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JP2001198431A - Permeable membrane, method for preparing zeolite membrane, fuel cell system, steam reforming apparatus, electrolytic capacitor and separating method - Google Patents

Permeable membrane, method for preparing zeolite membrane, fuel cell system, steam reforming apparatus, electrolytic capacitor and separating method

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Publication number
JP2001198431A
JP2001198431A JP2000011921A JP2000011921A JP2001198431A JP 2001198431 A JP2001198431 A JP 2001198431A JP 2000011921 A JP2000011921 A JP 2000011921A JP 2000011921 A JP2000011921 A JP 2000011921A JP 2001198431 A JP2001198431 A JP 2001198431A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
zeolite
membrane
hydrogen
permeable membrane
mol
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000011921A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Ozeki
雄治 尾関
Masato Yoshikawa
正人 吉川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Priority to JP2000011921A priority Critical patent/JP2001198431A/en
Publication of JP2001198431A publication Critical patent/JP2001198431A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a permeable membrane that allows selectively to permeate hydrogen from a vapor of water or ethylene glycol, a fuel cell system and an electrolytic capacitor containing the permeable membrane. SOLUTION: The permeable membrane having a ratio between a hydrogen permeation speed and a water vapor permeation speed which is not less than a specific ratio is used.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水蒸気やエチレン
グリコールより水素を選択的に透過する膜に関するもの
である。該透過膜は、水、エチレングリコール、γーブ
チロラクトン、およびアンモニア等の極性の高い化合物
蒸気が存在する条件下での、ガスの分離あるいは透過に
好適に用いられる。該透過膜は、勿論、極性の高い化合
物蒸気が存在しない状況下での種々のガス透過用の膜、
または液透過用の膜としても使用することができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a membrane for selectively permeating hydrogen from water vapor and ethylene glycol. The permeable membrane is suitably used for gas separation or permeation under a condition in which a highly polar compound vapor such as water, ethylene glycol, γ-butyrolactone, and ammonia exists. The permeable membrane is, of course, a membrane for various gas permeation in the absence of a highly polar compound vapor,
Alternatively, it can be used as a liquid-permeable membrane.

【0002】本発明はまた、この透過膜の応用および関
連技術に関するものである。本発明の透過膜は、例え
ば、燃料電池や電解コンデンサ等の用途に使用すること
ができる。
[0002] The present invention also relates to the application of the permeable membrane and related techniques. The permeable membrane of the present invention can be used for applications such as fuel cells and electrolytic capacitors.

【0003】燃料電池は燃料として水素を使用するが、
この水素は直接水素の供給を受けるか、メタノール、メ
タンやガソリン等の炭化水素を水蒸気などで改質するこ
とによって得られる。直接水素を供給するシステムは、
システムの構造を簡略化できる点で有利である。しか
し、高圧水素ボンベや液体水素タンクを用いた場合、安
全性や重量の点で問題であり、水素吸蔵合金を用いた場
合、価格と重量の点が問題となる。また、水素を供給す
るためのインフラが整備されていない点でも問題であ
る。一方、炭化水素を改質する方法は、改質器などが必
要となりシステムの構造が複雑化するが、燃料貯蔵部が
軽量であり、燃料を供給するインフラの整備が水素より
容易と考えられる。炭化水素の改質に水蒸気を用いた場
合、改質器で以下の反応が起こる。
[0003] Fuel cells use hydrogen as fuel,
This hydrogen is obtained by directly receiving the supply of hydrogen or by reforming a hydrocarbon such as methanol, methane or gasoline with steam or the like. The system for supplying hydrogen directly
This is advantageous in that the structure of the system can be simplified. However, when a high-pressure hydrogen cylinder or a liquid hydrogen tank is used, safety and weight are problems. When a hydrogen storage alloy is used, price and weight are problems. Another problem is that the infrastructure for supplying hydrogen has not been established. On the other hand, the method of reforming hydrocarbons requires a reformer and the like, which complicates the structure of the system. However, it is considered that the fuel storage unit is lightweight and the maintenance of the fuel supply infrastructure is easier than hydrogen. When steam is used for reforming hydrocarbons, the following reaction occurs in the reformer.

【0004】[0004]

【数1】 (Equation 1)

【0005】この反応は平衡反応であるため、改質器か
ら水素と二酸化炭素を選択的に除去できれば、反応をよ
り進めることができる。従って、反応原料である水より
反応生成物である水素を選択的に透過する膜は極めて重
要である。
[0005] Since this reaction is an equilibrium reaction, if hydrogen and carbon dioxide can be selectively removed from the reformer, the reaction can be further promoted. Therefore, a membrane that selectively permeates hydrogen as a reaction product from water as a reaction raw material is extremely important.

【0006】また、改質ガスには以下に示すシフト反応
により微量の一酸化炭素が混入する。
[0006] A small amount of carbon monoxide is mixed into the reformed gas by the following shift reaction.

【0007】[0007]

【数2】 (Equation 2)

【0008】一酸化炭素は燃料電極上の触媒を被毒する
ことが知られている。従って、改質反応系から素早くH
2とCO2を除去できればCOの生成を抑えることができ
る。また、一酸化炭素より水素を選択的に透過する膜
は、燃料電極の被毒物質である一酸化炭素を除去するこ
ともでき更に有用である。この場合も、水より水素を選
択的に透過する膜でないと、改質ガス中に共存する水が
膜の細孔内に吸着され、水素の透過量が少なくなる。従
って、水より水素を選択的に透過する膜は、水蒸気の存
在下での水素/一酸化炭素ガスの分離においても、極め
て重要である。
[0008] Carbon monoxide is known to poison catalysts on fuel electrodes. Therefore, H is quickly released from the reforming reaction system.
If CO 2 and CO 2 can be removed, the generation of CO can be suppressed. Further, a membrane that selectively permeates hydrogen from carbon monoxide is more useful because it can remove carbon monoxide, which is a poisoning substance of the fuel electrode. Also in this case, if the membrane does not selectively transmit hydrogen than water, water coexisting in the reformed gas is adsorbed in the pores of the membrane, and the amount of permeated hydrogen decreases. Therefore, a membrane that selectively permeates hydrogen over water is also extremely important in separating hydrogen / carbon monoxide gas in the presence of water vapor.

【0009】本発明の透過膜を電解コンデンサに用いる
こともできる。電解コンデンサは密封容器内に電解液を
保持しており、電解コンデンサ作動中に電解液が徐々に
分解し、水素ガスが発生する。発生した水素ガスの圧力
により電解コンデンサが破損を引き起こしていた。本発
明の透過膜を用いると、電解コンデンサの寿命を、十分
に引き伸ばすことができ、かつ電解コンデンサの使用中
の安全も確保することができる。
The permeable membrane of the present invention can be used for an electrolytic capacitor. The electrolytic capacitor holds the electrolytic solution in a sealed container, and the electrolytic solution gradually decomposes during the operation of the electrolytic capacitor to generate hydrogen gas. The electrolytic capacitor was damaged by the pressure of the generated hydrogen gas. When the permeable membrane of the present invention is used, the life of the electrolytic capacitor can be sufficiently extended, and safety during use of the electrolytic capacitor can be secured.

【0010】[0010]

【従来の技術】従来、水素を選択的に透過させる膜とし
て、パラジウム膜が知られている。例えば、メタンの水
蒸気改質では、生成する水素を選択的に透過させること
で、反応平衡を著しく生成物側へ傾けることも可能であ
る。しかし、パラジウム膜の水素透過機構は、水素の解
離を伴う溶解拡散機構であり、透過速度を実用化レベル
まで上げるためには、300℃以上、数十気圧で水素ガ
スを供給せねばならない。この透過条件の厳しさから、
燃料電池や電解コンデンサ用途への適用は困難である。
また、パラジウムは非常に高価であり、この点からも工
業的には実際上使うことは困難である。
2. Description of the Related Art Conventionally, a palladium membrane has been known as a membrane through which hydrogen can selectively pass. For example, in steam reforming of methane, the reaction equilibrium can be significantly inclined to the product side by selectively permeating generated hydrogen. However, the hydrogen permeation mechanism of the palladium membrane is a dissolution / diffusion mechanism involving the dissociation of hydrogen. In order to increase the permeation rate to a practical level, hydrogen gas must be supplied at 300 ° C. or more and several tens of atmospheres. Due to the strictness of this transmission condition,
It is difficult to apply it to fuel cells and electrolytic capacitors.
Also, palladium is very expensive, which makes it practically difficult to use it industrially.

