン
も用いることができる。
The type of alkali used as the alkali source is not particularly limited, and alkali metal hydroxides, alkaline earth metal hydroxides, and hydroxide ions of counter anions of organic templates can also be used.

金属水酸化物の金属種は、通常Na、K、Li、Rb、Cs、Ca、Mg、Sr、Ba、
好ましくはNa、K、より好ましくはKである。また、金属水酸化物の金属種は2種類以
上を併用してもよく、具体的には、NaとK、あるいはLiとKを併用するのが好ましい
The metal species of the metal hydroxide are usually Na, K, Li, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, Ba,
It is preferably Na, K, and more preferably K. Further, two or more kinds of metal hydroxides may be used in combination, and specifically, Na and K or Li and K are preferably used in combination.

具体的には、アルカリ源としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸
化リチウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム等のアルカリ金属水酸化物;水酸化カル
シウム、水酸化マグネシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム等のアルカリ土類
金属水酸化物等を用いることができる。
Specifically, examples of the alkali source include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, rubidium hydroxide, and cesium hydroxide; calcium hydroxide, magnesium hydroxide, and strontium hydroxide. , Alkaline earth metal hydroxides such as barium hydroxide and the like can be used.

水性反応混合物に用いるアルカリ源として、次に述べる有機テンプレートのカウンター
アニオンの水酸化物イオンを用いることができる。有機テンプレートはアルカリ源として
の役割もある一方、アルカリ源とならない場合でも構造規定材の役割を有する。
As the alkali source used in the aqueous reaction mixture, the hydroxide ion of the counter anion of the organic template described below can be used. While the organic template also serves as an alkali source, it also serves as a structural defining material even when it does not serve as an alkali source.

ゼオライトの結晶化において、必要に応じて有機テンプレート(構造規定剤)を用いる
ことができるが、有機テンプレートを用いて合成したものが好ましい。有機テンプレート
を用いて合成することにより、結晶化したゼオライトのアルミニウム原子に対するケイ素
原子の割合が高くなり、結晶性が向上する。
In the crystallization of zeolite, an organic template (structure-determining agent) can be used if necessary, but those synthesized using the organic template are preferable. By synthesizing using an organic template, the ratio of silicon atoms to aluminum atoms of the crystallized zeolite is increased, and the crystallinity is improved.

有機テンプレートとしては、所望のゼオライト膜を形成しうるものであれば
種類は問わず、如何なるものであってもよい。また、テンプレートは1種類でも、2種類
以上を組み合わせて使用してもよい。
有機テンプレートとしては、通常、アミン類、4級アンモニウム塩類が用いられる。例
えば、米国特許第4544538号明細書、米国特許公開第2008/0075656号
明細書に記載の有機テンプレートが好ましいものとして挙げられる。
The organic template may be of any type as long as it can form a desired zeolite membrane. Further, the template may be used alone or in combination of two or more types.
As the organic template, amines and quaternary ammonium salts are usually used. For example, the organic templates described in US Pat. No. 4,544,538 and US Patent Publication No. 2008/0075656 are preferred.

具体的には、例えば、1−アダマンタンアミンから誘導されるカチオン、3−キナクリ
ジナールから誘導されるカチオン、3−exo−アミノノルボルネンから誘導されるカチ
オン等の脂環式アミンから誘導されるカチオンが挙がられる。これらの中で、1−アダマ
ンタンアミンから誘導されるカチオンがより好ましい。1−アダマンタンアミンから誘導
されるカチオンを有機テンプレートとしたとき、緻密な膜を形成しうるCHA型ゼオライ
トが結晶化する。
Specifically, for example, cations derived from alicyclic amines such as cations derived from 1-adamantanamine, cations derived from 3-quinacridinal, and cations derived from 3-exo-aminonorbornene are listed. Is done. Of these, cations derived from 1-adamantanamine are more preferred. When a cation derived from 1-adamantanamine is used as an organic template, CHA-type zeolite capable of forming a dense film crystallizes.

1−アダマンタンアミンから誘導されるカチオンのうち、N,N,N−トリアルキル−1
−アダマンタンアンモニウムカチオンがさらに好ましい。N,N,N−トリアルキル−1−
アダマンタンアンモニウムカチオンの3つのアルキル基は、通常、それぞれ独立したアル
キル基であり、好ましくは低級アルキル基、より好ましくはメチル基である。それらの中
で最も好ましい化合物は、N,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアンモニウムカチオ
ンである。
Of the cations derived from 1-adamantanamine, N, N, N-trialkyl-1
-Adamantane ammonium cations are more preferred. N, N, N-trialkyl-1-
The three alkyl groups of the adamantane ammonium cation are usually independent alkyl groups, preferably lower alkyl groups, more preferably methyl groups. The most preferred compounds among them are N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium cations.

このようなカチオンは、CHA型ゼオライトの形成に害を及ぼさないアニオンを伴う。
このようなアニオンを代表するものには、Cl−、Br−、I−などのハロゲンイオンや
水酸化物イオン、酢酸塩、硫酸塩、およびカルボン酸塩が含まれる。これらの中で、水酸
化物イオンが特に好適に用いられる。
Such cations are accompanied by anions that do not harm the formation of CHA-type zeolites.
Representatives of such anions include halogen ions such as Cl-, Br-, I-, hydroxide ions, acetates, sulfates, and carboxylates. Of these, hydroxide ions are particularly preferably used.

その他の有機テンプレートとしては、N,N,N−トリアルキルベンジルアンモニウムカ
チオンも用いることができる。この場合もアルキル基は、それぞれ独立したアルキル基で
あり、好ましくは低級アルキル基、より好ましくはメチル基である。それらの中で、最も
好ましい化合物は、N,N,N−トリメチルベンジルアンモニウムカチオンである。また、
このカチオンが伴うアニオンは上記と同様である。
As other organic templates, N, N, N-trialkylbenzylammonium cations can also be used. In this case as well, the alkyl groups are independent alkyl groups, preferably lower alkyl groups, and more preferably methyl groups. Among them, the most preferable compound is N, N, N-trimethylbenzylammonium cation. Also,
The anion accompanied by this cation is the same as above.

水性反応混合物中のSi元素源とAl元素源の比は、通常、それぞれの元素の酸化物の
モル比、すなわちSiO/Alモル比として表わす。
The ratio of the Si element source to the Al element source in the aqueous reaction mixture is usually expressed as the molar ratio of oxides of each element, that is, the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio.

このSiO/Al比は、上記したSiO/Al比をもつゼオライトが
形成可能な比であれば特に限定されないが、通常5以上、好ましくは20以上、より好ま
しくは30以上、さらに好ましくは40以上、特に好ましくは50以上である。また上限
は、通常500以下、好ましくは200以下、より好ましくは150以下、さらに好まし
くは100以下である。SiO/Al比がこの範囲にあるとき、緻密な膜を形成
しうるCHA型アルミノ珪酸塩のゼオライトを結晶化させることができる。
The SiO 2 / Al 2 O 3 ratio is not particularly limited as long as a zeolite having the above-mentioned SiO 2 / Al 2 O 3 ratio can be formed, but is usually 5 or more, preferably 20 or more, and more preferably 30. Above, more preferably 40 or more, particularly preferably 50 or more. The upper limit is usually 500 or less, preferably 200 or less, more preferably 150 or less, still more preferably 100 or less. When the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio is in this range, CHA-type aluminosilicate zeolite capable of forming a dense film can be crystallized.

水性反応混合物中のシリカ源と有機テンプレートの比は、SiOに対する有機テンプ
レートのモル比(有機テンプレート/SiO比)で、通常0.005以上、好ましくは
0.01以上、より好ましくは0.02以上であり、通常1以下、好ましくは0.4以下
、より好ましくは0.2以下である。この範囲にあるとき緻密なゼオライト膜が生成しう
ることに加えて、生成したゼオライトが耐酸性に強くAlが脱離しにくい。また、この条
件において、特に緻密で耐酸性のCHA型アルミノ珪酸塩のゼオライトを形成させること
ができる。
The ratio of the silica source and an organic template in the aqueous reaction mixture, the molar ratio of the organic template for SiO 2 (organic template / SiO 2 ratio) is usually 0.005 or higher, preferably at least 0.01, more preferably 0. It is 02 or more, usually 1 or less, preferably 0.4 or less, and more preferably 0.2 or less. When it is in this range, a dense zeolite membrane can be formed, and the formed zeolite has strong acid resistance and Al is difficult to be desorbed. Further, under these conditions, a particularly dense and acid-resistant CHA-type aluminosilicate zeolite can be formed.

Si元素源とアルカリ源の比は、MO/SiO(ここで、Mはアルカリ金属を示す
。)モル比で、通常0.02以上、好ましくは0.04以上、より好ましくは0.05以
上であり、通常0.5以下、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.3以下である。
The ratio of the Si element source to the alkali source is M 2 O / SiO 2 (where M indicates an alkali metal) molar ratio, usually 0.02 or more, preferably 0.04 or more, more preferably 0. It is 05 or more, usually 0.5 or less, preferably 0.4 or less, and more preferably 0.3 or less.

CHA型アルミノ珪酸塩のゼオライト膜を形成する際、アルカリ金属の中でカリウム(
K)が含まれる場合がより緻密で結晶性の高い膜を生成させるという点で好ましい。その
場合のKと、Kを含むすべてのアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属とのモル比
は、通常0.01以上、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.3以上であり、上限
は通常1以下である。
When forming a zeolite membrane of CHA type aluminosilicate, potassium (in alkali metal)
The case where K) is contained is preferable in that a more dense and highly crystalline film is formed. In that case, the molar ratio of K to all alkali metals and / or alkaline earth metals including K is usually 0.01 or more, preferably 0.1 or more, more preferably 0.3 or more, and the upper limit is Is usually 1 or less.

本発明の好ましい態様で構成された水性反応混合物中へのKの添加は、前記のとおり、
rhombohedral settingで空間群を
The addition of K into the aqueous reaction mixture constructed in a preferred embodiment of the present invention is as described above.
Space group with rhombohedral setting

Figure 0006845753
Figure 0006845753

(No.166)とした時に、CHA構造において指数が(1,0,0)の面に由来する
ピークである2θ=9.6°付近のピーク強度と(2,0,−1)の面に由来するピーク
である2θ=20.8°付近のピーク強度の比(ピーク強度比B)、または、(1,1,
1)の面に由来するピークである2θ=17.9°付近のピーク強度と(2,0,−1)
の面に由来するピークである2θ=20.8°付近のピーク強度の比(ピーク強度比A)
を大きくする傾向がある。
When (No. 166) is set, the peak intensity near 2θ = 9.6 °, which is the peak derived from the plane having an exponent of (1,0,0) in the CHA structure, and the plane of (2,0, -1). The ratio of peak intensities around 2θ = 20.8 °, which is the peak derived from (peak intensity ratio B), or (1,1,1
The peak intensity near 2θ = 17.9 °, which is the peak derived from the surface of 1), and (2,0, -1)
Ratio of peak intensities around 2θ = 20.8 °, which is the peak derived from the surface of
Tends to increase.

Si元素源と水の比は、SiOに対する水のモル比(HO/SiOモル比)で、
通常10以上、好ましくは30以上、より好ましくは40以上、特に好ましくは50以上
であり、通常1000以下、好ましくは500以下、より好ましくは200以下、特に好
ましくは150以下である。
The ratio of Si element source to water is the molar ratio of water to SiO 2 (H 2 O / SiO 2 molar ratio).
It is usually 10 or more, preferably 30 or more, more preferably 40 or more, particularly preferably 50 or more, usually 1000 or less, preferably 500 or less, more preferably 200 or less, and particularly preferably 150 or less.

水性反応混合物中の物質のモル比がこれらの範囲にあるとき、緻密なゼオライト膜が生
成しうる。水の量は緻密なゼオライト膜の生成においてとくに重要であり、粉末合成法の
一般的な条件よりも水がシリカに対して多い条件のほうが緻密な膜ができやすい傾向にあ
る。
Dense zeolite membranes can form when the molar ratio of substances in the aqueous reaction mixture is in these ranges. The amount of water is particularly important in the formation of a dense zeolite membrane, and a dense membrane tends to be formed under the condition that the amount of water is larger than that of the general condition of the powder synthesis method.

一般的に、粉末のCHA型アルミノ珪酸塩のゼオライトを合成する際の水の量は、H
O/SiOモル比で、15〜50程度である。HO/SiOモル比が高い(50以
上1000以下)、すなわち水が多い条件にすることにより、支持体の表面などにCHA
型アルミノ珪酸塩のゼオライトが緻密な膜状に結晶化した分離性能の高いゼオライト膜複
合体を得ることができる。
Generally, the amount of water used to synthesize the powdered CHA-type aluminosilicate zeolite is H 2.
The O / SiO 2 molar ratio is about 15 to 50. CHA on the surface of the support, etc., by setting the condition that the H 2 O / SiO 2 molar ratio is high (50 or more and 1000 or less), that is, the amount of water is large.
It is possible to obtain a zeolite membrane composite having high separation performance in which the zeolite of the type aluminosilicate is crystallized into a dense membrane.

水熱合成に際して、水性反応混合物に前記金属元素源(イオン源)を含有させておくこ
とにより、ゼオライト膜形成時と同時に前記金属をゼオライト膜に含有させることができ
る。これにより、上記金属元素が高分散したゼオライト膜を得ることができる。
By including the metal element source (ion source) in the aqueous reaction mixture during hydrothermal synthesis, the metal can be contained in the zeolite membrane at the same time as the zeolite membrane is formed. This makes it possible to obtain a zeolite membrane in which the above metal elements are highly dispersed.

用い得る金属元素源化合物(金属イオン源化合物)としては、例えば、前記金属元素の
硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、リン酸塩、水酸化物、塩化物、錯体等が挙げられる。これらの
中で、硝酸塩、硫酸塩、錯体が好ましい。なお本明細書において、金属元素源化合物と金
属イオン源化合物とは同義である。
Examples of the metal element source compound (metal ion source compound) that can be used include nitrates, sulfates, acetates, phosphates, hydroxides, chlorides, and complexes of the metal elements. Of these, nitrates, sulfates and complexes are preferred. In the present specification, the metal element source compound and the metal ion source compound are synonymous.

水性反応混合物の金属元素源化合物の含有量は、Siに対してモル比で、通常0.00
1以上、好ましくは0.005以上、より好ましくは0.01以上であり、また通常0.
3以下、好ましくは0.2以下、より好ましくは0.1以下である。
The content of the metal element source compound in the aqueous reaction mixture is usually 0.00 in molar ratio to Si.
1 or more, preferably 0.005 or more, more preferably 0.01 or more, and usually 0.
It is 3 or less, preferably 0.2 or less, and more preferably 0.1 or less.