【0011】燃料電池に供給する水素を含むガス(例:
炭化水素を水蒸気改質したガス)から一酸化炭素を除去
する方法としては、一酸化炭素のみを触媒上で選択的に
酸化する方法が提案されている。特開平11−1304
06号公報においては、ゼオライトに白金族系金属を担
持した触媒上で改質ガスと酸素を反応させ一酸化炭素を
除去する方法が提案されている。特開平10−2471
54号公報においては、ゼオライト、シリカ、またはア
ルミナにロジウムやルテニウムを担持した触媒を用いる
方法が提案されている。しかし、これらの方法では、選
択酸化触媒塔とその加熱部を搭載するため装置が大き
く、複雑化する。また、改質時に過剰の水蒸気を用いた
場合、改質ガス中にも水蒸気が混入し、触媒活性を低下
させるし、過剰の水蒸気を除去できない。
[0011] A gas containing hydrogen to be supplied to a fuel cell (eg,
As a method for removing carbon monoxide from a gas obtained by steam reforming a hydrocarbon), a method has been proposed in which only carbon monoxide is selectively oxidized on a catalyst. JP-A-11-1304
No. 06 proposes a method for removing carbon monoxide by reacting a reformed gas with oxygen on a catalyst in which a platinum group metal is supported on zeolite. JP-A-10-2471
No. 54 proposes a method using a catalyst in which rhodium or ruthenium is supported on zeolite, silica, or alumina. However, in these methods, the apparatus for mounting the selective oxidation catalyst tower and its heating unit is large and complicated. Further, when excessive steam is used during reforming, steam is mixed into the reformed gas, which lowers the catalytic activity and cannot remove the excess steam.

【0012】電解コンデンサ分野においては、特開昭6
2−112314号公報あるいは特開昭62−2725
15号公報において、電解コンデンサ内に発生する水素
ガスをポリイミド、ポリ4フッ化エチレン、またはポリ
プロピレン等からなる中空糸状の透過膜を使って、外部
に排出する方法などが提案されているが、まだ水素ガス
を十分排出して内圧上昇防止するまでの効果が十分でな
い。さらに、電解コンデンサにおいては、電解液が、電
解コンデンサから蒸気として透過してくるため、内部電
解液の組成が変化し、電解コンデンサの特性が変化する
という大きな欠点があった。
[0012] In the field of electrolytic capacitors,
JP-A-11212314 or JP-A-62-2725.
No. 15, a method of discharging hydrogen gas generated in an electrolytic capacitor to the outside using a hollow fiber-shaped permeable membrane made of polyimide, polytetrafluoroethylene, polypropylene, or the like is proposed. The effect of sufficiently discharging hydrogen gas to prevent the internal pressure from rising is not sufficient. Furthermore, in the electrolytic capacitor, since the electrolytic solution permeates as vapor from the electrolytic capacitor, the composition of the internal electrolytic solution changes, so that there is a great disadvantage that the characteristics of the electrolytic capacitor change.

【0013】また、近年、ゼオライトを用いた膜が盛ん
に研究されているが、特定の透過特性をもつゼオライト
膜を再現性良く得ることは困難である。更に(1)25
℃での水素透過速度が10×10-7mol/(m2/s/Pa)以上
である膜、かつ(2)水素を良く透過するが、水蒸気お
よび/またはエチレングリコールは透過しにくいゼオラ
イト膜については、これまで提案されていない。
Further, in recent years, membranes using zeolites have been actively studied, but it is difficult to obtain a zeolite membrane having specific transmission characteristics with good reproducibility. (1) 25
A membrane whose hydrogen permeation rate at 10 ° C. is 10 × 10 −7 mol / (m 2 / s / Pa) or more, and (2) a zeolite membrane that permeates hydrogen well but does not easily transmit water vapor and / or ethylene glycol Has not been proposed so far.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の従来技術の欠点を解消しようとするものであり、実質
的に水素と親和性のあるパラジウムのような高価な金属
を含まず、耐熱性と耐薬品性に優れ、水素を良く透過
し、(1)水素より水蒸気を透過しにくい(2)エチレ
ングリコール蒸気を透過しにくい膜を提供することにあ
る。
It is an object of the present invention to overcome the disadvantages of the prior art described above, which is substantially free of expensive metals such as palladium which has an affinity for hydrogen, An object of the present invention is to provide a membrane which is excellent in heat resistance and chemical resistance, transmits hydrogen well, and (1) hardly transmits water vapor than hydrogen, and (2) hardly transmits ethylene glycol vapor.

【0015】本発明の他の目的は、この透過膜の応用お
よび関連技術に関するものであり、上記透過膜の透過性
を有効に活用してなる上記透過膜を有する燃料電池シス
テム、炭化水素の水蒸気改質装置、およびアルミ電解コ
ンデンサを提供することにある。
[0015] Another object of the present invention relates to the application of the permeable membrane and related technologies, and relates to a fuel cell system having the permeable membrane, which effectively utilizes the permeability of the permeable membrane, and steam of hydrocarbon. An object of the present invention is to provide a reformer and an aluminum electrolytic capacitor.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、鋭意検討した結果、以下の構成を有する発明に至っ
た。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to achieve the above object, the present invention has the following structure.

【0017】本発明の請求項1に記載の発明は、65℃
での水素透過速度 VH2(mol/(m2・s・Pa))と水蒸気透
過速度 VH2O(mol/(m2・s・Pa))の比 VH2/VH2O
20以上、かつ85℃での水素透過速度 VH2(mol/(m
2・s・Pa))とエチレングリコール蒸気透過速度 VEG(m
ol/(m2・s・Pa))との比 VH2/VEG が50以上であるこ
とを特徴とするパラジウムを主成分としない透過膜であ
る。
According to the first aspect of the present invention, the temperature of 65 ° C.
Ratio of hydrogen permeation rate V H2 (mol / (m 2 · s · Pa)) to water vapor permeation rate V H2O (mol / (m 2 · s · Pa)) V H2 / V H2O is 20 or more and 85 V H2 (mol / (m
2・ s ・ Pa)) and ethylene glycol vapor permeation rate V EG (m
ol / (m 2 · s · Pa)), which is a permeable membrane not containing palladium as a main component, wherein V H2 / V EG is 50 or more.

【0018】また、本発明の請求項2に記載の発明は、
次の(1)と(2)の特性を満たす透過膜である。
The invention according to claim 2 of the present invention provides:
The permeable membrane satisfies the following characteristics (1) and (2).

【0019】(1)25℃での水素透過速度が10×1
-7(mol/(m2・s・Pa))以上であること。
(1) Hydrogen permeation rate at 25 ° C. is 10 × 1
0 -7 (mol / (m 2 · s · Pa)) or more.

【0020】(2)エチレングリコールの入った試験管
を該膜で封じ、85℃のオーブンに入れて、その減量速
度を測定したとき、その値が膜1cm2当たり6×10
-3(g/時間)以下であること。
(2) A test tube containing ethylene glycol was sealed with the membrane, placed in an oven at 85 ° C., and the rate of weight loss was measured. The value was 6 × 10 6 per cm 2 of membrane.
-3 (g / hour) or less.

【0021】また、本発明は、アルミナ源としてベーマ
イトまたは擬ベーマイトを使用すること、および/また
はシリカ源とアルミナ源を有する膜状物を水蒸気で処理
するゼオライト膜の製法が含まれる。
The present invention also includes the use of boehmite or pseudo-boehmite as an alumina source, and / or a method for producing a zeolite membrane in which a membrane having a silica source and an alumina source is treated with steam.

【0022】また、本発明は上記記載の透過膜またはゼ
オライト膜を有する燃料電池システム、上記記載の透過
膜またはゼオライト膜を有する水蒸気改質装置、上記記
載の透過膜またはゼオライト膜を有する電解コンデンサ
ーが含まれる。
Further, the present invention provides a fuel cell system having the above-described permeable membrane or zeolite membrane, a steam reforming apparatus having the above-described permeable membrane or zeolite membrane, and an electrolytic capacitor having the above-described permeable membrane or zeolite membrane. included.

【0023】また、本発明は炭化水素を水蒸気で改質し
た後、改質ガスを上記記載の透過膜またはゼオライト膜
に接触させ、改質ガスから水素を水蒸気より選択的に透
過させる方法が含まれる。
The present invention also includes a method of reforming a hydrocarbon with steam and then contacting the reformed gas with the above-mentioned permeable membrane or zeolite membrane to selectively permeate hydrogen from the reformed gas over steam. It is.

【0024】本発明の請求項14に記載の発明は、上記
に記載の透過膜またはゼオライト膜を用いた気体または
液体の分離方法に関する発明である。
The invention according to claim 14 of the present invention relates to a method for separating gas or liquid using the above-described permeable membrane or zeolite membrane.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下に本発明について詳述する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail.

【0026】先ず、本発明の透過膜について説明する。First, the permeable membrane of the present invention will be described.

【0027】本発明の透過膜は、65℃での水素透過速
度 VH2(mol/(m2・s・Pa))と水蒸気透過速度 V
H2O(mol/(m2・s・Pa))の比 VH2/VH2O が20以上、
かつ85℃での水素透過速度 VH2(mol/(m2・s・Pa))
とエチレングリコール蒸気透過速度 VEG(mol/(m2・s・
Pa))との比 VH2/VEG が50以上であることを特徴
とするパラジウムを主成分としない透過膜である。水素
が選択的に透過する膜としては、パラジウム膜などの緻
密膜が知られているが、パラジウムを主成分としない膜
で水素を水蒸気やエチレングリコールより高い選択率で
透過するものは今まで知られていない。
The permeable membrane of the present invention has a hydrogen permeation rate V H2 (mol / (m 2 · s · Pa)) at 65 ° C. and a water vapor permeation rate V
H2O (mol / (m 2 · s · Pa)) of the ratio V H2 / V H2O is 20 or more,
And the hydrogen permeation rate V H2 at 85 ℃ (mol / (m 2 · s · Pa))
And ethylene glycol vapor transmission rate V EG (mol / (m 2
Pa)), wherein the ratio VH2 / VEG is 50 or more. A dense membrane such as a palladium membrane is known as a membrane through which hydrogen can selectively pass.However, a membrane which does not contain palladium as a main component and which permeates hydrogen with a higher selectivity than water vapor or ethylene glycol has been known. Not been.