さらに、水熱合成に際して、必ずしも反応系内に種結晶を存在させる必要は無いが、種
結晶を加えることで、支持体上にゼオライトの結晶化を促進できる。種結晶を加える方法
としては特に限定されず、粉末のゼオライトの合成時のように、水性反応混合物中に種結
晶を加える方法や、支持体上に種結晶を付着させておく方法などを用いることができる。
ゼオライト膜複合体を製造する場合は、支持体上に種結晶を付着させておくことが好まし
い。支持体上に予め種結晶を付着させておくことで緻密で分離性能良好なゼオライト膜が
生成しやすくなる。
Further, in hydrothermal synthesis, the seed crystal does not necessarily have to be present in the reaction system, but the addition of the seed crystal can promote the crystallization of zeolite on the support. The method of adding the seed crystal is not particularly limited, and a method of adding the seed crystal to the aqueous reaction mixture as in the synthesis of powdered zeolite, a method of adhering the seed crystal on the support, or the like is used. Can be done.
When producing a zeolite membrane composite, it is preferable to attach a seed crystal on the support. By adhering seed crystals on the support in advance, it becomes easy to form a dense zeolite membrane with good separation performance.

使用する種結晶としては、結晶化を促進するゼオライトであれば種類は問わないが、効
率よく結晶化させるためには形成するゼオライト膜と同じ結晶型であることが好ましい。
CHA型アルミノ珪酸塩のゼオライト膜を形成する場合は、CHA型ゼオライトの種結晶
を用いることが好ましい。
The seed crystal to be used may be of any type as long as it is a zeolite that promotes crystallization, but in order to crystallize efficiently, it is preferable that the seed crystal has the same crystal type as the zeolite membrane to be formed.
When forming a zeolite membrane of CHA-type aluminosilicate, it is preferable to use a seed crystal of CHA-type zeolite.

種結晶の粒子径は小さいほうが望ましく、必要に応じて粉砕して用いても良い。粒径は
、通常0.5nm以上、好ましくは1nm以上、より好ましくは2nm以上であり、通常
5μm以下、好ましくは、3μm以下、より好ましくは2μm以下である。
It is desirable that the grain size of the seed crystal is small, and it may be pulverized and used if necessary. The particle size is usually 0.5 nm or more, preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more, and usually 5 μm or less, preferably 3 μm or less, more preferably 2 μm or less.

支持体上に種結晶を付着させる方法は特に限定されず、例えば、種結晶を水などの溶媒
に分散させて、その分散液に支持体を浸けて表面に種結晶を付着させるディップ法や、種
結晶を水などの溶媒と混合してスラリー状にしたものを、支持体上に塗りこむ方法などを
用いることができる。種結晶の付着量を制御し、再現性良く膜複合体を製造するにはディ
ップ法が望ましい。
The method of adhering the seed crystal on the support is not particularly limited, and for example, a dip method in which the seed crystal is dispersed in a solvent such as water and the support is immersed in the dispersion liquid to adhere the seed crystal to the surface. A method of applying a slurry of seed crystals mixed with a solvent such as water onto a support can be used. The dip method is desirable in order to control the amount of seed crystals attached and to produce a membrane composite with good reproducibility.

種結晶を分散させる溶媒は特に限定されないが、特に水、アルカリ性水溶液が好ましい
。アルカリ性水溶液の種類は特に限定されないが、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリ
ウム水溶液が好ましい。またこれらのアルカリ種は混合されていてもよい。アルカリ濃度
は特に限定されず、通常0.0001mol%以上、好ましくは0.0002mol%以
上、より好ましくは0.001mol%以上、さらに好ましくは0.002mol%以上
である。また、通常1mol%以下、好ましくは0.8mol%以下、より好ましくは0
.5mol%以下、さらに好ましくは0.2mol%以下である。
The solvent for dispersing the seed crystals is not particularly limited, but water and an alkaline aqueous solution are particularly preferable. The type of the alkaline aqueous solution is not particularly limited, but a sodium hydroxide aqueous solution and a potassium hydroxide aqueous solution are preferable. Moreover, these alkaline species may be mixed. The alkali concentration is not particularly limited, and is usually 0.0001 mol% or more, preferably 0.0002 mol% or more, more preferably 0.001 mol% or more, still more preferably 0.002 mol% or more. Further, it is usually 1 mol% or less, preferably 0.8 mol% or less, more preferably 0.
.. It is 5 mol% or less, more preferably 0.2 mol% or less.

分散させる種結晶の量が少なすぎると、支持体上に付着する種結晶の量が少ないため、
水熱合成時に支持体表面に部分的にゼオライトが生成しない箇所ができ、欠陥のある膜と
なる可能性がある。分散液中の種結晶の量が多すぎると、ディップ法によって支持体上に
付着する種結晶の量がほぼ一定となるため、種結晶の無駄が多くなりコスト面で不利であ
る。
If the amount of seed crystals to be dispersed is too small, the amount of seed crystals adhering to the support will be small.
During hydrothermal synthesis, there may be a part on the surface of the support where zeolite is not formed, resulting in a defective film. If the amount of seed crystals in the dispersion is too large, the amount of seed crystals adhering to the support by the dip method becomes almost constant, so that the seed crystals are wasted, which is disadvantageous in terms of cost.

支持体にディップ法あるいはスラリーの塗りこみによって種結晶を付着させ、乾燥した
後にゼオライト膜の形成を行うことが望ましい。
It is desirable to attach seed crystals to the support by a dip method or a slurry coating, and to form a zeolite membrane after drying.

支持体上に予め付着させておく種結晶の量は特に限定されず、基材1mあたりの量で
、通常0.01g以上、好ましくは0.05g以上、より好ましくは0.1g以上であり
、通常100g以下、好ましくは50g以下、より好ましくは10g以下、更に好ましく
は8g以下である。
The amount of seed crystals to be adhered to the support in advance is not particularly limited, and the amount per 1 m 2 of the base material is usually 0.01 g or more, preferably 0.05 g or more, and more preferably 0.1 g or more. , Usually 100 g or less, preferably 50 g or less, more preferably 10 g or less, still more preferably 8 g or less.

種結晶の量が下限未満の場合には、結晶ができにくくなり、膜の成長が不十分になる場
合や、膜の成長が不均一になったりする傾向がある。また、種結晶の量が上限を超える場
合には、表面の凹凸が種結晶によって増長されたり、支持体表面から落ちた種結晶によっ
て自発核が成長しやすくなって支持体上の膜成長が阻害されたりする場合がある。何れの
場合も、緻密なゼオライト膜が生成しにくくなる傾向となる。
When the amount of seed crystals is less than the lower limit, it becomes difficult to form crystals, and the growth of the film tends to be insufficient or the growth of the film tends to be non-uniform. In addition, when the amount of seed crystals exceeds the upper limit, the unevenness of the surface is increased by the seed crystals, or the seed crystals fallen from the surface of the support facilitate the growth of spontaneous nuclei and inhibit the film growth on the support. It may be done. In either case, it tends to be difficult to form a dense zeolite membrane.

水熱合成により支持体上にゼオライト膜を形成する場合、支持体の固定化方法に特に制
限はなく、縦置き、横置きなどあらゆる形態をとることができる。この場合、静置法でゼ
オライト膜を形成させてもよいし、水性反応混合物を攪拌させてゼオライト膜を形成させ
てもよい。
When the zeolite membrane is formed on the support by hydrothermal synthesis, the method of immobilizing the support is not particularly limited, and any form such as vertical placement or horizontal placement can be taken. In this case, the zeolite membrane may be formed by a static method, or the aqueous reaction mixture may be stirred to form a zeolite membrane.

ゼオライト膜を形成させる際の温度は特に限定されないが、通常100℃以上、好まし
くは120℃以上、さらに好ましくは150℃以上であり、通常200℃以下、好ましく
は190℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。反応温度が低すぎると、ゼオラ
イトが結晶化し難くなることがある。また、反応温度が高すぎると、本発明におけるゼオ
ライトとは異なるタイプのゼオライトが生成し易くなることがある。
The temperature at which the zeolite membrane is formed is not particularly limited, but is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher, usually 200 ° C. or lower, preferably 190 ° C. or lower, still more preferably 180 ° C. or higher. It is as follows. If the reaction temperature is too low, the zeolite may be difficult to crystallize. Further, if the reaction temperature is too high, a zeolite of a type different from that of the zeolite in the present invention may be easily produced.

加熱(反応)時間は特に限定されないが、通常1時間以上、好ましくは5時間以上、更
に好ましくは10時間以上であり、通常10日間以下、好ましくは5日間以下、より好ま
しくは3日間以下、さらに好ましくは2日間以下である。反応時間が短すぎるとゼオライ
トが結晶化し難くなることがある。反応時間が長すぎると、本発明におけるゼオライトと
は異なるタイプのゼオライトが生成し易くなることがある。
The heating (reaction) time is not particularly limited, but is usually 1 hour or more, preferably 5 hours or more, more preferably 10 hours or more, usually 10 days or less, preferably 5 days or less, more preferably 3 days or less, and further. It is preferably 2 days or less. If the reaction time is too short, it may be difficult for the zeolite to crystallize. If the reaction time is too long, a zeolite of a type different from that of the zeolite in the present invention may be easily produced.

ゼオライト膜形成時の圧力は特に限定されず、密閉容器中に入れた水性反応混合物を、
この温度範囲に加熱したときに生じる自生圧力で十分である。さらに必要に応じて、窒素
などの不活性ガスを加えても差し支えない。
The pressure at the time of forming the zeolite membrane is not particularly limited, and the aqueous reaction mixture placed in the closed container is used.
The self-sustaining pressure generated when heated to this temperature range is sufficient. Further, if necessary, an inert gas such as nitrogen may be added.

水熱合成により得られたゼオライト膜複合体は、水洗した後に、加熱処理して、乾燥さ
せる。ここで、加熱処理とは、熱をかけてゼオライト膜複合体を乾燥又はテンプレートを
使用した場合にテンプレートを焼成することを意味する。
The zeolite membrane composite obtained by hydrothermal synthesis is washed with water, heat-treated, and dried. Here, the heat treatment means that heat is applied to dry the zeolite membrane composite or the template is fired when the template is used.

加熱処理の温度は、乾燥を目的とする場合は、通常50℃以上、好ましくは80℃以上
、より好ましくは100℃以上であり、通常200℃以下、好ましくは150℃以下であ
る。テンプレートの焼成を目的とする場合は、通常350℃以上、好ましくは400℃以
上、より好ましくは430℃以上、更に好ましくは450℃以上であり、通常900℃以
下、好ましくは850℃以下、さらに好ましくは800℃以下、特に好ましくは750℃
以下である。
The temperature of the heat treatment is usually 50 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, and usually 200 ° C. or lower, preferably 150 ° C. or lower for the purpose of drying. When the purpose is to bake the template, it is usually 350 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher, more preferably 430 ° C. or higher, still more preferably 450 ° C. or higher, usually 900 ° C. or lower, preferably 850 ° C. or lower, further preferably Is 800 ° C. or lower, particularly preferably 750 ° C.
It is as follows.

加熱処理の時間は、ゼオライト膜が十分に乾燥、またはテンプレートが焼成する時間で
あれば特に限定されず、好ましくは0.5時間以上、より好ましくは1時間以上である。
上限は特に限定されず、通常200時間以内、好ましくは150時間以内、より好ましく
は100時間以内である。
The time of the heat treatment is not particularly limited as long as the zeolite membrane is sufficiently dried or the template is fired, and is preferably 0.5 hours or more, more preferably 1 hour or more.
The upper limit is not particularly limited, and is usually 200 hours or less, preferably 150 hours or less, and more preferably 100 hours or less.

水熱合成を有機テンプレートの存在下で行った場合、得られたゼオライト膜複合体を、
水洗した後に、例えば、加熱処理や抽出などにより、好ましくは加熱処理、すなわち焼成
により有機テンプレートを取り除くことが適当である。
When hydrothermal synthesis was performed in the presence of an organic template, the resulting zeolite membrane composite was
After washing with water, it is appropriate to remove the organic template by, for example, heat treatment or extraction, preferably heat treatment, that is, firing.

焼成温度が低すぎると、有機テンプレートが残っている割合が多くなる傾向があり、ゼ
オライトの細孔が少なく、そのために分離・濃縮の際のガスの透過量が減少する場合があ
る。焼成温度が高すぎると支持体とゼオライトの熱膨張率の差が大きくなるため、ゼオラ
イト膜に亀裂が生じやすくなる可能性があり、ゼオライト膜の緻密性が失われ分離性能が
低くなることがある。
If the calcination temperature is too low, the proportion of organic templates remaining tends to increase, and the pores of zeolite are small, which may reduce the amount of gas permeated during separation and concentration. If the firing temperature is too high, the difference in the coefficient of thermal expansion between the support and the zeolite becomes large, so that the zeolite membrane may be easily cracked, and the zeolite membrane may lose its denseness and the separation performance may be lowered. ..

焼成時間は、昇温速度や降温速度により変動するが、有機テンプレートが十分に取り除
かれる時間であれば特に限定されず、好ましくは1時間以上、より好ましくは5時間以上
である。上限は特に限定されず、例えば、通常200時間以内、好ましくは150時間以
内、より好ましくは100時間以内、特に好ましくは24時間以内である。焼成は空気雰
囲気で行えばよいが、酸素を付加した雰囲気で行ってもよい。
The firing time varies depending on the heating rate and the temperature decreasing rate, but is not particularly limited as long as the organic template is sufficiently removed, and is preferably 1 hour or more, more preferably 5 hours or more. The upper limit is not particularly limited, and is usually 200 hours or less, preferably 150 hours or less, more preferably 100 hours or less, and particularly preferably 24 hours or less. The firing may be carried out in an air atmosphere, but may be carried out in an atmosphere in which oxygen is added.

焼成の際の昇温速度は、支持体とゼオライトの熱膨張率の差が、ゼオライト膜に亀裂を
生じさせることを少なくするために、なるべく遅くすることが望ましい。昇温速度は、通
常5℃/分以下、好ましくは2℃/分以下、さらに好ましくは1℃/分以下、特に好まし
くは0.5℃/分以下である。通常、作業性を考慮し0.1℃/分以上である。
It is desirable that the rate of temperature rise during firing be as slow as possible in order to reduce the difference in the coefficient of thermal expansion between the support and the zeolite from causing cracks in the zeolite membrane. The heating rate is usually 5 ° C./min or less, preferably 2 ° C./min or less, more preferably 1 ° C./min or less, and particularly preferably 0.5 ° C./min or less. Usually, it is 0.1 ° C./min or more in consideration of workability.

また、焼成後の降温速度も、ゼオライト膜に亀裂が生じることを避けるためにコントロ
ールする必要がある。昇温速度と同様、遅ければ遅いほど望ましい。降温速度は、通常5
℃/分以下、好ましくは2℃/分以下、さらに好ましくは1℃/分以下、特に好ましくは
0.5℃/分以下である。通常、作業性を考慮し0.1℃/分以上である。
In addition, the temperature lowering rate after firing also needs to be controlled in order to prevent cracks in the zeolite membrane. As with the rate of temperature rise, the slower the temperature, the more desirable. The temperature drop rate is usually 5
° C./min or less, preferably 2 ° C./min or less, more preferably 1 ° C./min or less, and particularly preferably 0.5 ° C./min or less. Usually, it is 0.1 ° C./min or more in consideration of workability.