【0028】また、本発明は、次の(1)と(2)の特
性を満たす透過膜に関するものである。
The present invention also relates to a permeable membrane satisfying the following characteristics (1) and (2).

【0029】(1)25℃での水素透過速度が10×1
-7(mol/(m2・s・Pa))以上であること。
(1) Hydrogen permeation rate at 25 ° C. is 10 × 1
0 -7 (mol / (m 2 · s · Pa)) or more.

【0030】(2)エチレングリコールの入った試験管
を該膜で封じ、85℃のオーブンに入れて、その減量速
度を測定したとき、その値が膜1cm2当たり6×10
-3(g/時間)以下であること。
(2) A test tube containing ethylene glycol was sealed with the membrane, placed in an oven at 85 ° C., and the rate of weight loss was measured. The value was 6 × 10 6 per cm 2 of membrane.
-3 (g / hour) or less.

【0031】室温でこのように大きな水素透過速度を示
しながら、エチレングリコールは透過しにくい膜は今ま
で知られていない。
A membrane which exhibits such a high hydrogen permeation rate at room temperature but is difficult to permeate ethylene glycol has not been known so far.

【0032】ここで言う透過膜は、透過膜全体が水素透
過選択性を有する材質でできていても良いが、通常は透
過速度を大きくするために、マクロポアを有する多孔質
支持体の上に水蒸気および/またはエチレングリコール
より水素を選択的に透過する膜を担持する方法が好んで
用いられる。このようにマクロポア多孔質支持体上に担
持された水蒸気および/またはエチレングリコールより
水素を選択的に透過する膜を機能層(または機能膜)と
いう。請求項2に記載した発明膜の透過性を示すために
は、機能層の厚さは薄い方が好ましい。機能層の好まし
い厚さは選ぶ機能層の素材によって異なるが、500μ
m以下が好ましく、更に好ましくは100μm以下であ
る。機能層は薄ければ薄い方が好ましいが、余り薄くな
りすぎて緻密性が失われてはいけない。緻密性があると
いうことは、無孔という意味ではなく、ピンホールや欠
陥に起因する穴がないと言うことである。
The permeable membrane referred to here may be made of a material having hydrogen permeation selectivity as a whole. However, usually, in order to increase the permeation rate, water vapor is deposited on a porous support having macropores. And / or a method of supporting a membrane that selectively permeates hydrogen over ethylene glycol is preferably used. A membrane that selectively permeates hydrogen from water vapor and / or ethylene glycol supported on a macroporous support in this manner is called a functional layer (or functional membrane). In order to show the permeability of the membrane of the invention described in claim 2, the thickness of the functional layer is preferably thin. The preferred thickness of the functional layer depends on the material of the functional layer to be selected.
m or less, more preferably 100 μm or less. The thinner the functional layer is, the more preferable it is. However, the functional layer should not be too thin to lose the denseness. Density does not mean non-porous, but means that there are no pinholes or holes due to defects.

【0033】本発明で用いられる多孔質支持体は、薄
く、そして、強度が弱いあるいは脆い機能層の部分が壊
れるのを防止するために用いられるものであり、多孔質
支持体は、剛直であることが好ましい。
The porous support used in the present invention is thin and is used for preventing a portion of the functional layer having low strength or brittleness from being broken, and the porous support is rigid. Is preferred.

【0034】簡単にしなるような多孔質支持体の場合に
は、機能層を破壊から守ることができないことがある。
また、多孔質支持体そのものが簡単に手で触って壊れる
ような強度の膜では、工業的な実用に適さない。
In the case of a porous support that simplifies, it may not be possible to protect the functional layer from destruction.
Further, a film having such a strength that the porous support itself can be easily touched and broken by hand is not suitable for industrial practical use.

【0035】また、本発明は透過膜に関するものである
から、機能層を支持する支持体としては、機能層の透過
性を阻害しない程度の、多孔性が必要である。
Further, since the present invention relates to a permeable membrane, the support for supporting the functional layer needs to have such a porosity as not to impair the permeability of the functional layer.

【0036】多孔質支持体の材質は、上記のような性質
があれば、特に限定されないが、一例として金属、金属
酸化物等のセラミックス、および有機ポリマが挙げられ
る。強度や剛直性の観点から、金属および金属酸化物等
のセラミックスが好ましく用いられる。中でも耐熱性と
耐薬品性の観点から、金属酸化物が最も好ましく用いら
れる。金属酸化物としては、特に限定されないが、アル
ミナ、ジルコニア、シリカ、ムライト、コージェライ
ト、チタニア、ゼオライト又はゼオライト類似物等が好
ましく用いられる。金属の例としては、ステンレス製の
多孔質支持体(焼結金属)等が挙げられる。耐熱性が必
要でない用途においては、有機ポリマの多孔質支持体も
剛直であれば用いることができる。この場合も、機能層
部分の破壊を防ぐため、手で曲げようとしたときに、目
で見て曲がらない程度の剛直性を有しているものが好ま
しい。
The material of the porous support is not particularly limited as long as it has the above properties, but examples thereof include metals, ceramics such as metal oxides, and organic polymers. From the viewpoint of strength and rigidity, ceramics such as metals and metal oxides are preferably used. Among them, metal oxides are most preferably used from the viewpoint of heat resistance and chemical resistance. The metal oxide is not particularly limited, but alumina, zirconia, silica, mullite, cordierite, titania, zeolite, or a zeolite analog is preferably used. Examples of the metal include a porous support made of stainless steel (sintered metal). In applications where heat resistance is not required, the organic polymer porous support can be used as long as it is rigid. Also in this case, in order to prevent destruction of the functional layer portion, it is preferable that the material has such rigidity that it does not bend visually when it is bent by hand.

【0037】多孔質支持体の形状も特に限定されること
なく、例えば、球状、平板状、チューブ状、モノリス
状、およびハニカム状等、通常市販されている形状のも
のが利用できる。電解コンデンサに用いる場合は、多孔
質支持体は円柱状の平板が最も好ましい形状である。ま
た、分離膜として使用する場合は、多孔質支持体は高い
表面積が必要であり、チューブ、モノリス、またはハニ
カム状の形状であることが好ましい。
The shape of the porous support is not particularly limited. For example, a commercially available shape such as a sphere, a plate, a tube, a monolith, and a honeycomb can be used. When used for an electrolytic capacitor, the porous support is preferably a cylindrical flat plate. When used as a separation membrane, the porous support needs to have a high surface area, and is preferably in the shape of a tube, a monolith, or a honeycomb.

【0038】本発明で用いられる多孔質支持体の製造方
法は、特に限定されないが、通常、セラミックスなどの
粉末をそのまま、あるいはセラミックスなどの粉末に成
型用の助剤やバインダーを添加して、押し出し成形する
か、またはプレス成形を行ない、乾燥と焼成等の工程を
経て、製造する方法を採用することができる。
The method for producing the porous support used in the present invention is not particularly limited. However, usually, a powder such as ceramics is used as it is, or an auxiliary or binder for molding is added to powder such as ceramics and extruded. Molding or press molding is performed, and a manufacturing method can be adopted through processes such as drying and baking.

【0039】最適な焼成温度は、多孔質支持体の素材に
よって異なるが、少し焼結が始まる程度の温度が強度の
点で望ましい。好適な焼成温度は、素材や粒子の大きさ
によって異なるが、一般には600℃〜2,000℃、
好ましくは800〜1,500℃、特に好ましくは90
0〜1,400℃である。焼成後に、薬液等による洗浄
などの処理を施しても構わない。また、成形した多孔質
支持体に、ディップコーティング等の方法で、細かい粒
子でコーティングして多孔質支持体の細孔径を制御した
り、機能層との親和性を制御したり、あるいは表面荒さ
を制御したりすることも好ましく行なわれる。このよう
なコーティング等による層を中間層というが、この中間
層を1層以上設けることは、いずれの機能層を使用する
場合にも、好ましく行なわれる。
The optimum firing temperature varies depending on the material of the porous support, but a temperature at which sintering starts a little is desirable from the viewpoint of strength. Suitable firing temperature varies depending on the material and the size of the particles, but is generally 600 ° C to 2,000 ° C.
Preferably 800 to 1500 ° C., particularly preferably 90 ° C.
0 to 1,400 ° C. After firing, treatment such as cleaning with a chemical solution may be performed. In addition, the formed porous support is coated with fine particles by a method such as dip coating to control the pore diameter of the porous support, control the affinity with the functional layer, or reduce the surface roughness. Control is also preferably performed. Such a layer formed by coating or the like is referred to as an intermediate layer. Providing one or more intermediate layers is preferably performed when any functional layer is used.

【0040】多孔質支持体の細孔径が大きすぎると、機
能層が膜化せず穴が生じたり、あるいは多孔質支持体の
細孔の中に機能層原料液が浸透しすぎて、最終的に機能
層によって多孔質支持体の穴が塞がってしまう、つま
り、ガスが機能層中を透過する距離が長くなりすぎるた
め、十分なガス透過量が得られないという欠点が生じる
ことがある。そのため多孔質支持体の平均細孔径は、1
0μm 以下が好ましく、更に好ましくは5μm 以下、更
に好ましくは1μm 以下、特に好ましくは0.5μm未
満である。このように細孔径を制御する意味でも上記の
中間層は好ましく利用される。平均細孔径の下限は、透
過させる分子の大きさによって異なり特定できないが、
所望分子の透過性の観点からは、0.01μm以上の平
均細孔径があった方がよい。
If the pore size of the porous support is too large, the functional layer will not be formed into a membrane and holes will be formed, or the raw material liquid for the functional layer will penetrate too much into the pores of the porous support, resulting in the final In addition, the hole of the porous support may be closed by the functional layer, that is, the distance that gas permeates the functional layer may be too long, and a sufficient gas permeation amount may not be obtained. Therefore, the average pore diameter of the porous support is 1
It is preferably 0 μm or less, more preferably 5 μm or less, further preferably 1 μm or less, and particularly preferably less than 0.5 μm. The above-mentioned intermediate layer is preferably used also in the sense of controlling the pore diameter. Although the lower limit of the average pore diameter cannot be specified depending on the size of the molecule to be permeated,
From the viewpoint of the permeability of the desired molecule, it is preferable that the average pore diameter is 0.01 μm or more.

【0041】また、多孔質支持体の平均細孔径は通常水
銀ポロシメーターを用いて測定することができる。簡便
的には、中間層を構成しているセラミックス粒子の大き
さが均一であれば、その粒子の大きさを平均細孔径とい
っても大差はない。
The average pore size of the porous support can be usually measured using a mercury porosimeter. For simplicity, as long as the size of the ceramic particles constituting the intermediate layer is uniform, there is no significant difference even if the size of the particles is referred to as the average pore diameter.

【0042】本発明の透過膜において、機能層は、多孔
質支持体のどの部分に形成しても構わない。機能層は、
多孔質支持体の片面もしくは両表面、または内部、ある
いは表面と内部の両方に形成することができる。機能層
を形成する場合、機能層の膜厚の制御の点においては、
多孔質支持体の表面にコーティングすることが好まし
く、機能層の強度の点では多孔質支持体の内部に形成す
ることが好ましい。また、チューブ状の多孔質支持体に
おいては、その内側にコーティングしても、外側にコー
ティングしても構わない。モノリス状やハニカム状の多
孔質支持体の場合も、何処に機能層を設けても構わない
が、これらの場合は、内側にコーティングした方が表面
積が大きくできるので好ましい。
In the permeable membrane of the present invention, the functional layer may be formed on any part of the porous support. The functional layer is
It can be formed on one or both surfaces of the porous support, on the inside, or on both the surface and the inside. When forming a functional layer, in terms of controlling the thickness of the functional layer,
It is preferable to coat the surface of the porous support, and it is preferable to form the coating inside the porous support in terms of the strength of the functional layer. In the case of a tubular porous support, it may be coated on the inside or on the outside. In the case of a monolithic or honeycomb-shaped porous support, the functional layer may be provided anywhere. However, in these cases, coating on the inner side is preferable because the surface area can be increased.

【0043】本発明で言うところの水素透過速度の測定
方法を以下に述べる。例えば、1cm 2の透過膜の一方に
2気圧の水素ガスを供給し、膜の反対側から透過してき
たガス量を石鹸膜流量計で測定する。この方法を用いる
と、毎秒1ccの水素ガスが透過した場合の透過速度
は、4.5×10-6(mol/(m2・s・Pa))となる。
Measurement of hydrogen permeation rate referred to in the present invention
The method is described below. For example, 1cm TwoOn one side of the permeable membrane
Supply 2 atm of hydrogen gas and permeate from the other side of the membrane
Measure the amount of gas produced by a soap film flow meter. Use this method
And the permeation rate when 1 cc of hydrogen gas per second permeates
Is 4.5 × 10-6(Mol / (mTwo・ S ・ Pa)).

【0044】上記方法で測定した水素透過速度の範囲に
ついて述べる。透過膜の水素透過速度は小さすぎても、
大きすぎても問題が生じる。水素透過速度が1×10-7
(mol/(m2・s・Pa))より小さいと、例えば、後述する燃
料電池に適用した場合に、改質器から発生する水素ガス
量を透過させるためには膨大な膜面積が必要となり、実
用化には適さない。そのため、水素の透過速度は、1×
10-7(mol/(m2・s・Pa))以上である必要があり、10
×10-7(mol/(m2・s・Pa))以上がより好ましい。ま
た、例えば、後述する電解コンデンサに適用した場合
に、水素透過速度が1×10-10(mol/(m2・s・Pa))より
小さいと、電解コンデンサ内部で発生する水素ガス量
が、透過膜を通って電解コンデンサ外部へ放出される量
より多くなり、その結果、電解コンデンサ内部の水素圧
が高まり、電解コンデンサが破壊されることになる。そ
のため、水素の透過速度は、1×10-10(mol/(m2・s・P
a))以上である必要があり、1×10-9(mol/(m2・s・P
a))以上がより好ましい。
The range of the hydrogen permeation rate measured by the above method will be described. Even if the hydrogen permeation rate of the permeable membrane is too small,
Problems arise if they are too large. Hydrogen permeation rate is 1 × 10 -7
If it is smaller than (mol / (m 2 · s · Pa)), for example, when applied to a fuel cell described later, an enormous membrane area is required to transmit the amount of hydrogen gas generated from the reformer. Not suitable for practical use. Therefore, the permeation rate of hydrogen is 1 ×
It must be 10 -7 (mol / (m 2 · s · Pa)) or more.
× 10 -7 (mol / (m 2 · s · Pa)) or more is more preferable. Further, for example, when applied to an electrolytic capacitor described later, if the hydrogen permeation rate is smaller than 1 × 10 −10 (mol / (m 2 · s · Pa)), the amount of hydrogen gas generated inside the electrolytic capacitor becomes It is larger than the amount discharged to the outside of the electrolytic capacitor through the permeable membrane, and as a result, the hydrogen pressure inside the electrolytic capacitor increases, and the electrolytic capacitor is destroyed. Therefore, the permeation rate of hydrogen is 1 × 10 −10 (mol / (m 2 · s · P
a)) must be at least 1 × 10 −9 (mol / (m 2 · s · P
a)) The above is more preferred.

【0045】透過速度の上限は特に限定されるものでは
ないが、1×10-5(mol/(m2・s・Pa))より小さい方が
好ましい。これは、透過速度が1×10-5(mol/(m2・s・
Pa))より大きいと、水素だけでなく他の成分も良く透
過するため結果的に選択性が無くなることがあるからで
ある。
The upper limit of the transmission speed is not particularly limited, but is preferably smaller than 1 × 10 −5 (mol / (m 2 · s · Pa)). This means that the transmission rate is 1 × 10 -5 (mol / (m 2
This is because if it is larger than Pa)), not only hydrogen but also other components are well permeated, so that selectivity may be lost as a result.

【0046】本発明の透過膜は、水素透過速度が一定値
以上であるだけでなく、水素透過速度と水蒸気透過速度
の比が一定値以上であることが望ましい。その水蒸気透
過速度の測定方法は以下の通りである。水の入った試験
管を該透過膜で封じ、65℃の乾燥機にいれて、その減
量速度を測定する。65℃での水の蒸気圧が2.5×104P
a、乾燥機内の水蒸気濃度を0Paと仮定すると水蒸気圧
力差は2.5×104Paとなる。透過時間、膜面積、重量減量
から水蒸気透過速度を導き、単位を(mol/(m2・s・Pa))
とする。この値を水蒸気透過速度:VH2O(mol/(m2・s・P
a))とする。本発明膜は、その値と65℃での水素透過
速度:VH2(mol/(m2・s・Pa))との比VH2/VH2O が2
0以上であることが好ましい。この値は大きいほど好ま
しく、30以上がさらに好ましい。
The permeable membrane of the present invention desirably has not only a hydrogen permeation rate of at least a certain value but also a ratio of hydrogen permeation rate to water vapor permeation rate of at least a certain value. The method for measuring the water vapor transmission rate is as follows. The test tube filled with water is sealed with the permeable membrane and placed in a dryer at 65 ° C. to measure the rate of weight loss. Water vapor pressure at 65 ° C is 2.5 × 10 4 P
a, Assuming that the steam concentration in the dryer is 0 Pa, the steam pressure difference is 2.5 × 10 4 Pa. The water vapor transmission rate is derived from the permeation time, membrane area, and weight loss, and the unit is (mol / (m 2 · s · Pa))
And This value is calculated based on the water vapor transmission rate: V H2O (mol / (m 2 · s · P
a)). The membrane of the present invention has a ratio V H2 / V H2O of 2 between the value and the hydrogen permeation rate at 65 ° C.:V H2 (mol / (m 2 · s · Pa)).
It is preferably 0 or more. This value is preferably as large as possible, and more preferably 30 or more.