次に、得られたゼオライト膜に後処理を施して前記のとおり金属を含有させる。後処理
の方法としては、金属元素源化合物(金属イオン源化合物)が含まれる溶液に膜複合体が
接触し得る方法であれば特に限定されないが、例えば、金属元素源化合物が含まれる溶液
に膜複合体を浸漬する方法、金属元素源化合物が含まれる溶液を膜複合体にスプレーする
方法や滴下する方法などが挙げられる。
Next, the obtained zeolite membrane is post-treated to contain a metal as described above. The method of post-treatment is not particularly limited as long as the film complex can come into contact with a solution containing a metal element source compound (metal ion source compound), but for example, a film is applied to a solution containing a metal element source compound. Examples thereof include a method of immersing the complex, a method of spraying a solution containing a metal element source compound onto the membrane composite, and a method of dropping the complex.

金属元素源化合物としては、例えば、前記金属元素の硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、リン酸
塩、塩化物、金属錯体等が挙げられ、好ましくは硝酸塩、硫酸塩、塩化物である。
Examples of the metal element source compound include nitrates, sulfates, acetates, phosphates, chlorides, metal complexes and the like of the metal elements, and nitrates, sulfates and chlorides are preferable.

これら金属元素源化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組合せで併
用してもよい。
One of these metal element source compounds may be used alone, or two or more thereof may be used in combination in any combination.

浸漬やスプレー、滴下溶液中の金属元素源化合物の濃度は、通常0.01モル/L以上
、好ましくは0.03モル/L以上、より好ましくは0.05モル/L以上であり、また
通常5モル/L以下、好ましくは3モル/L以下、より好ましくは1モル/L以下である

化合物の濃度が低すぎると、分離性能向上の効果が小さくなり、濃度が高すぎると、細
孔が閉塞して透過させたい成分の透過量が小さくなる傾向がある。
The concentration of the metal element source compound in the dipping, spraying, or dropping solution is usually 0.01 mol / L or more, preferably 0.03 mol / L or more, more preferably 0.05 mol / L or more, and usually. It is 5 mol / L or less, preferably 3 mol / L or less, and more preferably 1 mol / L or less.
If the concentration of the compound is too low, the effect of improving the separation performance is small, and if the concentration is too high, the pores are clogged and the amount of the component to be permeated tends to be small.

金属元素源化合物が含まれる溶液に膜複合体を浸漬する場合、温度は特に限定されない
が、通常0℃以上、好ましくは20℃以上、さらに好ましくは50℃以上であり、通常2
00℃以下、好ましくは190℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
When the film composite is immersed in a solution containing a metal element source compound, the temperature is not particularly limited, but is usually 0 ° C. or higher, preferably 20 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. or higher, and usually 2 ° C. or higher.
It is 00 ° C. or lower, preferably 190 ° C. or lower, and more preferably 180 ° C. or lower.

圧力は特に限定されず、開放系の容器で大気圧下で実施してもよいし、密閉容器中に入
れて、この温度範囲に加熱したときに生じる自生圧力下で実施してもよい。密閉容器の場
合には、さらに必要に応じて、窒素などの不活性ガスを加えても差し支えない。
The pressure is not particularly limited, and it may be carried out in an open container under atmospheric pressure, or it may be carried out under the spontaneous pressure generated when the container is placed in a closed container and heated in this temperature range. In the case of a closed container, an inert gas such as nitrogen may be added as needed.

浸漬した後、水洗してから通常30℃〜120℃の温度で乾燥しても良いし、洗浄しな
い状態で乾燥してもよい。また必要に応じて乾燥後に焼成してもよい。
After soaking, it may be washed with water and then dried at a temperature of 30 ° C. to 120 ° C., or it may be dried without washing. If necessary, it may be fired after drying.

金属元素源化合物が含まれる溶液を膜複合体にスプレーや滴下する場合、温度は特に限
定されないが、通常0℃以上、好ましくは5℃以上、さらに好ましくは10℃以上であり
、通常100℃以下、好ましくは90℃以下、さらに好ましくは80℃以下である。
When a solution containing a metal element source compound is sprayed or dropped onto a membrane composite, the temperature is not particularly limited, but is usually 0 ° C. or higher, preferably 5 ° C. or higher, more preferably 10 ° C. or higher, and usually 100 ° C. or lower. It is preferably 90 ° C. or lower, more preferably 80 ° C. or lower.

圧力は特に限定されず、通常大気圧下で行うが、ゼオライト膜複合体の内側を減圧の状
態にして行ってもよい。
The pressure is not particularly limited and is usually carried out under atmospheric pressure, but the inside of the zeolite membrane composite may be reduced in pressure.

スプレーや滴下は、通常、ゼオライト膜が、金属元素源化合物が含まれる溶液量が細孔
容積量を超えて、表面が濡れる程度まで行うことができ、処理後、通常30℃〜120℃
の温度で乾燥する。また必要に応じて乾燥後に焼成してもよい。
Spraying or dropping can usually be performed until the amount of the solution containing the metal element source compound in the zeolite membrane exceeds the volume of the pores and the surface becomes wet. After the treatment, the temperature is usually 30 ° C to 120 ° C.
Dry at the temperature of. If necessary, it may be fired after drying.

乾燥後の焼成の温度は、通常200℃以上、好ましくは250℃以上、より好ましくは
300℃以上であり、通常550℃以下、好ましくは525℃以下、より好ましくは50
0℃以下である。
The firing temperature after drying is usually 200 ° C. or higher, preferably 250 ° C. or higher, more preferably 300 ° C. or higher, and usually 550 ° C. or lower, preferably 525 ° C. or lower, more preferably 50 ° C. or higher.
It is 0 ° C. or lower.

焼成時間は、硝酸イオン等のアニオンが部分的にあるいは完全に除去される時間であれ
ば特に限定されず、好ましくは0.5時間以上、より好ましくは1時間以上である。上限
は特に限定されず、通常200時間以内、好ましくは150時間以内、より好ましくは1
00時間以内である。
The firing time is not particularly limited as long as the anion such as nitrate ion is partially or completely removed, and is preferably 0.5 hours or more, more preferably 1 hour or more. The upper limit is not particularly limited, and is usually within 200 hours, preferably within 150 hours, more preferably 1.
Within 00 hours.

焼成の際の昇温速度は、支持体とゼオライトの熱膨張率の差がゼオライト膜に亀裂を生
じさせることを少なくするために、なるべく遅くすることが望ましい。昇温速度は、通常
5℃/分以下、好ましくは2℃/分以下、さらに好ましくは1℃/分以下、特に好ましく
は0.5℃/分以下である。通常、作業性を考慮し0.1℃/分以上である。
It is desirable that the rate of temperature rise during firing be as slow as possible in order to reduce the difference in thermal expansion coefficient between the support and the zeolite from causing cracks in the zeolite membrane. The heating rate is usually 5 ° C./min or less, preferably 2 ° C./min or less, more preferably 1 ° C./min or less, and particularly preferably 0.5 ° C./min or less. Usually, it is 0.1 ° C./min or more in consideration of workability.

また、焼成後の降温速度もゼオライト膜に亀裂が生じることを避けるためにコントロー
ルする必要がある。昇温速度と同様、遅ければ遅いほど望ましい。降温速度は、通常5℃
/分以下、好ましくは2℃/分以下、さらに好ましくは1℃/分以下、特に好ましくは0
.5℃/分以下である。通常、作業性を考慮し0.1℃/分以上である。
In addition, it is necessary to control the temperature lowering rate after firing in order to prevent cracks in the zeolite membrane. As with the rate of temperature rise, the slower the temperature, the more desirable. The temperature lowering rate is usually 5 ° C.
/ Min or less, preferably 2 ° C / min or less, more preferably 1 ° C / min or less, particularly preferably 0.
.. It is 5 ° C./min or less. Usually, it is 0.1 ° C./min or more in consideration of workability.

乾燥又は焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は、通常1300L/(m・h)
以下、好ましくは900L/(m・h)以下、より好ましくは600L/(m・h)
以下、より好ましくは500L/(m・h)以下、さらに好ましくは400L/(m
・h)以下、特に好ましくは250L/(m・h)以下、もっとも好ましくは150L
/(m・h)以下である。透過量の下限は特に限定されないが、通常0L/(m・h
)以上、好ましくは0.01L/(m・h)以上、より好ましくは0.1L/(m
h)以上、さらに好ましくは1L/(m・h)以上である。
The amount of air permeation of the zeolite membrane composite after drying or firing is usually 1300 L / (m 2 · h).
Below, preferably 900 L / (m 2 · h) or less, more preferably 600 L / (m 2 · h).
Below, more preferably 500 L / (m 2 · h) or less, still more preferably 400 L / (m 2).
H) or less, particularly preferably 250 L / (m 2 · h) or less, most preferably 150 L
/ (M 2 · h) or less. The lower limit of the permeation amount is not particularly limited, but is usually 0 L / (m 2 · h).
) Or more, preferably 0.01L / (m 2 · h) or more, more preferably 0.1L / (m 2 ·
h) or more, more preferably 1 L / (m 2 · h) or more.

ここで、空気透過量とは、実施例の項で詳述するとおり、ゼオライト膜複合体を大気圧
下におき、ゼオライト膜複合体の内側を5kPaの真空ラインに接続した時の空気の透過
量[L/(m・h)]である。
Here, the amount of air permeation is the amount of air permeation when the zeolite membrane composite is placed under atmospheric pressure and the inside of the zeolite membrane composite is connected to a vacuum line of 5 kPa, as described in detail in the section of Examples. [L / (m 2 · h)].

空気透過量はガス透過量に繋がる数値である。空気透過量が多いものは気体成分の透過
量も多くなり、空気透過量が多すぎるものは分離が低くなる傾向にある。本発明のゼオラ
イト膜は、空気透過量が適度に多く、かつ十分に高い分離性能をもつものであり、気体の
分離性能に好適な性能を持つものである。
The amount of air permeation is a numerical value that leads to the amount of gas permeation. If the amount of air permeation is large, the amount of gas component permeated is also large, and if the amount of air permeation is too large, the separation tends to be low. The zeolite membrane of the present invention has an appropriately large amount of air permeation and has sufficiently high separation performance, and has performance suitable for gas separation performance.

かくして製造されるゼオライト膜複合体は、優れた特性をもつものであり、本発明におけ
る気体混合物の膜分離手段として好適に用いることができる。
The zeolite membrane composite thus produced has excellent properties and can be suitably used as a membrane separation means for the gas mixture in the present invention.

<気体混合物の分離または濃縮方法>
(気体の分離)
本発明の分離または濃縮方法は、上記ゼオライト膜複合体に、複数の成分からなる気体
混合物を接触させ、該気体混合物から、透過性の高い成分を透過して分離する、または、
透過性の高い成分を透過させて分離することにより透過性の低い成分を濃縮することに特
徴をもつものである。本発明におけるゼオライト膜の分離機能の一つは、分子ふるいとし
ての分離であり、用いるゼオライトの有効細孔径以上の大きさを有する気体分子と、それ
以下の気体分子とを好適に分離することができる。
<Method of separating or concentrating gas mixture>
(Separation of gas)
In the separation or concentration method of the present invention, a gas mixture composed of a plurality of components is brought into contact with the zeolite membrane composite, and a highly permeable component is permeated and separated from the gas mixture, or
It is characterized in that a component having low permeability is concentrated by permeating and separating a component having high permeability. One of the separation functions of the zeolite membrane in the present invention is separation as a molecular sieve, and it is possible to preferably separate gas molecules having a size equal to or larger than the effective pore diameter of the zeolite used and gas molecules having a size smaller than that. it can.

従って、本発明における透過性の高い気体成分とは、CHA型アルミノ珪酸塩のゼオラ
イト結晶相の細孔を通過しやすい気体分子からなる気体成分であり、分子径が概ね0.3
8nm程度より小さい気体分子からなる気体成分が好ましい。
Therefore, the highly permeable gas component in the present invention is a gas component composed of gas molecules that easily pass through the pores of the zeolite crystal phase of CHA-type aluminosilicate, and has a molecular diameter of approximately 0.3.
A gas component composed of gas molecules smaller than about 8 nm is preferable.

ここで、本発明において、分離対象となる気体混合物としては、常温常圧で気体(ガス
)であるものに限られず、常温常圧で液体であって気化することにより気体混合物となり
得るものも含まれる。気化させた気体混合物を分離対象物とする方法は、ベーパーパーミ
エーション法(蒸気透過法)と呼ばれる分離または濃縮方法であり、本発明の方法におけ
るひとつの実施形態である。この方法は、例えば、有機化合物と水との混合物の分離また
は濃縮に特に好適である。この場合、通常水がゼオライト膜に対する透過性が高いので、
混合物から水が分離され、有機化合物は元の混合物中で濃縮される。
Here, in the present invention, the gas mixture to be separated is not limited to a gas mixture at normal temperature and pressure, but also includes a liquid that is liquid at normal temperature and pressure and can become a gas mixture by vaporization. Is done. The method of using the vaporized gas mixture as the separation target is a separation or concentration method called a vapor permeation method (steam permeation method), which is one embodiment of the method of the present invention. This method is particularly suitable, for example, for separating or concentrating a mixture of an organic compound and water. In this case, since water is usually highly permeable to the zeolite membrane,
Water is separated from the mixture and the organic compounds are concentrated in the original mixture.

本発明において、分離対象となる気体混合物としては、上記のとおり、常温常圧で気体
である気体混合物、気化させることにより気体混合物となり得るものであれば特に限定さ
れない。
分離対象物として望ましい気体混合物としては、例えば、二酸化炭素、水素、酸素、窒
素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ノルマルブタン、イソブタン、
1−ブテン、2-ブテン、イソブテン、六フッ化硫黄、ヘリウム、一酸化炭素、一酸化窒
素、水などから選ばれる少なくとも1種の成分を含むものが挙げられる。前記ガスを含む
気体混合物の成分のうち、パーミエンスの高い成分は、ゼオライト膜複合体を透過し分離
され、パーミエンスの低い成分は供給ガス側に濃縮される。
In the present invention, the gas mixture to be separated is not particularly limited as long as it can be a gas mixture that is a gas at normal temperature and pressure and a gas mixture by vaporization as described above.
Desirable gas mixtures for separation include, for example, carbon dioxide, hydrogen, oxygen, nitrogen, methane, ethane, ethylene, propane, propylene, normal butane, isobutane, etc.
Examples thereof include those containing at least one component selected from 1-butene, 2-butene, isobutene, sulfur hexafluoride, helium, carbon monoxide, nitric oxide, water and the like. Among the components of the gas mixture containing the gas, the component having a high permeence permeates through the zeolite membrane composite and is separated, and the component having a low permeence is concentrated on the supply gas side.

さらに気体混合物としては、上記成分の少なくとも2種の成分を含むものがより好まし
い。この場合、2種の成分としては、パーミエンスの高い成分とパーミエンスの低い成分
の組合せが好ましい。
Further, as the gas mixture, a mixture containing at least two kinds of the above-mentioned components is more preferable. In this case, as the two types of components, a combination of a component having a high permeence and a component having a low permeence is preferable.

気体の分離条件は、対象とする気体成分の種類や組成、膜の性能により異なるが、温度
は、通常0〜300℃、好ましくは室温〜200℃、より好ましくは室温〜150℃であ
る。
The gas separation conditions vary depending on the type and composition of the target gas component and the performance of the membrane, but the temperature is usually 0 to 300 ° C, preferably room temperature to 200 ° C, and more preferably room temperature to 150 ° C.

供給ガスの圧力は、分離対象の気体成分が高圧であればそのままの圧力でもよく、適宜
圧力を減圧調整して所望の圧力にして用いても良い。分離対象の気体成分が、分離に用い
る圧力より低い場合は、圧縮機などで増圧して用いることができる。
As long as the gas component to be separated has a high pressure, the pressure of the supply gas may be the same as it is, or the pressure may be appropriately reduced and adjusted to a desired pressure. When the gas component to be separated is lower than the pressure used for separation, the pressure can be increased by a compressor or the like before use.

供給ガスの圧力は特に制限されないが、通常大気圧若しくは大気圧より大きく、好まし
くは0.1MPa以上、より好ましくは0.11MPa以上である。また、通常上限値は
20MPa以下、好ましくは10MPa以下、より好ましくは1MPa以下である。
The pressure of the supply gas is not particularly limited, but is usually higher than atmospheric pressure or atmospheric pressure, preferably 0.1 MPa or more, more preferably 0.11 MPa or more. The upper limit is usually 20 MPa or less, preferably 10 MPa or less, and more preferably 1 MPa or less.

供給側の気体成分と透過側の気体成分の差圧は特に制限されないが、通常20MPa以
下、好ましくは10MPa以下、より好ましくは5MPa以下、更に好ましくは1MPa
以下である。また、通常0.001MPa以上、好ましくは0.01MPa以上、より好
ましくは0.02MPa以上である。
The differential pressure between the gas component on the supply side and the gas component on the permeation side is not particularly limited, but is usually 20 MPa or less, preferably 10 MPa or less, more preferably 5 MPa or less, still more preferably 1 MPa or less.
It is as follows. Further, it is usually 0.001 MPa or more, preferably 0.01 MPa or more, and more preferably 0.02 MPa or more.

ここで、差圧とは、当該ガスの供給側の分圧と透過側の分圧の差をいう。また、圧力[
Pa]は、特に断りのない限り、絶対圧を指す。
Here, the differential pressure means the difference between the partial pressure on the supply side and the partial pressure on the permeation side of the gas. Also, pressure [
Pa] refers to the absolute pressure unless otherwise specified.

透過側の圧力は特に制限されないが、通常10MPa以下、好ましくは5MPa以下、
より好ましくは1MPa以下、さらに好ましくは0.5MPa以下である。下限値は特に
制限なく、0MPa以上であればよい。0MPaとした時に、透過性の低いガス中の透過
性の大きい気体の濃度を最も低い状態となるまで分離することができる。透過側ガスを高
い圧力のまま使用する用途があれば、透過側圧力は高く設定すればよい。
The pressure on the permeation side is not particularly limited, but is usually 10 MPa or less, preferably 5 MPa or less.
It is more preferably 1 MPa or less, still more preferably 0.5 MPa or less. The lower limit is not particularly limited and may be 0 MPa or more. When it is set to 0 MPa, it is possible to separate the gas having high permeability in the gas having low permeability until the concentration becomes the lowest. If there is an application in which the permeation side gas is used with a high pressure, the permeation side pressure may be set high.

供給ガスの流速は、透過する気体の減少を補うことが可能である程度の流速で、また供
給ガスにおいて、透過性の小さな気体の膜のごく近傍における濃度と、気体全体における
濃度が一致するように、気体を混合できるだけの流速であればよい。具体的には、分離ユ
ニットの管径、膜の分離性能にもよるが、例えば、通常0.5mm/sec以上、この好
ましくは1mm/sec以上であり、上限は特に制限されないが、通常1m/sec以下
、好ましくは0.5m/sec以下である。
The flow velocity of the supply gas should be a certain flow velocity that can compensate for the decrease in the permeated gas, and in the supply gas, the concentration in the immediate vicinity of the film of the gas with low permeability should be the same as the concentration in the entire gas. , The flow rate may be such that the gas can be mixed. Specifically, although it depends on the pipe diameter of the separation unit and the separation performance of the membrane, for example, it is usually 0.5 mm / sec or more, preferably 1 mm / sec or more, and the upper limit is not particularly limited, but is usually 1 m / sec. It is sec or less, preferably 0.5 m / sec or less.

本発明の分離または濃縮方法において、スイープガスを用いてもよい。スイープガスを
用いた方法とは、透過側に供給ガスとは異なる種類の気体を流し、膜を透過した気体を回
収するものである。
スイープガスの圧力は、通常大気圧であるが特に制限はなく、好ましくは20MPa以
下、より好ましくは10MPa以下、更に好ましくは1MPa以下であり、下限は、好ま
しくは0.09MPa以上、より好ましくは0.1MPa以上である。場合によっては、
減圧にして用いても良い。
Sweep gas may be used in the separation or concentration method of the present invention. The method using a sweep gas is to flow a gas of a type different from the supply gas on the permeation side and recover the gas that has permeated the membrane.
The pressure of the sweep gas is usually atmospheric pressure, but is not particularly limited, and is preferably 20 MPa or less, more preferably 10 MPa or less, still more preferably 1 MPa or less, and the lower limit is preferably 0.09 MPa or more, more preferably 0. .1 MPa or more. In some cases,
It may be used with reduced pressure.

スイープガスの流速は、特に制限はないが、通常10−7mol/(m・s)以上1
04mol/(m・s)以下である。
The flow velocity of the sweep gas is not particularly limited, but is usually 10-7 mol / (m 2 · s) or more 1
It is 04 mol / (m 2 · s) or less.

気体混合物の分離に用いる装置は、特に限定されないが、通常はモジュール(分離膜モ
ジュール)にして用いるのが好ましい。常温常圧で気体である気体混合物を分離対象とす
る場合の分離膜モジュールは、例えば、図1及び2に模式的に示したような装置でもよい
し、「ガス分離・精製技術」(株)東レリサーチセンター2007年発行22頁に例示さ
れている膜モジュールを用いてもよい。図1及び2の装置における気体混合物の分離につ
いては、実施例の項において説明する。
The apparatus used for separating the gas mixture is not particularly limited, but it is usually preferable to use it as a module (separation membrane module). The separation membrane module for separating a gas mixture that is a gas at normal temperature and pressure may be, for example, an apparatus schematically shown in FIGS. 1 and 2, or "Gas Separation / Purification Technology" Co., Ltd. The membrane module illustrated on page 22 of the 2007 Toray Research Center may be used. Separation of the gas mixture in the apparatus of FIGS. 1 and 2 will be described in the section of Examples.

また、ベーパーパーミエーション法は、上記のとおり、液体の混合物を気化させてから
分離膜に導入する分離・濃縮方法であるため、蒸留装置と組み合わせて使用することや、
より高温、高圧での分離に用いることができる。またベーパーパーミエーション法は、液
体の混合物を気化させてから分離膜に導入することから、供給液中に含まれる不純物や、
液体状態では会合体やオリゴマーを形成する物質が膜に与える影響を低減することができ
る。本発明のゼオライト膜複合体は、ベーパーパーミエーション法に対しても好適に用い
ることができる。
In addition, as described above, the vapor permeation method is a separation / concentration method in which a mixture of liquids is vaporized and then introduced into a separation membrane, so that it can be used in combination with a distillation apparatus.
It can be used for separation at higher temperature and higher pressure. In the vapor permeation method, a mixture of liquids is vaporized and then introduced into the separation membrane, so impurities contained in the feed solution and impurities are added.
In the liquid state, the influence of substances forming aggregates and oligomers on the membrane can be reduced. The zeolite membrane composite of the present invention can also be suitably used for the vapor permeation method.

ベーパーパーミエーション法で高温での分離を行う場合、一般的に温度が高いほど、ま
た混合物中の透過性の低い成分の濃度が高いほど、例えば有機化合物と水との混合物の場
合、有機化合物の濃度が高いほど分離性能が低下するが、本発明のゼオライト膜複合体は
、高温でも、混合物中の透過性の低い成分の濃度が高い場合でも高い分離性能を発現する
ことができる。そして通常、ベーパーパーミエーション法は、液体混合物を気化させてか
ら分離するため、より過酷な条件での分離が必要とされ、ゼオライト膜複合体の耐久性も
要求される。本発明のゼオライト膜複合体は、高温条件下でも分離が可能な耐久性を有し
ているのでベーパーパーミエーション法に好適である。
When separating at a high temperature by the vapor permeation method, generally, the higher the temperature and the higher the concentration of the less permeable component in the mixture, for example, in the case of a mixture of an organic compound and water, the organic compound The higher the concentration, the lower the separation performance, but the zeolite membrane composite of the present invention can exhibit high separation performance even at a high temperature and when the concentration of a component having low permeability in the mixture is high. And since the vapor permeation method usually vaporizes the liquid mixture and then separates it, separation under more severe conditions is required, and the durability of the zeolite membrane composite is also required. The zeolite membrane composite of the present invention has durability that allows separation even under high temperature conditions, and is therefore suitable for the vapor permeation method.

ベーパーパーミエーション法による気体混合物の分離に用いる装置は、特に限定されな
いが、通常はモジュール(分離膜モジュール)にして用いるのが好ましい。分離膜モジュ
ールは、例えば、図3に模式的に示したような装置でもよい。
The apparatus used for separating the gas mixture by the vapor permeation method is not particularly limited, but it is usually preferable to use it as a module (separation membrane module). The separation membrane module may be, for example, an apparatus as schematically shown in FIG.

図3において、被分離液13は送液ポンプ14によって気化器15に所定流量で送られ
、気化器15での加熱により全量が気化され、被分離ガスとなる。被分離ガスは恒温槽1
6内のゼオライト膜複合体モジュール17に導入され、ゼオライト膜複合体の外側に供給
される。ゼオライト膜複合体モジュール17は、ゼオライト膜複合体を筐体中に納めたも
のである。ゼオライト膜複合体は真空ポンプ21によって内側が減圧される。被分離ガス
との圧力差は、通常約1気圧程度である。内側の圧力は、図示はしないがピラニーゲージ
で測定することができる。この圧力差によって被分離ガス中、透過物質の水がゼオライト
膜複合体を透過する。透過した物質は透過液捕集用トラップ19で捕集される。一方、被
分離ガス中の透過しなかった成分は、被分離液回収用トラップ18で液化、捕集される。
In FIG. 3, the liquid to be separated 13 is sent to the vaporizer 15 at a predetermined flow rate by the liquid feed pump 14, and the entire amount is vaporized by heating in the vaporizer 15 to become a gas to be separated. The gas to be separated is a constant temperature bath 1
It is introduced into the zeolite membrane composite module 17 in 6 and supplied to the outside of the zeolite membrane composite. The zeolite membrane composite module 17 contains the zeolite membrane composite in a housing. The inside of the zeolite membrane composite is decompressed by the vacuum pump 21. The pressure difference from the gas to be separated is usually about 1 atm. The inner pressure can be measured with a Pirani gauge (not shown). Due to this pressure difference, water, which is a permeating substance, permeates the zeolite membrane composite in the gas to be separated. The permeated substance is collected by the permeation liquid collection trap 19. On the other hand, the non-permeated components in the gas to be separated are liquefied and collected by the trap 18 for collecting the liquid to be separated.

(分離性能)
本発明におけるゼオライト膜複合体は、耐薬品性、耐酸化性、耐熱安定性、耐圧性に優
れかつ、高い透過性能、分離性能を発揮し、耐久性に優れた性能を持つ。特に無機ガス、
低級炭化水素の分離に優れた分離性能を示す。
(Separation performance)
The zeolite membrane composite of the present invention is excellent in chemical resistance, oxidation resistance, heat stability and pressure resistance, exhibits high permeation performance and separation performance, and has excellent durability. Especially inorganic gas,
It exhibits excellent separation performance for the separation of lower hydrocarbons.

ここでいう高い透過性能とは、十分な処理量を示し、例えば、膜を透過する気体成分の
パーミエンス(Permeance)[mol・(m・s・Pa)−1]が、例えば二
酸化炭素を、温度50℃、差圧0.1MPaで透過させた場合、通常1×10−9以上、
好ましくは5×10−8以上、より好ましくは1×10−7以上であり、上限は特に限定
されず、通常1×10−4以下である。
The high permeation performance referred to here means a sufficient amount of processing, and for example, the permeance [mol · (m 2 · s · Pa) -1 ] of the gas component that permeates the membrane is, for example, carbon dioxide. When permeated at a temperature of 50 ° C. and a differential pressure of 0.1 MPa, it is usually 1 × 10-9 or more.
It is preferably 5 × 10 -8 or more, more preferably 1 × 10 -7 or more, and the upper limit is not particularly limited and is usually 1 × 10 -4 or less.

また、パーミエンス[mol・(m・s・Pa)−1]は、例えばメタンを同様の条件
で透過させた場合、通常2×10−7以下、好ましく1×10−8以下、より好ましくは
5×10−9以下であり、理想的にはパーミエンスは0であるが、実用上10−10〜1
−14程度以上のオーダーとなる場合がある。
Further, the permeence [mol · (m 2 · s · Pa) -1 ] is usually 2 × 10 -7 or less, preferably 1 × 10 -8 or less, more preferably 1 × 10 -8 or less, when methane is permeated under the same conditions, for example. 5 × and 10 -9 or less, although ideally Pamiensu is 0, practically 10 -10 to 1
It may be on the order of 0-14 or more.

ここで、パーミエンス(Permeance;「透過度」ともいう。)とは、透過する
物質量を、膜面積と時間と透過する物質の供給側と透過側の分圧差の積で割ったものであ
り、単位は、[mol・(m・s・Pa)−1]であり、実施例の項において述べる方
法により算出される値である。
Here, the permeance (also referred to as “permeance”) is obtained by dividing the amount of permeated substance by the product of the film area, time, and the difference in voltage division between the supply side and the permeation side of the permeating substance. The unit is [mol · (m 2 · s · Pa) -1 ], which is a value calculated by the method described in the section of Examples.

また、ゼオライト膜の選択性は理想分離係数、分離係数により表される。理想分離係数
、分離係数は膜分離で一般的に用いられる選択性を表す指標であり、実施例の項において
述べる方法により算出される値である。
The selectivity of the zeolite membrane is represented by the ideal separation coefficient and the separation coefficient. The ideal separation coefficient and the separation coefficient are indexes generally used in membrane separation and represent selectivity, and are values calculated by the method described in the section of Examples.

理想分離係数は、例えば、二酸化炭素とメタンを温度50℃、差圧0.1MPaで透過
させた場合、通常10以上、好ましくは20以上、より好ましくは30以上、さらに好ま
しくは40以上、特に好ましくは50以上である。理想分離係数の上限は完全に二酸化炭
素しか透過しない場合でありその場合は無限大となるが、実用上、分離係数は10万程度
以下となる場合がある。
The ideal separation coefficient is, for example, usually 10 or more, preferably 20 or more, more preferably 30 or more, still more preferably 40 or more, particularly preferably when carbon dioxide and methane are permeated at a temperature of 50 ° C. and a differential pressure of 0.1 MPa. Is 50 or more. The upper limit of the ideal separation coefficient is the case where only carbon dioxide completely permeates, and in that case, it becomes infinite, but in practice, the separation coefficient may be about 100,000 or less.