【0047】かつ、本発明の透過膜は、水素透過速度と
エチレングリコール透過速度の比が一定値以上であるこ
とが望ましい。そのエチレングリコール透過速度の測定
方法は以下の通りである。エチレングリコールの入った
試験管を該透過膜で封じ、85℃のオーブンにいれて、
その減量速度を測定する。85℃でのエチレングリコー
ルの蒸気圧が1.05×103Pa、乾燥機内のエチレングリコ
ール濃度を0Paと仮定するとエチレングリコール圧力差
は1.05×103Paとなる。透過時間、膜面積、重量減量か
らエチレングリコール透過速度を導き、単位を(mol/(m
2・s・Pa))とする。この値をエチレングリコール透過速
度:VEG(mol/(m2・s・Pa))とする。本発明膜は、その
値と85℃での水素透過速度:VH2(mol/(m2・s・Pa))
との比VH 2/VEG が50以上であることが好ましい。
この値は大きいほど好ましく、100以上がさらに好ま
しい。
Further, in the permeable membrane of the present invention, it is desirable that the ratio of the hydrogen transmission rate to the ethylene glycol transmission rate is not less than a certain value. The method for measuring the ethylene glycol permeation rate is as follows. The test tube containing ethylene glycol was sealed with the permeable membrane, placed in an 85 ° C. oven,
The rate of weight loss is measured. Assuming that the vapor pressure of ethylene glycol at 85 ° C. is 1.05 × 10 3 Pa and the ethylene glycol concentration in the dryer is 0 Pa, the ethylene glycol pressure difference is 1.05 × 10 3 Pa. The ethylene glycol permeation rate is derived from the permeation time, membrane area, and weight loss, and the unit is (mol / (m
2 · s · Pa)). This value is defined as ethylene glycol permeation rate: V EG (mol / (m 2 · s · Pa)). The membrane of the present invention has a value and hydrogen permeation rate at 85 ° C .: V H2 (mol / (m 2 · s · Pa))
The ratio V H 2 / V EG and it is preferably 50 or more.
This value is preferably as large as possible, and more preferably 100 or more.

【0048】また、エチレングリコールの減量の表記単
位をg/cm2・hとすると、85℃での減量速度は 6×1
-3g/cm2・h以下であることが好ましい。この値は小
さいほど好ましく、5.5×10-3g/cm2・h以下であ
ることが更に好ましい。
Further, assuming that the notation unit of the weight loss of ethylene glycol is g / cm 2 · h, the weight loss rate at 85 ° C. is 6 × 1
0 is preferably less -3 g / cm 2 · h. This value is preferably as small as possible, and more preferably 5.5 × 10 −3 g / cm 2 · h or less.

【0049】また、本発明にある透過膜の耐熱性は特に
限定されるものではないが、以下に示す(1)から
(3)の空気中での加熱処理を(1)から(3)の順に
1回行った後の水素透過速度と、(1)から(3)の順
に2回行った後の水素透過速度が10%以上変化しない
耐熱性を有することが好ましい。
The heat resistance of the permeable membrane according to the present invention is not particularly limited. However, the following heat treatments (1) to (3) in air are performed according to (1) to (3). It is preferable to have heat resistance such that the hydrogen permeation rate after performing once in the order and the hydrogen permeation rate after performing twice in the order of (1) to (3) do not change by 10% or more.

【0050】(1)室温から550℃まで0.6℃/分
で昇温。
(1) The temperature was raised from room temperature to 550 ° C. at 0.6 ° C./min.

【0051】(2)550℃で4時間保持。(2) Hold at 550 ° C. for 4 hours.

【0052】(3)550℃から室温まで1.2℃/分
で降温。
(3) The temperature is lowered from 550 ° C. to room temperature at 1.2 ° C./min.

【0053】上記処理を1回行うことで、膜表面や内部
に付着し透過速度を低下させている成分を除去すること
ができる。処理後の水素透過速度は、水素を透過させる
用途に使用したときに充分な透過量を示す値であること
が必要であり、1×10-10(mol/(m2・s・Pa))以上であ
ることが好ましく、1×10-9(mol/(m2・s・Pa))以上
がより好ましい。また、(1)から(3)の空気中での
加熱処理を(1)から(3)の順に1回行った後の水素
透過速度と、(1)から(3)の順に2回行った後の水
素透過速度が10%以上変化しないということは、本発
明の膜は上記熱処理により透過性能が変化しない程度の
耐熱性を有するということである。2回処理後の水素透
過速度も、水素を透過させる用途に使用したときに充分
な透過量を示す値であることが必要であり、1×10
-10(mol/(m2・s・Pa))以上であることが好ましく、1×
10-9(mol/(m2・s・Pa))以上がより好ましい。
By performing the above treatment once, it is possible to remove the components which are attached to the surface or inside of the film and reduce the transmission speed. The hydrogen permeation rate after the treatment needs to be a value showing a sufficient permeation amount when used for the purpose of permeating hydrogen, and is 1 × 10 −10 (mol / (m 2 · s · Pa)). It is preferably at least 1 × 10 −9 (mol / (m 2 · s · Pa)). Further, the heat treatment in air from (1) to (3) was performed once in the order of (1) to (3), and the hydrogen permeation rate was performed twice in the order of (1) to (3). The fact that the subsequent hydrogen permeation rate does not change by 10% or more means that the membrane of the present invention has such heat resistance that the permeation performance does not change by the heat treatment. The hydrogen permeation rate after the twice treatment also needs to be a value showing a sufficient permeation amount when used for the purpose of permeating hydrogen.
-10 (mol / (m 2 · s · Pa)) or more, preferably 1 ×
10 -9 (mol / (m 2 · s · Pa)) or more is more preferable.

【0054】また、本発明に用いる透過膜の素材は限定
されるものではないが、次の(1)から(5)の成分の
少なくとも一つの成分を含むことが好ましい。
The material of the permeable membrane used in the present invention is not limited, but preferably contains at least one of the following components (1) to (5).

【0055】(1)ゼオライト (2)無機酸化物微粒子 (3)シリコーンゴム、シリコーンレジンまたはシリコ
ーンオイル (4)有機高分子化合物 (5)カーボン 上記(1)に記載のゼオライトとは、分子サイズの細孔
径を有した結晶性無機酸化物である。分子サイズとは、
世の中に存在する分子のサイズの範囲であり、一般的に
は、0.2から2nm程度の範囲を意味する。ゼオライ
トとは、結晶性シリケート、結晶性アルミノシリケー
ト、結晶性メタロシリケート、結晶性アルミノフォスフ
ェート、あるいは結晶性メタロアルミノフォスフェート
等で構成された結晶性マイクロポーラス物質のことであ
る。
(1) Zeolite (2) Fine particles of inorganic oxide (3) Silicone rubber, silicone resin or silicone oil (4) Organic polymer compound (5) Carbon The zeolite described in (1) above has a molecular size It is a crystalline inorganic oxide having a pore diameter. What is molecular size?
It is the size range of the molecule that exists in the world, and generally means the range of about 0.2 to 2 nm. The zeolite is a crystalline microporous substance composed of crystalline silicate, crystalline aluminosilicate, crystalline metallosilicate, crystalline aluminophosphate, crystalline metalloaluminophosphate, or the like.

【0056】結晶性シリケート、結晶性アルミノシリケ
ート、結晶性メタロシリケート、結晶性アルミノフォス
フェート、結晶性メタロアルミノフォスフェートの種類
は特に制限がなく、例えば、アトラス オブ ゼオライ
ト ストラクチュア タイプス(マイヤー、オルソン、
バエロチャー、ゼオライツ、17(1/2)、199
6)(Atlas of Zeolite Structure types(W. M. Meie
r, D. H. Olson, Ch. Baerlocher, Zeolites, 17(1/2),
1996))に掲載されている構造をもつ結晶性無機多孔性
物質が挙げられる。
The types of crystalline silicate, crystalline aluminosilicate, crystalline metallosilicate, crystalline aluminophosphate, and crystalline metalloaluminophosphate are not particularly limited. For example, atlas of zeolite structural types (Mayer, Olson,
Baerochar, Zeolites, 17 (1/2), 199
6) (Atlas of Zeolite Structure types (WM Meie
r, DH Olson, Ch. Baerlocher, Zeolites, 17 (1/2),
1996)).