分離係数は、1:1のモル比で2つの成分を混合した場合には、通常、理想分離係数と
同程度となる。例えば、二酸化炭素とメタンの体積比1:1の混合ガスを、温度50℃、
差圧0.1MPaで透過させた場合、理想分離係数と同じく、通常10以上、好ましくは
20以上、より好ましくは30以上、さらに好ましくは40以上、特に好ましくは50以
上である。分離係数の上限は完全に二酸化炭素しか透過しない場合でありその場合は無限
大となるが、実用上、分離係数は10万程度以下となる場合がある。
The separation coefficient is usually about the same as the ideal separation coefficient when the two components are mixed at a molar ratio of 1: 1. For example, a mixed gas having a volume ratio of carbon dioxide and methane of 1: 1 is used at a temperature of 50 ° C.
When permeated at a differential pressure of 0.1 MPa, it is usually 10 or more, preferably 20 or more, more preferably 30 or more, still more preferably 40 or more, and particularly preferably 50 or more, similar to the ideal separation coefficient. The upper limit of the separation coefficient is a case where only carbon dioxide is completely permeated, and in that case, it becomes infinite, but in practice, the separation coefficient may be about 100,000 or less.

本発明のゼオライト膜複合体は、上記のとおり、耐薬品性、耐酸化性、耐熱安定性、耐
圧性に優れかつ、高い透過性能、分離性能を発揮し、耐久性に優れるものであり、例えば
次のようなガス分離技術として特に好適に用いることができる。
As described above, the zeolite membrane composite of the present invention is excellent in chemical resistance, oxidation resistance, heat stability, pressure resistance, high permeation performance, separation performance, and excellent durability, for example. It can be particularly preferably used as the following gas separation technique.

二酸化炭素分離技術としては、天然ガスからの二酸化炭素の除去、生活系廃棄物などの
有機物の埋め立てにより発生するランドファィルガス(メタン約60%、二酸化炭素40
%、微量の窒素、水蒸気含有)からの二酸化炭素除去等が挙げられる。
As carbon dioxide separation technology, landfill gas (about 60% methane, 40 carbon dioxide) generated by removing carbon dioxide from natural gas and landfilling organic matter such as domestic waste.
%, A small amount of nitrogen, water vapor content), carbon dioxide removal, etc. can be mentioned.

水素分離技術としては、石油精製工業における水素回収、化学工業の各種反応プロセス
における水素回収・精製(水素、一酸化炭素、二酸化炭素、炭化水素等の混合物)、燃料
電池用の高純度水素の製造などがある。燃料電池用の水素製造は、メタンの水蒸気改質反
応により得られ、H、CO、CH、HOの混合ガスから水素の分離が必要とされて
いる。
Hydrogen separation technology includes hydrogen recovery in the petroleum refining industry, hydrogen recovery / purification (mixture of hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrocarbons, etc.) in various reaction processes in the chemical industry, and production of high-purity hydrogen for fuel cells. and so on. Hydrogen production for fuel cells is obtained by a steam reforming reaction of methane, and requires separation of hydrogen from a mixed gas of H 2 , CO, CH 4 , and H 2 O.

そのほか、酸素分離技術として、空気からの酸素富化ガスの製造(医療用、燃焼用酸素
富化空気など)、窒素分離技術として空気からの窒素素富化ガスの製造(防爆用、酸化防
止など)、水蒸気分離(精密機械等の脱湿)、溶存ガス分離(水、有機液体からの脱気)
、有機ガス分離(石油精製工業、石油化学工業における有機ガス分離、オレフィン、パラ
フィンの分離)などが挙げられる。
In addition, as an oxygen separation technology, production of oxygen-enriched gas from air (medical use, oxygen-enriched air for combustion, etc.), and as a nitrogen separation technology, production of nitrogen-enriched gas from air (explosion-proof, antioxidant, etc.) ), Steam separation (dehumidification of precision machinery, etc.), dissolution gas separation (deaeration from water and organic liquid)
, Organic gas separation (separation of organic gas in the petroleum refining industry and petrochemical industry, separation of olefins and paraffins) and the like.

以下、実験例に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えな
い限り、以下の実験例により限定されるものではない。なお、以下の実験例(調製例又は
実施例)における各種の製造条件や評価結果の値は、本発明の実施態様における上限また
は下限の好ましい値としての意味をもつものであり、好ましい範囲は、前記上限または下
限の値と下記実験例(調製例又は実施例)の値または実験例(調製例又は実施例)同士の
値との組合せで規定される範囲であってもよい。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Experimental Examples, but the present invention is not limited to the following Experimental Examples as long as the gist of the present invention is not exceeded. The values of various production conditions and evaluation results in the following experimental examples (preparation examples or examples) have meanings as preferable values of the upper limit or the lower limit in the embodiment of the present invention, and the preferable range is The range may be defined by a combination of the upper and lower limit values and the values of the following experimental examples (preparation examples or examples) or the values of the experimental examples (preparation examples or examples).

また、以下の実験例において、ゼオライト膜の物性及び分離性能は、特に明記しない限
り次の方法で測定した。
(1)X線回折(XRD)
XRD測定は以下の条件に基づき行った。
・装置名:オランダPANalytical社製X’PertPro MPD
・光学系仕様 入射側:封入式X線管球(CuKα)
Soller Slit(0.04rad)
Divergence Slit(Valiable Slit
)
試料台:XYZステージ
受光側:半導体アレイ検出器(X’ Celerator)
Ni−filter
Soller Slit(0.04rad)
ゴニオメーター半径:240mm
・測定条件 X線出力(CuKα):45kV、40mA
走査軸:θ/2θ
走査範囲(2θ):5.0−70.0°
測定モード:Continuous
読込幅:0.05°
計数時間:99.7sec
自動可変スリット(Automatic−DS):1mm(照射幅)
横発散マスク:10mm(照射幅)
Further, in the following experimental examples, the physical characteristics and separation performance of the zeolite membrane were measured by the following methods unless otherwise specified.
(1) X-ray diffraction (XRD)
The XRD measurement was performed based on the following conditions.
-Device name: X'PertPro MPD manufactured by PANalytical in the Netherlands
・ Optical system specifications Incident side: Enclosed X-ray tube (CuKα)
Soller Slit (0.04rad)
Divergence Slit (Variable Slit)
)
Sample stand: XYZ stage
Light receiving side: Semiconductor array detector (X'Celerator)
Ni-filter
Soller Slit (0.04rad)
Goniometer radius: 240mm
-Measurement conditions X-ray output (CuKα): 45 kV, 40 mA
Scanning axis: θ / 2θ
Scanning range (2θ): 5.0-70.0 °
Measurement mode: Continuus
Read width: 0.05 °
Counting time: 99.7 sec
Automatic variable slit (Automatic-DS): 1 mm (irradiation width)
Lateral divergence mask: 10 mm (irradiation width)

なお、X線は円筒管の軸方向に対して垂直な方向に照射した。またX線は、できるだけ
ノイズ等がはいらないように、試料台においた円筒管状の膜複合体と、試料台表面に平行
な面とが接する2つのラインのうち、試料台表面に接するラインではなく、試料台表面よ
り上部にあるもう一方のライン上に主にあたるようにした。
また、照射幅を自動可変スリ・BR>Bトによって1mmに固定して測定し、Materi
alsData, Inc.のXRD解析ソフトJADE 7.5.2(日本語版)を用いて可変
スリット→固定スリット変換を行ってXRDパターンを得た。
The X-rays were emitted in a direction perpendicular to the axial direction of the cylindrical tube. In addition, X-rays are not the lines in contact with the surface of the sample table, out of the two lines in which the cylindrical tubular membrane composite placed on the sample table and the surface parallel to the surface of the sample table are in contact with each other so as to minimize noise. , Mainly on the other line above the surface of the sample table.
In addition, the irradiation width is fixed at 1 mm with an automatically variable pickpocket, BR> B, and measured, and Materi
An XRD pattern was obtained by performing a variable slit-to-fixed slit conversion using the XRD analysis software JADE 7.5.2 (Japanese version) of alsData, Inc.

(2)SEM−EDX
・装置名:SEM:FE−SEM Hitachi:S−4800
EDX:EDAX Genesis
・加速電圧:10kV
倍率5000倍での視野全面(25μm×18μm)を走査し、X線定量分析を行った
(2) SEM-EDX
-Device name: SEM: FE-SEM Hitachi: S-4800
EDX: EDAX Genesis
・ Acceleration voltage: 10kV
The entire field of view (25 μm × 18 μm) at a magnification of 5000 times was scanned, and a quantitative X-ray analysis was performed.

(3)XPS測定
ゼオライト膜表面のXPS(X線光電子分光法)測定を、以下の条件で行った。
・装置名:PHI社製 Quantum2000
・X線源:単色化Al−Kα、出力 16kV−34W(X線発生面積170μmφ)
・帯電中和:電子銃(5μA)、イオン銃(10V)併用
・分光系:パルスエネルギー 187.85eV@ワイドスペクトル
58.70eV@ナロースペクトル(Na1s、Al2p
、Si2p、K2p、S2p)
29.35eV@ワイドスペクトル(C1s、O1s、S
i2p)
・測定領域:スポット照射(照射面積<340μmφ)
・取り出し角:45°(表面より)
(3) XPS measurement XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) measurement of the zeolite membrane surface was performed under the following conditions.
-Device name: Quantum2000 manufactured by PHI
-X-ray source: monochromatic Al-Kα, output 16 kV-34W (X-ray generation area 170 μmφ)
-Charge neutralization: Electron gun (5 μA), ion gun (10 V) combined-Spectroscopic system: Pulse energy 187.85 eV @ wide spectrum
58.70eV @ narrow spectrum (Na1s, Al2p
, Si2p, K2p, S2p)
29.35eV @ wide spectrum (C1s, O1s, S
i2p)
-Measurement area: Spot irradiation (irradiation area <340 μmφ)
・ Extraction angle: 45 ° (from the surface)

(4)空気透過量
大気圧下で、ゼオライト膜複合体の一端を封止し、他端を、気密性を保持した状態で5
kPaの真空ラインに接続して、真空ラインとゼオライト膜複合体の間に設置したマスフ
ローメーターでゼオライト膜複合体を透過した空気の流量を測定し、空気透過量[L/(
・h)]とした。マスフローメーターとしてはKOFLOC社製8300、N2ガス
用、最大流量500ml/min(20℃、1気圧換算)を用いた。KOFLOC社製8
300においてマスフローメーターの表示が10ml/min(20℃、1気圧換算)以
下であるときはLintec社製MM−2100M、Airガス用、最大流量20ml/
min(0℃、1気圧換算)を用いて測定した。
(4) Amount of air permeation Under atmospheric pressure, one end of the zeolite membrane composite is sealed, and the other end is kept airtight.
Connected to the vacuum line of kPa, the flow rate of air permeated through the zeolite membrane composite was measured with a mass flow meter installed between the vacuum line and the zeolite membrane composite, and the air permeation amount [L / (
It was m 2 · h)]. As the mass flow meter, 8300 manufactured by KOFLOC, for N2 gas, and a maximum flow rate of 500 ml / min (20 ° C., 1 atm equivalent) were used. KOFLOC 8
At 300, when the mass flow meter display is 10 ml / min (20 ° C, 1 atm equivalent) or less, Lintec's MM-2100M, for Air gas, maximum flow rate 20 ml /
It was measured using min (0 ° C., converted to 1 atm).

(5)単成分ガス透過試験
単成分ガス透過試験は、図1に模式的に示す装置を用いて、以下のとおり行った。用い
た試料ガスは、二酸化炭素(純度99.9%、高圧ガス工業社製)、メタン(純度99.
999%、ジャパンファインプロダクツ社製)、水素(純度99.99%以上、HORI
BASTEC社製水素発生器OPGU−2200より発生)、窒素(純度99.99%、
東邦酸素工業社製)、ヘリウム(純度99.99、ジャパンヘリウムセンター社製)であ
る。
(5) Single component gas permeation test The single component gas permeation test was carried out as follows using the apparatus schematically shown in FIG. The sample gases used were carbon dioxide (purity 99.9%, manufactured by High Pressure Gas Industry Co., Ltd.) and methane (purity 99.
999%, manufactured by Japan Fine Products Co., Ltd., hydrogen (purity 99.99% or more, HORI
Generated from BASTEC hydrogen generator OPGU-2200), nitrogen (purity 99.99%,
(Made by Toho Oxygen Industry Co., Ltd.), Helium (purity 99.99, manufactured by Japan Helium Center Co., Ltd.).

図1において、円筒形のゼオライト膜複合体1は、ステンレス製の耐圧容器2に格納さ
れた状態で恒温槽(図示せず)に設置されている。恒温槽には、試料ガスの温度調整が可
能なように、温度制御装置が付設されている。
In FIG. 1, the cylindrical zeolite membrane composite 1 is installed in a constant temperature bath (not shown) in a state of being stored in a stainless steel pressure-resistant container 2. A temperature control device is attached to the constant temperature bath so that the temperature of the sample gas can be adjusted.

円筒形のゼオライト膜複合体1の一端は、円柱状のエンドピン3で密封されている。他
端は接続部4で接続され、接続部4の他端は、耐圧容器2と接続されている。円筒形のゼ
オライト膜複合体の内側と、透過ガス8を排出する配管11が、接続部4を介して接続さ
れており、配管11は、耐圧容器2の外側に伸びている。耐圧容器2に通ずるいずれかの
箇所には、試料ガスの供給側の圧力を測る圧力計5が接続されている。各接続部は気密性
よく接続されている。
One end of the cylindrical zeolite membrane composite 1 is sealed with a cylindrical endpin 3. The other end is connected by the connecting portion 4, and the other end of the connecting portion 4 is connected to the pressure resistant container 2. The inside of the cylindrical zeolite membrane composite and the pipe 11 for discharging the permeated gas 8 are connected via a connecting portion 4, and the pipe 11 extends to the outside of the pressure-resistant container 2. A pressure gauge 5 for measuring the pressure on the supply side of the sample gas is connected to any of the locations leading to the pressure-resistant container 2. Each connection is airtightly connected.

図1の装置において、単成分ガス透過試験を行う場合は、試料ガス(供給ガス7)を、
一定の圧力で耐圧容器2とゼオライト膜複合体1の間に供給し、ゼオライト膜複合体を透
過した透過ガス8を、配管11に接続されている流量計(図示せず)にて測定する。
In the device of FIG. 1, when performing a single component gas permeation test, the sample gas (supply gas 7) is used.
The permeated gas 8 supplied between the pressure-resistant container 2 and the zeolite membrane composite 1 at a constant pressure and permeated through the zeolite membrane composite is measured by a flow meter (not shown) connected to the pipe 11.

なお、図2に模式的に示す装置においても、次のとおりガス透過試験を行うことができ
る。
図2において、円筒形のゼオライト膜複合体1は、ステンレス製の耐圧容器2に格納さ
れた状態で、恒温槽(図示せず)に設置されている。恒温槽には、試料ガスの温度調整が
可能なように、温度制御装置が付設されている。
The gas permeation test can also be performed as follows in the apparatus schematically shown in FIG.
In FIG. 2, the cylindrical zeolite membrane composite 1 is installed in a constant temperature bath (not shown) in a state of being stored in a stainless steel pressure-resistant container 2. A temperature control device is attached to the constant temperature bath so that the temperature of the sample gas can be adjusted.