【0057】また、ゼオライトの種類としては、その結
晶がもつ細孔入り口径は小さい方が好ましく、0.8n
m以下0.2nm以上が特に好ましい。更に好ましく
は、0.6nmから0.2nmである。ゼオライトで
は、細孔の大きさをしばしば、酸素n員環という表現を
使うが、本発明では5員環から12員環のゼオライトが
好ましく用いられる。特に好ましくは10員環以下のゼ
オライトである。このようなゼオライトの具体例とし
て、アトラス オブ ゼオライト ストラクチュアタイ
プス(マイヤー、オルソン、バエロチャー、ゼオライ
ツ、17(1/2)、1996)(Atlas of Zeolite S
tructure types(W. M. Meier, D. H. Olson, Ch. Baerl
ocher, Zeolites, 17(1/2), 1996))に掲載されている
ゼオライト、それらを3文字で表された構造で言うと、
ABW,AEI,AFG,AFT,AFX,ANA,APC,ATN,ATO,ATT,ATV,AWW,BI
K,BRE,CAN,CAS,CHA,CHI,DAC,DDR,DOH,EAB,EDI,ERI,EUO,
FER,GIS,GOO,JBW,ZK-5,LAU,LEV,LIO,LOS,LOV,LTA,LTN,M
EL,MEP,MER,MFI,MFS,MON,MTN,MTT,NON,PAU,RHO,RON,RS
N,RTE,RTH,RUT,SGT,THO,TON,VET,VNI,VSV,WEI,WEN,YUG,
ZON構造のゼオライトが挙げられる。ゼオライト構造は
特に限定されるものではないが、本発明ではMFI型構造
が好んで用いられる。
As for the type of zeolite, it is preferable that the pore diameter of the crystal has a small one.
m and 0.2 nm or more are particularly preferable. More preferably, it is 0.6 nm to 0.2 nm. In the zeolite, the expression of the pore size is often referred to as an oxygen n-membered ring. In the present invention, a 5- to 12-membered zeolite is preferably used. Particularly preferred is a zeolite having 10 or less ring members. As a specific example of such a zeolite, Atlas of Zeolite Structural Types (Meyer, Olson, Baerochar, Zeolites, 17 (1/2), 1996) (Atlas of Zeolite S)
tructure types (WM Meier, DH Olson, Ch. Baerl
ocher, Zeolites, 17 (1/2), 1996)), in terms of their three-letter structure,
ABW, AEI, AFG, AFT, AFX, ANA, APC, ATN, ATO, ATT, ATV, AWW, BI
K, BRE, CAN, CAS, CHA, CHI, DAC, DDR, DOH, EAB, EDI, ERI, EUO,
FER, GIS, GOO, JBW, ZK-5, LAU, LEV, LIO, LOS, LOV, LTA, LTN, M
EL, MEP, MER, MFI, MFS, MON, MTN, MTT, NON, PAU, RHO, RON, RS
N, RTE, RTH, RUT, SGT, THO, TON, VET, VNI, VSV, WEI, WEN, YUG,
Zeolite having a ZON structure is exemplified. Although the zeolite structure is not particularly limited, the MFI type structure is preferably used in the present invention.

【0058】ゼオライトの組成は特に制限はないが、シ
リカ成分が多いものが好ましい。一般にゼオライトは、
モレキュラーシーブと呼ばれるように、分子をサイズ差
で分けることができる。水素、水、一酸化炭素、二酸化
炭素のそれぞれの最小分子サイズ(キネティックダイア
ミター:Kinetic Diameter)は、それぞれ0.29、
0.26、0.38、0.33nmであり(ブレック著
ゼオライト モレキュラー シーブス(1974年ジョンウ
ィリー アンド サンズ出版)p636〜637)、最小分子サ
イズの関係からみると、水と水素の混合系のガスから、
水素だけを選択的に透過させることは非常に困難であ
る。本発明は、このような困難な水素だけの透過を実現
した意味で重要な意義を有する。このような水素だけの
選択透過のメカニズムは未だ明らかにされていないが、
水素を透過する大きさの細孔があり、膜の表面および/
または細孔が、水をはじく疎水性の性質をもっているこ
とが必要であると考えられる。このような観点からすれ
ば、ゼオライトは、ハイシリカまたは純シリカのものを
用いることが好ましい。従って、ゼオライトは、結晶性
シリケート、結晶性アルミノシリケート、結晶性メタロ
シリケートゼオライトまたはゼオライト類似物で、特に
ハイシリカのものは、細孔内が疎水性であると考えられ
るので好ましい。例えば、結晶性アルミノシリケート中
のシリカ成分の濃度を表す方法として、SiO2/Al2O3比が
用いられる。この値が大きいほどゼオライトは疎水性を
示す。SiO2/Al2O3の範囲は特に限定されるものではない
が、本発明では30以上のものが好んで用いられる。
The composition of the zeolite is not particularly limited, but preferably contains a large amount of silica. Generally, zeolite is
Molecules can be separated by size differences, as called molecular sieves. The minimum molecular size of each of hydrogen, water, carbon monoxide, and carbon dioxide (Kinetic Diameter) is 0.29,
0.26, 0.38, and 0.33 nm (Break's Zeolite Molecular Sieves (1974, John Wiley & Sons Publishing Co., pp. 636-637)). From
It is very difficult to selectively permeate only hydrogen. The present invention has an important significance in that such difficult permeation of only hydrogen is realized. Although the mechanism of such selective permeation of hydrogen alone has not yet been elucidated,
There are pores sized to transmit hydrogen and the surface of the membrane and / or
Alternatively, it is considered necessary that the pores have hydrophobic properties to repel water. From such a viewpoint, it is preferable to use high silica or pure silica as the zeolite. Thus, zeolites are crystalline silicates, crystalline aluminosilicates, crystalline metallosilicate zeolites or zeolitic analogs, especially those of high silica, which are preferred because the pores are considered to be hydrophobic. For example, as a method of expressing the concentration of the silica component in the crystalline aluminosilicate, an SiO 2 / Al 2 O 3 ratio is used. The larger this value is, the more hydrophobic the zeolite is. The range of SiO 2 / Al 2 O 3 is not particularly limited, but in the present invention, those having 30 or more are preferably used.

【0059】シリカについては、珪素と酸素以外のヘテ
ロ原子の存在量は、珪素/ヘテロ原子の割合がモル比で
5以上である場合を一般にハイシリカというが、本発明
では、10以上が好ましく、更に好ましくは、30以上
で、特に好ましくは50以上である。この数字は大きい
ほど好ましい。
With respect to silica, the abundance of heteroatoms other than silicon and oxygen is generally referred to as high silica when the molar ratio of silicon / heteroatoms is 5 or more, but is preferably 10 or more in the present invention. It is preferably at least 30 and particularly preferably at least 50. The larger the number, the better.

【0060】また、純シリカとは、実質的にシリカのみ
で構成されたゼオライトのことである。そのようなゼオ
ライトができる構造としては、アトラス オブ ゼオラ
イトストラクチュア タイプス(マイヤー、オルソン、
バエロチャー、ゼオライツ、17(1/2)、199
6):Atlas of Zeolite Structure types(W. M. Meie
r, D. H. Olson, Ch. Baerlocher, Zeolites, 17(1/2),
1996)に掲載されているゼオライト、それらを3文字で
表された構造で言うと、ANA,BIK,BRE,CAN,CAS,CHA,CHI,
DAC,DDR,DOH,EAB,EDI,ERI,EUO,FER,GIS,JBW,KFI,LAU,LE
V,LTA,MEL,MEP,MER,MFI,MFS,MON,MTN,MTT,NON,PAU,RHO,
RON,RTE,RTH,RUT,SGT,THO,TON,VET,WEI,YUG構造が挙げ
られる。中でも容易にハイシリカのものが作れる構造と
しては、DDR,DOH,EUO,FER,LEV,MEL,MEP,MFI,MFS,MTN,MT
T,NON,RTE,RTH,RUT,TON構造のゼオライトが挙げられ
る。最も好ましい構造は、MFI構造である。その理由
は、結晶化しやすく、膜を生成しやすいからである。
The pure silica is a zeolite substantially composed of only silica. Atlas of zeolite structure types (Meyer, Olson,
Baerochar, Zeolites, 17 (1/2), 199
6): Atlas of Zeolite Structure types (WM Meie
r, DH Olson, Ch. Baerlocher, Zeolites, 17 (1/2),
Zeolites published in (1996), they can be described by three-letter structure: ANA, BIK, BRE, CAN, CAS, CHA, CHI,
DAC, DDR, DOH, EAB, EDI, ERI, EUO, FER, GIS, JBW, KFI, LAU, LE
V, LTA, MEL, MEP, MER, MFI, MFS, MON, MTN, MTT, NON, PAU, RHO,
RON, RTE, RTH, RUT, SGT, THO, TON, VET, WEI, and YUG structures. Among them, DDR, DOH, EUO, FER, LEV, MEL, MEP, MFI, MFS, MTN, MT
Zeolite having a T, NON, RTE, RTH, RUT, or TON structure may be used. The most preferred structure is the MFI structure. The reason is that crystallization is easy and a film is easily formed.

【0061】しかしながら、本発明のゼオライトは、こ
の例に限られるものではない。上記参考文献が発行され
た後に新たに見いだされたゼオライト、例えば、CFI(CI
T-5)等も本発明のゼオライトに含まれる。勿論、ゼオラ
イト自体がハイシリカや純シリカのものでなくても、供
給ガスと接触する部分が、疎水性をもっていればよく、
例えば表面に疎水化処理を施したゼオライトを用いるこ
とができる。その疎水性処理の方法は特に限定されない
が、一般に公知になっているいずれの方法も利用するこ
とができる。その例としては、シリコーンゴムなどのシ
リコーン化合物またはアルキルアルコキシシラン、アル
キル塩素化シラン等のシランカップリング剤による処理
や、フッ素系の撥水付与剤による処理などが挙げられ
る。処理の仕方は、特に限定されないが、例えば水など
の溶剤に、分散又は溶解されたシリコーン系コーティン
グ剤液に、ゼオライト膜を浸漬もしくは接触させ、また
は塗布することによって行なわれる。中でも最表面層が
シリコーン化合物で被覆されたゼオライトからなる機能
層である透過膜は、本発明では特に好ましく使用され
る。
However, the zeolite of the present invention is not limited to this example. Zeolites newly discovered after the publication of the above references, for example, CFI (CI
T-5) and the like are also included in the zeolite of the present invention. Of course, even if the zeolite itself is not of high silica or pure silica, it is sufficient that the portion in contact with the supply gas has hydrophobicity,
For example, zeolite whose surface has been subjected to a hydrophobic treatment can be used. The method of the hydrophobic treatment is not particularly limited, but any generally known method can be used. Examples thereof include treatment with a silicone compound such as silicone rubber or a silane coupling agent such as alkylalkoxysilane or alkylchlorinated silane, or treatment with a fluorine-based water repellent. The method of treatment is not particularly limited. For example, the treatment is performed by immersing or contacting or applying the zeolite membrane to a silicone-based coating agent solution dispersed or dissolved in a solvent such as water. Above all, a permeable membrane whose outermost layer is a functional layer made of zeolite coated with a silicone compound is particularly preferably used in the present invention.

【0062】機能層がゼオライトである場合、ゼオライ
ト結晶の表面は、多数のOH基が存在するため、例え
ば、機能膜表面に、水、エチレングリコール、あるいは
γーブチロラクトン等の親水性の液体が接触した場合
に、液膜を表面に形成してしまい、しばらくガス透過が
起こらなくなることがある。しかしながら、最表面が薄
くシリコーン化合物で処理されていると、前述のような
親水性の液体が接触しても液滴となり、液膜として付着
せず、ガス透過性への影響が少なくなることが、最表面
にシリコーン化合物を塗ることの利点である。
When the functional layer is zeolite, since the surface of the zeolite crystal has a large number of OH groups, for example, a hydrophilic liquid such as water, ethylene glycol, or γ-butyrolactone contacts the functional film surface. In this case, a liquid film may be formed on the surface, and gas transmission may not occur for a while. However, if the outermost surface is thinly treated with a silicone compound, even if the hydrophilic liquid as described above comes into contact, it becomes a droplet, does not adhere as a liquid film, and the influence on gas permeability is reduced. This is an advantage of applying a silicone compound to the outermost surface.

【0063】本発明でその他の素材として用いられる
(2)無機酸化物微粒子、(3)シリコーンゴム、シリ
コーンレジンまたはシリコーンオイル、(4)有機高分
子化合物および(5)カーボンについては、後で詳しく
説明される。
The (2) inorganic oxide fine particles, (3) silicone rubber, silicone resin or silicone oil, (4) organic polymer compound and (5) carbon used as other materials in the present invention will be described in detail later. Explained.

【0064】ゼオライトの多孔質支持体へのコーティン
グ方法は特に限定されないが、一般には、ゼオライトを
含む膜は、多孔質支持体または中間層を設けた多孔質支
持体に直接コーティングするかまたは有機及び/又は無
機のポリマーの膜に含有させてコーティングする。以
降、多孔質支持体は、中間層を設けた多孔質支持体も含
めることとする。
The method for coating the zeolite on the porous support is not particularly limited. In general, the zeolite-containing membrane is directly coated on the porous support or the porous support provided with an intermediate layer, or is coated with an organic or organic material. And / or coating by being contained in a film of an inorganic polymer. Hereinafter, the porous support includes a porous support provided with an intermediate layer.

【0065】ゼオライトを含む透過膜の製造方法は、特
に限定されないが、一般に知られている方法が適用でき
る。例えば支持体上に、ゼオライト膜を支持体上にコー
ティングする場合、ゼオライトを合成するための前駆体
ゲル中に、支持体をつけて、水熱処理する方法(例:特
開昭63−291809号公報)、支持体に予めゼオラ
イトの種結晶を、コートしてから前駆体ゲルにつけ水熱
処理する方法(例:特開平7−109116号公報)、
前駆体ゲルを支持体表面にコーティングしたあと乾燥
し、その後水蒸気で処理する方法(水蒸気法)(例:特
開平7−89714号公報)、あるいはゼオライト微粒
子をそのままコーティングする方法などの方法(特公平
5−50331号公報)が適用できる。前駆体ゲルを支
持体表面にコーティングしたあと乾燥し、その後水蒸気
で処理する方法で作られた膜は、水素選択透過性の点で
優れており、好ましく用いられる。この方法は必要な量
の前駆体だけを、支持体上に、コーティングするため廃
液が少ない長所がある。
The method for producing the permeable membrane containing zeolite is not particularly limited, but a generally known method can be applied. For example, when a support is coated with a zeolite membrane on a support, a method of subjecting the support to a precursor gel for synthesizing zeolite and subjecting the support to hydrothermal treatment (eg, JP-A-63-291809) ), A method in which a support is coated in advance with a zeolite seed crystal and then the precursor gel is subjected to hydrothermal treatment (eg, JP-A-7-109116).
A method in which a precursor gel is coated on the surface of a support, dried and then treated with steam (steam method) (eg, JP-A-7-89714), or a method of coating zeolite fine particles as they are (Japanese Patent Publication No. No. 5-50331) can be applied. A membrane formed by a method in which the precursor gel is coated on the surface of the support, dried, and then treated with steam is excellent in hydrogen permselectivity and is preferably used. This method has the advantage that less waste liquid is required because only the required amount of precursor is coated on the support.

【0066】ゼオライト前駆体とは、一定時間加熱する
などしてゼオライトになりうる混合物であり、シリカ
源、アルカリ源、有機テンプレート、水等が含まれたも
のである。必要に応じてアルミナ源等も含まれる。ここ
で必須のものはシリカ源と水でありその他のものは作る
ゼオライトの種類により異なる。
The zeolite precursor is a mixture that can be converted into a zeolite by heating for a certain period of time, and contains a silica source, an alkali source, an organic template, water and the like. An alumina source and the like are included as necessary. Here, essential ones are a silica source and water, and others depend on the type of zeolite to be made.

【0067】シリカ源としては、コロイダルシリカ、ヒ
ュームドシリカ、水ガラス、沈降シリカ、シリコンアル
コキシド等が使われる。アルカリ源は、水酸化ナトリウ
ム、水酸化リチウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金
属の水酸化物などである。
As a silica source, colloidal silica, fumed silica, water glass, precipitated silica, silicon alkoxide and the like are used. The alkali source is an alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide, lithium hydroxide, potassium hydroxide, or the like.

【0068】有機テンプレートは、ゼオライトの孔を構
築する有機化合物の型剤であり、テトラエチルアンモニ
ウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロ
キシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド等の4
級アンモニウム塩やクラウンエーテル、アルコールなど
が用いられる。
The organic template is a template for an organic compound that constructs the pores of zeolite, and includes a template such as tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, or tetrabutylammonium hydroxide.
Grade ammonium salts, crown ethers, alcohols and the like are used.

【0069】アルミナ源は、結晶性アルミノシリケート
ゼオライトを作るときに必要である。例えば、水和アル
ミナであるベーマイト、擬ベーマイト、または硝酸アル
ミニウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム等のア
ルミニウム塩、または水酸化アルミニウム、酸化アルミ
ニウム、アルミニウムアルコキシド等が使用できる。本
発明で用いるアルミニウム源は特に限定されるものでは
ないが、ベーマイト、および擬ベーマイトが好んで用い
られる。ここで言うベーマイトとは、AlO(OH)で
表される水酸化アルミナのことである。これは水酸化ア
ルミニウム(Al(OH)3)を150〜375℃で熱
水処理することにより得られる。この熱水処理時の水蒸
気処理温度や水蒸気濃度により、他の構造を有する水酸
化アルミナが混入する。それらを擬ベーマイトという。
市販品では、コンデア社のPural等が知られてい
る。
An alumina source is required when making a crystalline aluminosilicate zeolite. For example, hydrated alumina such as boehmite, pseudo-boehmite, or an aluminum salt such as aluminum nitrate, aluminum sulfate, or aluminum chloride, or aluminum hydroxide, aluminum oxide, or aluminum alkoxide can be used. The aluminum source used in the present invention is not particularly limited, but boehmite and pseudo-boehmite are preferably used. Here, the boehmite is alumina hydroxide represented by AlO (OH). This is obtained by subjecting aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) to hot water treatment at 150 to 375C. Depending on the steam treatment temperature and the steam concentration during the hot water treatment, alumina hydroxide having another structure is mixed. They are called pseudo-boehmite.
As commercial products, Pural and the like from Condea are known.

【0070】ゼオライトの種結晶、ゼオライトの前駆体
を支持体にコーティングする方法は、特に限定されず、
公知のいかなる方法も適用できる。例えば、支持体をス
ラリー中、浸した後、そのまま引き上げるディップコー
ト法、筆やブレードなどで塗布する方法、支持体の片側
をスラリーに接触させ、もう一方から減圧する方法、支
持体の片側からスラリーを圧力を加えて押し込む方法、
支持体を回転させながら塗布液を滴下するスピンコート
法、塗布液を支持体に噴霧してコーティングするスプレ
ーコート法が考えられる。
The method for coating the support with the zeolite seed crystal and the zeolite precursor is not particularly limited.
Any known method can be applied. For example, a dip coating method in which the support is dipped in the slurry and then pulled up as it is, a method of applying with a brush or a blade, a method in which one side of the support is brought into contact with the slurry and the pressure is reduced from the other side, How to apply pressure and push in,
A spin coating method in which the coating solution is dropped while rotating the support, and a spray coating method in which the coating solution is sprayed onto the support to coat the coating solution are conceivable.