円筒形のゼオライト膜複合体1の一端は、円形のエンドピン3で密封されている。他端
は、接続部4で接続され、接続部4の他端は耐圧容器2と接続されている。円筒形のゼオ
ライト膜複合体の内側と透過ガス8を排出する配管11が、接続部4を介して接続されて
おり、配管11は、耐圧容器2の外側に伸びている。また、ゼオライト膜複合体1には、
配管11を経由して、スイープガス9を供給する配管12が挿入されている。さらに、耐
圧容器2に通ずるいずれかの箇所には、試料ガスの供給側の圧力を測る圧力計5、供給側
の圧力を調整する背圧弁6が接続されている。各接続部は気密性よく接続されている。
One end of the cylindrical zeolite membrane composite 1 is sealed with a circular endpin 3. The other end is connected by a connecting portion 4, and the other end of the connecting portion 4 is connected to the pressure resistant container 2. The inside of the cylindrical zeolite membrane composite and the pipe 11 for discharging the permeated gas 8 are connected via a connecting portion 4, and the pipe 11 extends to the outside of the pressure-resistant container 2. In addition, the zeolite membrane composite 1 has
A pipe 12 for supplying the sweep gas 9 is inserted via the pipe 11. Further, a pressure gauge 5 for measuring the pressure on the supply side of the sample gas and a back pressure valve 6 for adjusting the pressure on the supply side are connected to any of the locations leading to the pressure resistant container 2. Each connection is airtightly connected.

図2の装置において、ガス透過試験を行う場合は、試料ガス(供給ガス7)を、一定の
流量で耐圧容器2とゼオライト膜複合体1の間に供給し、背圧弁6により供給側の圧力を
一定として、配管11から排出される排出ガスの流量を測定する。
In the device of FIG. 2, when performing a gas permeation test, a sample gas (supply gas 7) is supplied between the pressure-resistant container 2 and the zeolite membrane composite 1 at a constant flow rate, and the pressure on the supply side is supplied by the back pressure valve 6. Is constant, the flow rate of the exhaust gas discharged from the pipe 11 is measured.

さらに具体的には、水分や空気などの成分を除去するため、測定温度以上での乾燥、及
び、排気若しくは使用する供給ガスによるパージ処理をした後、試料温度及びゼオライト
膜複合体1の供給ガス7側と透過ガス8側の差圧を一定として、透過ガス流量が安定した
のちに、ゼオライト膜複合体1を透過した試料ガス(透過ガス8)の流量を測定し、ガス
のパーミエンス[mol・(m・s・Pa)−1]を算出する。パーミエンスを計算す
る際の圧力は、供給ガスの供給側と透過側の圧力差(差圧)を用いる。
More specifically, in order to remove components such as moisture and air, after drying at the measurement temperature or higher and purging with the exhaust gas or the supply gas used, the sample temperature and the supply gas of the zeolite membrane composite 1 After the differential pressure between the 7 side and the permeated gas 8 side is kept constant and the permeated gas flow rate is stable, the flow rate of the sample gas (permeated gas 8) that has permeated the zeolite membrane composite 1 is measured, and the gas permeence [mol. (M 2 · s · Pa) -1 ] is calculated. The pressure difference (differential pressure) between the supply side and the permeation side of the supply gas is used as the pressure when calculating the permeence.

上記測定結果に基づき、理想分離係数αを下記式(1)により算出する。
α=(Q1/Q2)/(P1/P2) (1)
〔式(1)中、Q1およびQ2は、それぞれ、透過性の高いガスおよび透過性の低いガス
の透過量[mol・(m・s)−1]を示し、P1およびP2は、それぞれ、供給ガス
である透過性の高いガスおよび透過性の低いガスの圧力[Pa]を示す。〕
Based on the above measurement results, the ideal separation coefficient α is calculated by the following equation (1).
α = (Q1 / Q2) / (P1 / P2) (1)
[In the formula (1), Q1 and Q2 indicate the permeation amount [mol · (m 2 · s) -1 ] of the highly permeable gas and the low permeable gas, respectively, and P1 and P2 are P1 and P2, respectively. The pressure [Pa] of the highly permeable gas and the low permeable gas as the supply gas is shown. ]

また混合ガスの分離において、分離係数α’を求める場合は下記式(2)により算出す
る。
α’=(Q’1/Q’2)/(P’1/P’2) (2)
〔式(2)中、Q’1およびQ’2は、それぞれ、透過性の高いガスおよび透過性の低い
ガスの透過量[mol・(m・s)−1]を示し、P’1およびP’2は、それぞれ、
供給ガスである透過性の高いガスおよび透過性の低いガスの圧力[Pa]を示す。〕
Further, when the separation coefficient α'is calculated in the separation of the mixed gas, it is calculated by the following formula (2).
α'= (Q'1 / Q'2) / (P'1 / P'2) (2)
[In formula (2), Q'1 and Q'2 indicate the permeation amount [mol · (m 2 · s) -1 ] of the highly permeable gas and the low permeable gas, respectively, and P'1 And P'2, respectively
The pressure [Pa] of the highly permeable gas and the low permeable gas as the supply gas is shown. ]

(調製例1)
無機多孔質支持体上にCHA型アルミノ珪酸塩のゼオライトを直接水熱合成することに
より無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。
水熱合成用の反応混合物は次のとおり調製した。
1mol/L−NaOH水溶液44.1g、1mol/L−KOH水溶液29.0g、
に水酸化アルミニウム(Al 53.5質量%含有、アルドリッチ社製)2.52
gを加え、さらに水591gを加えて攪拌し、水酸化アルミニウムを溶解させた。これに
有機テンプレートとして、N,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアンモニウムヒドロ
キシド(以下これを「TMADAOH」と称する。)水溶液(TMADAOH 25質量
%含有、セイケム社製)13.5gを加え、さらにコロイダルシリカ(日産化学社製 ス
ノーテック−40)60.0gを加えて2時間撹拌し、水性反応混合物とした。
(Preparation Example 1)
A CHA-type aluminosilicate zeolite was directly hydrothermally synthesized on the inorganic porous support to prepare an inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite.
The reaction mixture for hydrothermal synthesis was prepared as follows.
1 mol / L-NaOH aqueous solution 44.1 g, 1 mol / L-KOH aqueous solution 29.0 g,
Aluminum hydroxide (containing 53.5% by mass of Al 2 O 3, manufactured by Aldrich) 2.52
g was added, and 591 g of water was further added and stirred to dissolve aluminum hydroxide. As an organic template, 13.5 g of an aqueous solution of N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide (hereinafter referred to as "TMADAOH") (containing 25% by mass of TMADAOH, manufactured by Seichem) was added thereto. 60.0 g of colloidal silica (Snowtech-40 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was added and stirred for 2 hours to prepare an aqueous reaction mixture.

この反応混合物の組成(モル比)は、SiO/Al/NaOH/KOH/H
O/TMADAOH=1/0.033/0.11/0.073/100/0.04、Si
/Al=30である。
The composition (molar ratio) of this reaction mixture is SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2
O / TMADAOH = 1 / 0.033 / 0.11 / 0.073 / 100 / 0.04, Si
O 2 / Al 2 O 3 = 30.

無機多孔質支持体としては、多孔質アルミナチューブ(外径12mm、内径9mm)を
400mmの長さに切断した後、圧空で切断時に生じた粉末を除去したものを使用した。
As the inorganic porous support, a porous alumina tube (outer diameter 12 mm, inner diameter 9 mm) was cut to a length of 400 mm, and then powder generated during cutting was removed by compressed air.

支持体上には水熱合成に先立ち、種結晶を付着させた。上記の方法と同様の方法により
SiO/Al/NaOH/KOH/HO/TMADAOH=1/0.033/
0.1/0.06/40/0.07のゲル組成で160℃、2日間水熱合成して結晶化さ
せた粒径0.5μm程度のCHA型ゼオライトを種結晶として用いた。
Seed crystals were attached to the support prior to hydrothermal synthesis. SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2 O / TMADAOH = 1 / 0.033 / by the same method as the above method.
A CHA-type zeolite having a gel composition of 0.1 / 0.06 / 40 / 0.07 and crystallized by hydrothermal synthesis at 160 ° C. for 2 days and having a particle size of about 0.5 μm was used as a seed crystal.

この種結晶を脱塩水に約0.3質量%に分散させたものに、上記支持体を所定時間浸し
た後、100℃で4時間以上乾燥させて種結晶を付着させた。
The support was immersed in a demineralized water dispersed in about 0.3% by mass of the seed crystals for a predetermined time, and then dried at 100 ° C. for 4 hours or more to attach the seed crystals.

種結晶を付着させた支持体を2本、上記水性反応混合物の入ったテフロン(登録商標)
製内筒(800ml)に垂直方向に浸漬して、オートクレーブを密閉し、160℃で48
時間、静置状態で、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後にゼオライト膜
複合体を反応混合物から取り出し、洗浄後、100℃で4時間以上乾燥させた。
Teflon (registered trademark) containing two supports with seed crystals attached and the above aqueous reaction mixture.
Immerse vertically in the inner cylinder (800 ml), seal the autoclave, and at 160 ° C. 48
It was heated under spontaneous pressure in a stationary state for a long time. After a lapse of a predetermined time, the zeolite membrane composite was taken out from the reaction mixture after allowing to cool, washed, and dried at 100 ° C. for 4 hours or more.

この膜複合体を、それぞれ200mmにカットした後、空気中、電気炉で、500℃、
5時間焼成した。焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結
晶化したCHA型ゼオライトの質量の平均値は196g/mであった。また、焼成後の
空気透過量は81L/(m・h)であった。
After cutting each of these membrane complexes to 200 mm, in air and in an electric furnace, at 500 ° C.
It was fired for 5 hours. The average mass of the CHA-type zeolite crystallized on the support, which was determined from the difference between the mass of the membrane composite after firing and the mass of the support, was 196 g / m 2 . The amount of air permeated after firing was 81 L / (m 2 · h).

生成したゼオライト膜のXRDパターンを図4に示す。図中の*は支持体由来のピーク
である。XRD測定からCHA型ゼオライトが生成していることがわかった。
粉末のCHA型ゼオライト(米国特許第4544538号明細書においてSSZ−13
と一般に呼称されるゼオライト、以下これを「SSZ−13」と称する。)のXRDパタ
ーンを図5に示す。
The XRD pattern of the produced zeolite membrane is shown in FIG. * In the figure is the peak derived from the support. From the XRD measurement, it was found that CHA-type zeolite was produced.
Powdered CHA Zeolite (SSZ-13 in US Pat. No. 4,544,538)
Zeolite, commonly referred to as "SSZ-13". ) Is shown in FIG.

図4から、生成したゼオライト膜のXRDパターンは、粉末のCHA型ゼオライトであ
るSSZ−13のXRDパターン(図5)にくらべ2θ=17.9°付近のピークの強度
が顕著に大きいことがわかる。
粉末のCHA型ゼオライトであるSSZ−13の(2θ=17.9°付近のピークの強
度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=0.2に対し、生成したゼオライト膜
の(2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)
=1.2であり、rhombohedral settingにおける(1,1,1)面への配向が推測された
From FIG. 4, it can be seen that the XRD pattern of the produced zeolite membrane has a significantly higher peak intensity near 2θ = 17.9 ° than the XRD pattern (FIG. 5) of SSZ-13, which is a powdered CHA-type zeolite. ..
For SSZ-13, which is a powdered CHA-type zeolite, (intensity of peak near 2θ = 17.9 °) / (intensity of peak near 2θ = 20.8 °) = 0.2, the formed zeolite membrane (Intensity of peak near 2θ = 17.9 °) / (Intensity of peak near 2θ = 20.8 °)
= 1.2, and the orientation to the (1,1,1) plane in the rhombohedral setting was inferred.

また、SEM−EDXにより測定した、ゼオライト膜のSiO/Alモル比は
34であった。
The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane measured by SEM-EDX was 34.

(実施例1)
調製例1で得られた膜複合体を40mmにカットし、水35gに硝酸鉄(III)9水和
物14.1gを溶かした約0.9Mの硝酸鉄水溶液が入ったテフロン(登録商標)製内筒
(100ml)に入れた。オートクレーブを密閉し、100℃で1時間、静置状態、自生
圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後にゼオライト膜複合体を水溶液から取り
出し、洗浄後、100℃で4時間以上乾燥させた。
(Example 1)
The membrane composite obtained in Preparation Example 1 was cut into 40 mm, and Teflon (registered trademark) containing approximately 0.9 M of an iron nitrate aqueous solution in which 14.1 g of iron (III) nitrate 9hydrate was dissolved in 35 g of water. It was placed in an inner cylinder (100 ml). The autoclave was sealed and heated at 100 ° C. for 1 hour in a stationary state under self-sustaining pressure. After a lapse of a predetermined time, the zeolite membrane composite was taken out from the aqueous solution after allowing to cool, washed, and dried at 100 ° C. for 4 hours or more.

XPSにより測定した、ゼオライト膜表面のFe/Alモル比は0.17であった。 The Fe / Al molar ratio on the surface of the zeolite membrane measured by XPS was 0.17.

硝酸鉄水溶液で処理した上記のCHA型ゼオライト膜複合体を用いて、単成分ガス透過
試験を行った。評価したガスは二酸化炭素、メタン、水素、窒素、ヘリウムである。
A single component gas permeation test was performed using the above CHA-type zeolite membrane composite treated with an aqueous iron nitrate solution. The evaluated gases are carbon dioxide, methane, hydrogen, nitrogen and helium.

まず、前処理として、ゼオライト膜複合体を、140℃で、供給ガス7としてCO
、耐圧容器2とゼオライト膜複合体1との円筒の間に導入して、圧力を約0.16MPa
に保ち、ゼオライト膜複合体1の円筒の内側を0.098MPa(大気圧)として、70
分間以上乾燥し、COの透過量が変化しないことを確認した。
First, as a pretreatment, CO 2 is introduced as a supply gas 7 at 140 ° C. between the cylinder of the pressure vessel 2 and the zeolite membrane composite 1, and the pressure is about 0.16 MPa.
The inside of the cylinder of the zeolite membrane composite 1 is set to 0.098 MPa (atmospheric pressure), and 70
After drying for more than a minute, it was confirmed that the amount of CO 2 permeated did not change.

その後、供給側の圧力を0.20MPaとし、供給ガスを各評価ガスに変更した。この
とき、ゼオライト膜複合体1の供給ガス7側と透過ガス8側の差圧は、0.1MPaであ
った。
After that, the pressure on the supply side was set to 0.20 MPa, and the supply gas was changed to each evaluation gas. At this time, the differential pressure between the supply gas 7 side and the permeation gas 8 side of the zeolite membrane composite 1 was 0.1 MPa.

その後、温度を50℃とし、温度が安定した後に供給ガスを各評価ガスに変更した。こ
のとき、ゼオライト膜複合体1の供給ガス7側と透過ガス8側の差圧は、0.1MPaで
あった。
Then, the temperature was set to 50 ° C., and after the temperature became stable, the supply gas was changed to each evaluation gas. At this time, the differential pressure between the supply gas 7 side and the permeation gas 8 side of the zeolite membrane composite 1 was 0.1 MPa.

このようにして得られた50℃における各ガスのパーミエンスと分離係数を表1に、1
40℃における各ガスのパーミエンスと分離係数を表2に示した。
Table 1 shows the permeence and separation coefficient of each gas at 50 ° C. thus obtained.
Table 2 shows the permeence and separation coefficient of each gas at 40 ° C.

(例1:透過試験例)
調製例1で得られた膜複合体を40mmにカットし、硝酸鉄水溶液で処理せずに用いた
以外は実施例1と同様に、単成分ガス透過試験を行った。得られた50℃における各ガス
のパーミエンスと分離係数を表1に、140℃における各ガスのパーミエンスと分離係数
を表2に示した。
(Example 1: Permeation test example)
The single component gas permeation test was carried out in the same manner as in Example 1 except that the membrane composite obtained in Preparation Example 1 was cut to 40 mm and used without treatment with an aqueous iron nitrate solution. The permeence and separation coefficient of each gas at 50 ° C. obtained are shown in Table 1, and the permeence and separation coefficient of each gas at 140 ° C. are shown in Table 2.

表1と2の結果のとおり、硝酸鉄水溶液の処理により、CO/CH、H/CH
、CO/Nの各分離係数の十分な上昇が確認できた。
As shown in the results of Tables 1 and 2, CO 2 / CH 4 and H 2 / CH 4 were treated with an aqueous iron nitrate solution.
, It was confirmed that each separation coefficient of CO 2 / N 2 was sufficiently increased.

Figure 0006845753
Figure 0006845753

Figure 0006845753
Figure 0006845753

(調製例2)
無機多孔質支持体上にCHA型アルミノ珪酸塩のゼオライトを直接水熱合成することに
より無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。
水熱合成用の反応混合物は次のとおり調製した。
1mol/L−NaOH水溶液12.0g、1mol/L−KOH水溶液8.0g、水
115gを混合したものに水酸化アルミニウム(Al 53.5質量%含有、アル
ドリッチ社製)0.306gを加えて撹拌し溶解させ、透明溶液とした。これに有機テン
プレートとして、N,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアンモニウムヒドロキシド(
以下これを「TMADAOH」と称する。)水溶液(TMADAOH 25質量%含有、
セイケム社製)2.7gを加え、さらにコロイダルシリカ(日産化学社製 スノーテック
−40)12.0gを加えて2時間撹拌し、水性反応混合物とした。
(Preparation Example 2)
A CHA-type aluminosilicate zeolite was directly hydrothermally synthesized on the inorganic porous support to prepare an inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite.
The reaction mixture for hydrothermal synthesis was prepared as follows.
1 mol / L-NaOH aqueous solution 12.0g, 1mol / L-KOH aqueous solution 8.0 g, aluminum hydroxide to a mixture of water 115g (Al 2 O 3 53.5 mass% containing, Aldrich) and 0.306g In addition, it was stirred and dissolved to prepare a transparent solution. As an organic template, N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide (
Hereinafter, this will be referred to as "TMADAOH". ) Aqueous solution (containing 25% by mass of TMADAOH,
2.7 g (manufactured by Seichem) was added, and 12.0 g of colloidal silica (Snowtech-40 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was further added and stirred for 2 hours to prepare an aqueous reaction mixture.

この反応混合物の組成(モル比)は、SiO/Al/NaOH/KOH/H
O/TMADAOH=1/0.01/0.15/0.1/100/0.04、SiO
Al=100である。
The composition (molar ratio) of this reaction mixture is SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2
O / TMADAOH = 1 / 0.01 / 0.15 / 0.1 / 100 / 0.04, SiO 2 /
Al 2 O 3 = 100.

無機多孔質支持体としては、多孔質アルミナチューブ(外径12mm、内径9mm)を
80mmの長さに切断した後、超音波洗浄機で洗浄したのち乾燥させたものを用いた。
As the inorganic porous support, a porous alumina tube (outer diameter 12 mm, inner diameter 9 mm) was cut to a length of 80 mm, washed with an ultrasonic cleaner, and then dried.

種結晶として、SiO/Al/NaOH/KOH/HO/TMADAOH=
1/0.066/0.15/0.1/100/0.04のゲル組成(モル比)で、多孔質ア
ルミナチューブ(外径12mm、内径9mm)存在条件で160℃、2日間水熱合成して
生成した沈澱物を、ろ過、水洗、乾燥して得られたCHA型ゼオライトを用いた。種結晶
の粒径は2〜4μm程度であった。
As a seed crystal, SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2 O / TMADAOH =
With a gel composition (molar ratio) of 1 / 0.066 / 0.15 / 0.1 / 100 / 0.04, hydrothermal heat at 160 ° C. for 2 days in the presence of a porous alumina tube (outer diameter 12 mm, inner diameter 9 mm). A CHA-type zeolite obtained by filtering, washing with water, and drying the synthetically produced precipitate was used. The particle size of the seed crystal was about 2 to 4 μm.

この種結晶をNaOHが0.33質量%、KOHが0.31質量%のアルカリ水溶液に
約1質量%に分散させたものに、上記支持体を所定時間浸した後、100℃で4時間以上
乾燥させて種結晶を付着させた。乾燥後の質量増加は9.9g/mであった。
After immersing the support in an alkaline aqueous solution containing 0.33% by mass of NaOH and 0.31% by mass of KOH at about 1% by mass for a predetermined time, the seed crystal is immersed at 100 ° C. for 4 hours or more. It was dried and the seed crystals were attached. The mass increase after drying was 9.9 g / m 2 .

種結晶を付着させた支持体を、上記水性反応混合物の入ったテフロン(登録商標)製内
筒(200ml)に垂直方向に浸漬して、オートクレーブを密閉し、160℃で48時間
、静置状態で、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後に支持体−ゼオライ
ト膜複合体を反応混合物から取り出し、洗浄後、100℃で4時間以上乾燥させた。
The support to which the seed crystal is attached is vertically immersed in a Teflon (registered trademark) inner cylinder (200 ml) containing the above aqueous reaction mixture, the autoclave is sealed, and the autoclave is allowed to stand at 160 ° C. for 48 hours. Then, it was heated under the autoclave. After a lapse of a predetermined time, the support-zeolite membrane composite was taken out from the reaction mixture after allowing to cool, washed, and dried at 100 ° C. for 4 hours or more.

この膜複合体を、空気中、電気炉で、500℃、10時間焼成した。このときの昇温速
度と降温速度はともに0.5℃/分とした。焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差
から求めた、支持体上に結晶化したCHA型ゼオライトの質量は122g/mであった
。また、焼成後の空気透過量は570L/(m・h)であった。
This membrane composite was calcined in air at 500 ° C. for 10 hours in an electric furnace. At this time, both the temperature rising rate and the temperature lowering rate were set to 0.5 ° C./min. The mass of the CHA-type zeolite crystallized on the support, which was determined from the difference between the mass of the membrane composite after firing and the mass of the support, was 122 g / m 2 . The amount of air permeated after firing was 570 L / (m 2 · h).

生成したゼオライト膜のXRDパターンを図6に示す。図中の*は支持体由来のピーク
である。XRD測定からCHA型ゼオライトが生成していることがわかった。また(2θ
=9.6°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=3.4、
(2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=
0.34であった。図5の粉末のCHA型ゼオライトのXRDパターンと比べて、調製例
2で得られたゼオライト膜のXRDパターンは(2θ=17.9°付近のピークの強度)
/(2θ=20.8°付近のピークの強度)は同程度にあるのに対して(2θ=9.6°
付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)は高く、rhombohedral
settingにおける(1,0,0)面への配向が推測された。
The XRD pattern of the produced zeolite membrane is shown in FIG. * In the figure is the peak derived from the support. From the XRD measurement, it was found that CHA-type zeolite was produced. Also (2θ
= Intensity of peak near 9.6 °) / (Intensity of peak near 2θ = 20.8 °) = 3.4,
(Intensity of peak near 2θ = 17.9 °) / (Intensity of peak near 2θ = 20.8 °) =
It was 0.34. Compared with the XRD pattern of the powdered CHA-type zeolite of FIG. 5, the XRD pattern of the zeolite membrane obtained in Preparation Example 2 is (the intensity of the peak near 2θ = 17.9 °).
/ (Intensity of peak near 2θ = 20.8 °) is about the same, while (2θ = 9.6 °)
(Intensity of peak in the vicinity) / (Intensity of peak in the vicinity of 2θ = 20.8 °) is high, rhombohedral
The orientation to the (1,0,0) plane in the setting was inferred.

またSEM−EDXにより測定した、ゼオライト膜のSiO/Alモル比は4
0.2であった。
The SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of the zeolite membrane measured by SEM-EDX is 4
It was 0.2.

(実施例2)
調製例2で得られた膜複合体を30mmにカットし、水25gに硝酸鉄(III)9水和
物2.12gを溶かした0.2Mの硝酸鉄水溶液が入ったテフロン(登録商標)製内筒(
100ml)に入れた。オートクレーブを密閉し、100℃で1時間、静置状態、自生圧
力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後に支持体−ゼオライト膜複合体を水溶液か
ら取り出し、洗浄後、100℃で4時間以上乾燥させた。
(Example 2)
The membrane composite obtained in Preparation Example 2 was cut into 30 mm, and made of Teflon (registered trademark) containing a 0.2 M aqueous iron nitrate solution in which 2.12 g of iron (III) nitrate 9hydrate was dissolved in 25 g of water. Inner cylinder (
100 ml). The autoclave was sealed and heated at 100 ° C. for 1 hour in a stationary state under self-sustaining pressure. After a lapse of a predetermined time, the support-zeolite membrane composite was taken out from the aqueous solution after allowing to cool, washed, and dried at 100 ° C. for 4 hours or more.

その後、実施例1と同様に、単成分ガス透過試験を行った。得られた50℃における各
ガスのパーミエンスと分離係数を表3に、140℃における各ガスのパーミエンスと分離
係数を表4に示した。
Then, the single component gas permeation test was carried out in the same manner as in Example 1. The permeence and separation coefficient of each gas at 50 ° C. obtained are shown in Table 3, and the permeence and separation coefficient of each gas at 140 ° C. are shown in Table 4.

(例2:透過試験例)
調製例2で得られた膜複合体を40mmにカットし、硝酸鉄水溶液で処理せずに用いた
以外は実施例1と同様に、単成分ガス透過試験を行った。得られた50℃における各ガス
のパーミエンスと分離係数を表3に、140℃における各ガスのパーミエンスと分離係数
を表4に示した。
(Example 2: Permeation test example)
A single component gas permeation test was carried out in the same manner as in Example 1 except that the membrane composite obtained in Preparation Example 2 was cut to 40 mm and used without being treated with an aqueous iron nitrate solution. The permeence and separation coefficient of each gas at 50 ° C. obtained are shown in Table 3, and the permeence and separation coefficient of each gas at 140 ° C. are shown in Table 4.

表3と4の結果のとおり、SiO/Alモル比が40.2であるようなアルミ
ニウムの少ないゼオライト膜複合体でも硝酸鉄水溶液の処理による十分な分離係数の上昇
が確認できた。
As shown in the results of Tables 3 and 4, it was confirmed that the separation coefficient was sufficiently increased by the treatment with the iron nitrate aqueous solution even in the zeolite membrane composite having a small amount of aluminum such that the SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio was 40.2. ..

Figure 0006845753
Figure 0006845753

Figure 0006845753
Figure 0006845753

(調製例3)
無機多孔質支持体上にCHA型アルミノ珪酸塩のゼオライトを直接水熱合成することに
より無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。
水熱合成用の反応混合物は次のとおり調製した。
1mol/L−NaOH水溶液60.1g、1mol/L−KOH水溶液40.0g、
に水酸化アルミニウム(Al 53.5質量%含有、アルドリッチ社製)5.03
gを加え、さらに水574gを加えて攪拌し、水酸化アルミニウムを溶解させた。これに
有機テンプレートとして、N,N,N−トリメチル−1−アダマンタンアンモニウムヒドロ
キシド(以下これを「TMADAOH」と称する。)水溶液(TMADAOH 25質量
%含有、セイケム社製)13.5gを加え、さらにコロイダルシリカ(日産化学社製 ス
ノーテック−40)60.1gを加えて2時間撹拌し、水性反応混合物とした。
(Preparation Example 3)
A CHA-type aluminosilicate zeolite was directly hydrothermally synthesized on the inorganic porous support to prepare an inorganic porous support-CHA-type zeolite membrane composite.
The reaction mixture for hydrothermal synthesis was prepared as follows.
1 mol / L-NaOH aqueous solution 60.1 g, 1 mol / L-KOH aqueous solution 40.0 g,
Aluminum hydroxide (containing 53.5% by mass of Al 2 O 3, manufactured by Aldrich) 5.03
G was added, and 574 g of water was further added and stirred to dissolve aluminum hydroxide. As an organic template, 13.5 g of an aqueous solution of N, N, N-trimethyl-1-adamantanammonium hydroxide (hereinafter referred to as "TMADAOH") (containing 25% by mass of TMADAOH, manufactured by Seichem) was added thereto. 60.1 g of colloidal silica (Snowtech-40 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was added and stirred for 2 hours to prepare an aqueous reaction mixture.

水性反応混合物の組成(モル比)は、SiO/Al/NaOH/KOH/H
O/TMADAOH=1/0.066/0.15/0.1/100/0.04、SiO
/Al=15である。
The composition (molar ratio) of the aqueous reaction mixture is SiO 2 / Al 2 O 3 / NaOH / KOH / H 2
O / TMADAOH = 1 / 0.066 / 0.15 / 0.1 / 100 / 0.04, SiO 2
/ Al 2 O 3 = 15.

焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したCHA
型ゼオライトの質量の平均値は116g/mであった。また、焼成後の空気透過量は1
20L/(m・h)であった。
CHA crystallized on the support obtained from the difference between the mass of the film composite after firing and the mass of the support
The average mass of the type zeolite was 116 g / m 2 . In addition, the amount of air permeation after firing is 1.
It was 20 L / (m 2 · h).

生成したゼオライト膜のXRDパターンを図7に示す。図中の*は支持体由来のピーク
である。XRD測定からCHA型ゼオライトが生成していることがわかった。
図7から、生成したゼオライト膜のXRDパターンは、粉末のCHA型ゼオライトであ
るSSZ−13のXRDパターン(図5)にくらべ2θ=17.9°付近のピークの強度
が顕著に大きいことがわかる。
The XRD pattern of the produced zeolite membrane is shown in FIG. * In the figure is the peak derived from the support. From the XRD measurement, it was found that CHA-type zeolite was produced.
From FIG. 7, it can be seen that the XRD pattern of the produced zeolite membrane has a significantly higher peak intensity near 2θ = 17.9 ° than the XRD pattern (FIG. 5) of SSZ-13, which is a powdered CHA-type zeolite. ..

粉末のCHA型ゼオライトであるSSZ−13の(2θ=9.6°付近のピークの強度
)/(2θ=20. 8°付近のピークの強度)=5.7に対し、生成したゼオライト膜の
(2θ=17.9°付近のピークの強度)/(2θ=20.8°付近のピークの強度)=
6.4であり、rhombohedral settingにおける(1,0,0)面、(1,1,1)面への
配向が推測された。
For SSZ-13, which is a powdered CHA-type zeolite, (intensity of peak near 2θ = 9.6 °) / (intensity of peak near 2θ = 20.8 °) = 5.7, of the produced zeolite membrane (Intensity of peak near 2θ = 17.9 °) / (Intensity of peak near 2θ = 20.8 °) =
It was 6.4, and the orientation toward the (1,0,0) plane and the (1,1,1) plane in the rhombohedral setting was estimated.

(実施例3)
調製例3で得られた膜複合体を40mmにカットし、水31.2gに硝酸ランタン6水
和物15.2gを溶かした約1Mの硝酸ランタン水溶液が入ったテフロン(登録商標)製
内筒(100ml)に入れた。オートクレーブを密閉し、100℃で1時間、静置状態、
自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後にゼオライト膜複合体を水溶液から
取り出し、洗浄後、100℃で4時間以上乾燥させた。
(Example 3)
The membrane composite obtained in Preparation Example 3 was cut into 40 mm, and an inner cylinder made of Teflon (registered trademark) containing about 1 M aqueous solution of lanthanum nitrate in which 15.2 g of lanthanum nitrate hexahydrate was dissolved in 31.2 g of water. It was placed in (100 ml). Seal the autoclave and let it stand at 100 ° C for 1 hour.
It was heated under self-sustaining pressure. After a lapse of a predetermined time, the zeolite membrane composite was taken out from the aqueous solution after allowing to cool, washed, and dried at 100 ° C. for 4 hours or more.

その後、実施例1と同様に、単成分ガス透過試験を行った。得られた50℃における各
ガスのパーミエンスと分離係数を表5に、140℃における各ガスのパーミエンスと分離
係数を表6に示した。
Then, the single component gas permeation test was carried out in the same manner as in Example 1. The permeence and separation coefficient of each gas at 50 ° C. obtained are shown in Table 5, and the permeence and separation coefficient of each gas at 140 ° C. are shown in Table 6.

(実施例4)
調製例3で得られた膜複合体を40mmにカットし、水29.3gに硝酸クロム9水和
物14.0gを溶かした約1Mの硝酸クロム水溶液が入ったテフロン(登録商標)製内筒
(100ml)に入れた。オートクレーブを密閉し、100℃で1時間、静置状態、自生
圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後にゼオライト膜複合体を水溶液から取り
出し、洗浄後、100℃で4時間以上乾燥させた。
(Example 4)
The membrane composite obtained in Preparation Example 3 was cut into 40 mm, and an inner cylinder made of Teflon (registered trademark) containing an approximately 1 M aqueous solution of chromium nitrate in which 14.0 g of chromium nineahydrate nitrate was dissolved in 29.3 g of water. It was placed in (100 ml). The autoclave was sealed and heated at 100 ° C. for 1 hour in a stationary state under self-sustaining pressure. After a lapse of a predetermined time, the zeolite membrane composite was taken out from the aqueous solution after allowing to cool, washed, and dried at 100 ° C. for 4 hours or more.

その後、実施例1と同様に、単成分ガス透過試験を行った。得られた50℃における各
ガスのパーミエンスと分離係数を表5に、140℃における各ガスのパーミエンスと分離
係数を表6に示した。
Then, the single component gas permeation test was carried out in the same manner as in Example 1. The permeence and separation coefficient of each gas at 50 ° C. obtained are shown in Table 5, and the permeence and separation coefficient of each gas at 140 ° C. are shown in Table 6.

(実施例5)
調製例3で得られた膜複合体を40mmにカットし、水33.9gに硝酸ジルコニル2
水和物9.6gを溶かした約1Mの硝酸ジルコニル水溶液が入ったテフロン(登録商標)
製内筒(100ml)に入れた。オートクレーブを密閉し、100℃で1時間、静置状態
、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後にゼオライト膜複合体を水溶液か
ら取り出し、洗浄後、100℃で4時間以上乾燥させた。
(Example 5)
The membrane complex obtained in Preparation Example 3 was cut to 40 mm, and zirconyl nitrate 2 was added to 33.9 g of water.
Teflon (registered trademark) containing about 1 M aqueous solution of zirconyl nitrate in which 9.6 g of hydrate is dissolved.
It was placed in an inner cylinder (100 ml). The autoclave was sealed and heated at 100 ° C. for 1 hour in a stationary state under self-sustaining pressure. After a lapse of a predetermined time, the zeolite membrane composite was taken out from the aqueous solution after allowing to cool, washed, and dried at 100 ° C. for 4 hours or more.

その後、実施例1と同様に、単成分ガス透過試験を行った。得られた50℃における各
ガスのパーミエンスと分離係数を表5に、140℃における各ガスのパーミエンスと分離
係数を表6に示した。
Then, the single component gas permeation test was carried out in the same manner as in Example 1. The permeence and separation coefficient of each gas at 50 ° C. obtained are shown in Table 5, and the permeence and separation coefficient of each gas at 140 ° C. are shown in Table 6.

(実施例6)
調製例3で得られた膜複合体を40mmにカットし、水31.2gに硝酸マグネシウム
6水和物8.9gを溶かした約1Mの硝酸マグネシウム水溶液が入ったテフロン(登録商
標)製内筒(100ml)に入れた。オートクレーブを密閉し、100℃で1時間、静置
状態、自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後にゼオライト膜複合体を水溶
液から取り出し、洗浄後、100℃で4時間以上乾燥させた。
(Example 6)
The membrane composite obtained in Preparation Example 3 was cut into 40 mm, and an inner cylinder made of Teflon (registered trademark) containing about 1 M magnesium nitrate aqueous solution in which 8.9 g of magnesium nitrate hexahydrate was dissolved in 31.2 g of water. It was placed in (100 ml). The autoclave was sealed and heated at 100 ° C. for 1 hour in a stationary state under self-sustaining pressure. After a lapse of a predetermined time, the zeolite membrane composite was taken out from the aqueous solution after allowing to cool, washed, and dried at 100 ° C. for 4 hours or more.

その後、実施例1と同様に、単成分ガス透過試験を行った。得られた50℃における各
ガスのパーミエンスと分離係数を表5に、140℃における各ガスのパーミエンスと分離
係数を表6に示した。
Then, the single component gas permeation test was carried out in the same manner as in Example 1. The permeence and separation coefficient of each gas at 50 ° C. obtained are shown in Table 5, and the permeence and separation coefficient of each gas at 140 ° C. are shown in Table 6.

(実施例7)
調製例3で得られた膜複合体を40mmにカットし、水30.0gに硝酸ガリウム8水
和物14.0gを溶かした約1Mの硝酸ガリウム水溶液が入ったテフロン(登録商標)製
内筒(100ml)に入れた。オートクレーブを密閉し、100℃で1時間、静置状態、
自生圧力下で加熱した。所定時間経過後、放冷した後にゼオライト膜複合体を水溶液から
取り出し、洗浄後、100℃で4時間以上乾燥させた。
(Example 7)
The membrane composite obtained in Preparation Example 3 was cut into 40 mm, and an inner cylinder made of Teflon (registered trademark) containing about 1 M gallium nitrate aqueous solution in which 14.0 g of gallium nitrate octahydrate was dissolved in 30.0 g of water. It was placed in (100 ml). Seal the autoclave and let it stand at 100 ° C for 1 hour.
It was heated under self-sustaining pressure. After a lapse of a predetermined time, the zeolite membrane composite was taken out from the aqueous solution after allowing to cool, washed, and dried at 100 ° C. for 4 hours or more.

その後、実施例1と同様に、単成分ガス透過試験を行った。得られた50℃における各
ガスのパーミエンスと分離係数を表5に、140℃における各ガスのパーミエンスと分離
係数を表6に示した。
Then, the single component gas permeation test was carried out in the same manner as in Example 1. The permeence and separation coefficient of each gas at 50 ° C. obtained are shown in Table 5, and the permeence and separation coefficient of each gas at 140 ° C. are shown in Table 6.

(実施例8)
実施例3で得た約1Mの硝酸ランタン水溶液で処理した膜を洗浄、乾燥後に300℃で
4時間焼成した。
(Example 8)
The membrane treated with the approximately 1 M aqueous solution of lanthanum nitrate obtained in Example 3 was washed, dried, and then calcined at 300 ° C. for 4 hours.

その後、実施例1と同様に、単成分ガス透過試験を行った。得られた50℃における各
ガスのパーミエンスと分離係数を表5に、140℃における各ガスのパーミエンスと分離
係数を表6に示した。
Then, the single component gas permeation test was carried out in the same manner as in Example 1. The permeence and separation coefficient of each gas at 50 ° C. obtained are shown in Table 5, and the permeence and separation coefficient of each gas at 140 ° C. are shown in Table 6.

(実施例9)
実施例6で得た約1Mの硝酸マグネシウム水溶液で処理した膜を洗浄、乾燥後に300
℃で4時間焼成した。
(Example 9)
The membrane treated with the approximately 1 M magnesium nitrate aqueous solution obtained in Example 6 was washed and dried, and then 300.
It was calcined at ° C. for 4 hours.

その後、実施例1と同様に、単成分ガス透過試験を行った。得られた50℃における各
ガスのパーミエンスと分離係数を表5に、140℃における各ガスのパーミエンスと分離
係数を表6に示した。
Then, the single component gas permeation test was carried out in the same manner as in Example 1. The permeence and separation coefficient of each gas at 50 ° C. obtained are shown in Table 5, and the permeence and separation coefficient of each gas at 140 ° C. are shown in Table 6.

(実施例10)
実施例7で得た約1Mの硝酸ガリウム水溶液で処理した膜を洗浄、乾燥後に300℃で
4時間焼成した。
(Example 10)
The film treated with the approximately 1 M gallium nitrate aqueous solution obtained in Example 7 was washed, dried, and then calcined at 300 ° C. for 4 hours.

その後、実施例1と同様に、単成分ガス透過試験を行った。得られた50℃における各
ガスのパーミエンスと分離係数を表5に、140℃における各ガスのパーミエンスと分離
係数を表6に示した。
Then, the single component gas permeation test was carried out in the same manner as in Example 1. The permeence and separation coefficient of each gas at 50 ° C. obtained are shown in Table 5, and the permeence and separation coefficient of each gas at 140 ° C. are shown in Table 6.

(例3:透過試験例)
調製例3で得られた膜複合体を40mmにカットし、硝酸金属塩水溶液で処理せずに用
いた以外は実施例1と同様に、単成分ガス透過試験を行った。得られた50℃における各
ガスのパーミエンスと分離係数を表5に、140℃における各ガスのパーミエンスと分離
係数を表6に示した。
(Example 3: Permeation test example)
A single component gas permeation test was carried out in the same manner as in Example 1 except that the membrane composite obtained in Preparation Example 3 was cut to 40 mm and used without being treated with an aqueous solution of a metal nitrate. The permeence and separation coefficient of each gas at 50 ° C. obtained are shown in Table 5, and the permeence and separation coefficient of each gas at 140 ° C. are shown in Table 6.

Figure 0006845753
Figure 0006845753

Figure 0006845753
Figure 0006845753

本発明は産業上の任意の分野に使用可能であるが、例えば、化学工業プラント、天然ガ
スの精製プラント、生ゴミなどからバイオガスを発生させるプラント等の気体混合物(ガ
ス)の分離が必要とされる分野において、また例えば、化学工業プラント、発酵プラント
、精密電子部品工場、電池製造工場等の含水有機化合物から水を分離し、有機化合物の回
収などが必要とされる分野において、特に好適に使用することができる。
The present invention can be used in any industrial field, but requires separation of a gas mixture (gas) such as a chemical industry plant, a natural gas refining plant, or a plant that generates biogas from garbage. Especially suitable in the field where water is separated from a hydrous organic compound such as a chemical industry plant, a fermentation plant, a precision electronic parts factory, a battery manufacturing factory, etc., and recovery of the organic compound is required. Can be used.

1:ゼオライト膜複合体
2:耐圧容器
3:エンドピン
4:接続部
5:圧力計
6:背圧弁
7:供給ガス
8:透過ガス
9:スイープガス
10:排出ガス
11:透過ガス排出用配管
12:スイープガス導入用配管
13:被分離液
14:送液ポンプ
15:気化器
16:恒温槽
17:ゼオライト膜複合体モジュール
18:被分離液回収用トラップ
19:透過液捕集用トラップ
20:コールドトラップ
21:真空ポンプ
1: Zeolite membrane composite 2: Pressure-resistant container 3: End pin 4: Connection part 5: Pressure gauge 6: Back pressure valve 7: Supply gas 8: Permeated gas 9: Sweep gas 10: Exhaust gas 11: Permeated gas discharge pipe 12: Sweep gas introduction pipe 13: Liquid to be separated 14: Liquid feed pump 15: Vaporizer 16: Constant temperature bath 17: Zeolium membrane composite module 18: Trap for collecting liquid to be separated 19: Trap for collecting permeate 20: Cold trap 21: Vacuum pump

Claims (4)

無機多孔質支持体上にAlを除く2価以上の金属を含有するゼオライト膜を有する多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法であって、
該ゼオライト膜におけるゼオライトがCHA型ゼオライトであり、
該多孔質支持体−ゼオライト膜複合体は二酸化炭素を含む気体混合物の分離に用いられるものであり、
無機多孔質支持体上にゼオライト膜を形成し、該ゼオライト膜にAlを除く2価以上の金属よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を
金属元素源化合物の濃度が0.05〜3モル/Lである溶液に無機多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜(膜複合体)を浸漬する、
該溶液を膜複合体にスプレーする、
または該溶液を膜複合体に滴下することにより含有させた後、500℃以下の温度で焼成することを特徴とする、金属含有ゼオライト膜複合体の製造方法。
A method for producing a porous support-zeolite membrane composite having a zeolite membrane containing a divalent or higher valent metal excluding Al on an inorganic porous support.
The zeolite in the zeolite membrane is a CHA-type zeolite.
The porous support-zeolite membrane composite is used for separating a gas mixture containing carbon dioxide.
The zeolite film is formed on an inorganic porous support, at least one metal selected from the group consisting of divalent or higher valent metal except Al in the zeolite membrane the concentration of the metal source compound 0.05-3 Immerse the zeolite membrane (membrane composite) formed on the inorganic porous support in a solution of mol / L.
Spray the solution onto the membrane complex,
Alternatively, a method for producing a metal-containing zeolite membrane composite, which comprises adding the solution to the membrane composite by dropping it and then firing it at a temperature of 500 ° C. or lower.
該膜複合体を0〜180℃の該溶液に浸漬させる、請求項1に記載の金属含有ゼオライト膜複合体の製造方法。 The method for producing a metal-containing zeolite membrane composite according to claim 1, wherein the membrane composite is immersed in the solution at 0 to 180 ° C. 該ゼオライト膜は、有機テンプレートを含有する水性反応混合物を用いて、水熱合成により無機多孔質支持体上にゼオライトを結晶化させて形成される、請求項1または2に記載の金属含有ゼオライト膜複合体の製造方法。 The metal-containing zeolite membrane according to claim 1 or 2, wherein the zeolite membrane is formed by crystallizing zeolite on an inorganic porous support by hydrothermal synthesis using an aqueous reaction mixture containing an organic template. Method for producing a complex. 多孔質支持体−ゼオライト膜複合体が二酸化炭素とメタンの分離に用いられる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の金属含有ゼオライト膜複合体の製造方法。 The method for producing a metal-containing zeolite membrane composite according to any one of claims 1 to 3, wherein the porous support-zeolite membrane composite is used for separating carbon dioxide and methane.
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