【0071】また、種結晶は、多孔質支持体の細孔内に
存在させた方が、膜の強度や耐圧性、緻密性の点で好ま
しいが、支持体表面に付着している状態でも差し支えな
い。
It is preferable that the seed crystal be present in the pores of the porous support in view of the strength, pressure resistance and denseness of the membrane. However, the seed crystal may be attached to the surface of the support. Absent.

【0072】ゼオライト膜ができたかどうかは、薄膜X
線回折法によって測定できる。具体的には、例えば、X
線源にCuKαを用い(波長=0.154nm)、入射角を3度
に固定し、スキャン速度を2θ 4度/分で平行光学系
でX線回折測定することができる。得られたX線回折パ
ターンと既知の文献のX線回折パターンを比較すること
によって同定できる。また、各ピークのピーク強度比を
比較することによって、ゼオライト膜の配向性について
考察することができる。
Whether the zeolite membrane was formed was determined by determining whether the thin film X
It can be measured by the line diffraction method. Specifically, for example, X
X-ray diffraction can be measured with a parallel optical system using CuKα as the radiation source (wavelength = 0.154 nm), the incident angle fixed at 3 °, and the scan speed at 2θ 4 ° / min. It can be identified by comparing the obtained X-ray diffraction pattern with the X-ray diffraction pattern of a known document. In addition, the orientation of the zeolite membrane can be considered by comparing the peak intensity ratio of each peak.

【0073】以上のようにしてゼオライト膜は、多孔質
支持体上にコーティングされるが、ゼオライト膜のコー
ティングは2回以上行っても良い。また2回以上行った
方が緻密性の点で好ましい。
As described above, the zeolite membrane is coated on the porous support, but the zeolite membrane may be coated twice or more. Further, it is preferable to perform the measurement twice or more in terms of denseness.

【0074】ゼオライト膜は、生成した後、水洗、乾
燥、焼成等の処理を加えても良い。ゼオライト膜が形成
したかどうかは、薄膜用のX線回折装置を用いて確認で
きる。生成したゼオライト膜を焼成する場合は、生成し
たゼオライト膜に、亀裂を発生させないために、なるべ
く時間をかけて昇温する。好ましくはその昇温速度は3
℃/min以下、更に好ましくは2℃/min以下、特に好まし
くは1℃/min以下で昇温する。勿論、降温速度も低い方
が良い。好ましくはその降温速度は5℃/min以下、更に
好ましくは3℃/min以下、特に好ましくは2℃/min以下
で降温する。焼成温度は、一般には150〜600℃程
度である。
After the zeolite membrane has been formed, treatments such as washing with water, drying and firing may be added. Whether or not a zeolite membrane has been formed can be confirmed using an X-ray diffractometer for a thin film. When firing the generated zeolite membrane, the temperature is raised as long as possible in order to prevent the generated zeolite membrane from cracking. Preferably, the heating rate is 3
C./min or lower, more preferably 2.degree. C./min or lower, particularly preferably 1.degree. C./min or lower. Of course, it is better that the temperature drop rate is low. Preferably, the temperature is lowered at a rate of 5 ° C./min or less, more preferably 3 ° C./min or less, particularly preferably 2 ° C./min or less. The firing temperature is generally about 150 to 600 ° C.

【0075】ゼオライトを含む透過膜を無機及び/又は
有機の高分子の複合膜にする場合は、予め水熱合成法も
しくは水蒸気法でゼオライトを作った後その粒子を高分
子と混合しその後製膜する。方法はこれに限られるもの
ではなく、ゼオライトが混入した高分子ができればそれ
でよい。また、ゼオライトの膜を作った後、高分子をコ
ーティングしても良い。混合させるポリマーの種類は、
特に限定されないが例えばシリコーンゴム、ポリスルホ
ン系ポリマー、フェノール樹脂などである。
When the permeable membrane containing zeolite is formed into a composite membrane of an inorganic and / or organic polymer, the zeolite is prepared in advance by a hydrothermal synthesis method or a steam method, and the particles are mixed with the polymer. I do. The method is not limited to this, but any method can be used as long as a polymer mixed with zeolite is formed. After the zeolite membrane is formed, a polymer may be coated. The type of polymer to be mixed is
Although not particularly limited, examples thereof include silicone rubber, polysulfone-based polymer, and phenol resin.

【0076】ゼオライトを含有する透過膜は、ゼオライ
トの結晶内の孔以外の孔は、なるべく少ない方がよい。
そのような結晶内以外の孔を少なくすることを、緻密化
処理という。このような結晶外の孔(結晶と結晶の間の
隙間)はなるべく少ない方が良いので、透過膜に対して
この緻密化処理を行った方が好ましい。勿論緻密化処理
を行わなくても緻密な膜ができている場合は、緻密化処
理を行う必要はない。緻密化処理の方法としては、公知
の方法が使用できるが、具体例として、ゼオライトの孔
には入らないが、それ以外の孔、例えば結晶と結晶の間
の粒界に生じた孔には入りうるサイズの有機物を含浸さ
せ、その後窒素ガスなど実質酸素の存在しないガス中で
焼成し、炭化してその細孔を埋めるなどの方法が挙げら
れるがこの方法に限定されるものではない。また、炭化
しやすいフェノール樹脂等で処理した後加熱するなどし
て、結晶外の孔を埋めたり、カーボンとの複合膜にする
こともできる。シリコーン等の高分子化合物を粒界に生
じた孔に埋め込んでも良いし、これらとの複合膜にして
も良い。モノマーを粒界に導入しそこで高分子化させて
も良い。
It is preferable that the zeolite-containing permeable membrane has as few holes as possible except for the holes in the zeolite crystal.
Reducing such holes outside the crystal is referred to as densification treatment. It is preferable that such holes outside the crystal (gap between crystals) be as small as possible. Therefore, it is preferable to perform the densification treatment on the permeable membrane. Of course, if a dense film is formed without performing the densification processing, it is not necessary to perform the densification processing. As a method of the densification treatment, a known method can be used, but as a specific example, it does not enter pores of zeolite, but enters other pores, for example, pores formed at a grain boundary between crystals. A method of impregnating with an organic material having a desired size, followed by baking in a gas substantially free of oxygen such as nitrogen gas, and carbonizing to fill the pores, is not limited to this method. Further, it is also possible to fill holes outside the crystal or to form a composite film with carbon by heating with a phenol resin or the like which is easily carbonized and then heating. A polymer compound such as silicone may be buried in the pores formed at the grain boundaries, or may be a composite film with these. The monomer may be introduced into the grain boundary and polymerized there.

【0077】ゼオライトは、イオン交換点を持つことが
あるが、イオン交換点に交換されているカチオンに特に
制限はない。例えば、H+,Li+,Na+,K+,R
+,Cs+,Ca2+,Mg2+,Ba2+,Ag+,C
2+,Cu+,Ni2+,La3+等あらゆるカチオンを交
換することができ、何がイオン交換点に入っていても良
い。
The zeolite may have an ion exchange point, but the cation exchanged at the ion exchange point is not particularly limited. For example, H + , Li + , Na + , K + , R
b + , Cs + , Ca 2+ , Mg 2+ , Ba 2+ , Ag + , C
Any cation such as u 2+ , Cu + , Ni 2+ , La 3+ can be exchanged, and any cation can be at the ion exchange point.

【0078】本発明における機能層は、無機酸化物の微
粒子のみの集合体であっても良い。これは、ゼオライト
とは違い、微粒子同士の間隙の微細孔を積極的に利用し
た透過膜である。微粒子の大きさが小さくなればなるほ
ど透過膜の細孔径は小さくなり、透過選択性にとって好
ましい。本発明においては、無機酸化物によって形成さ
れた機能層が、マイクロポア(2nm以下)を有するこ
とが好ましい。無機酸化物微粒子による機能層の形成方
法は、特に限定されないが、多孔質支持体に、無機酸化
物微粒子の分散したコロイド、スラリー等を塗布、浸せ
きする方法や、多孔質支持体に化学蒸着法で酸化物微粒
子を付着させる方法が挙げられる。多孔質支持体、緻密
化処理、疎水化処理に関しては、前述のゼオライトの機
能層に関する説明と同じである。ゼオライト、シリコー
ン化合物、有機高分子、カーボンなどの他の機能層との
複合化も好ましく行われる。
The functional layer in the present invention may be an aggregate of only inorganic oxide fine particles. This is a permeable membrane that, unlike zeolite, actively utilizes the fine pores in the gap between the fine particles. The smaller the size of the fine particles, the smaller the pore size of the permeable membrane, which is preferable for permeation selectivity. In the present invention, it is preferable that the functional layer formed of the inorganic oxide has micropores (2 nm or less). The method for forming the functional layer using the inorganic oxide fine particles is not particularly limited, but a method in which a colloid or a slurry in which the inorganic oxide fine particles are dispersed is applied and immersed in a porous support, or a method in which a chemical vapor deposition method is applied to the porous support. For attaching oxide fine particles. The porous support, the densification treatment, and the hydrophobization treatment are the same as those described above for the zeolite functional layer. Complexing with other functional layers such as zeolite, silicone compounds, organic polymers, and carbon is also preferably performed.

【0079】シリコーンゴム及び/又はシリコーンレジ
ン及び/又はシリコーンオイルも本発明透過膜の機能層
の材料として使用できる。特に、シリコーンゴムを含む
ものが好んで用いられる。本発明に言うシリコーンと
は、シロキサン結合を骨格とし、そのケイ素原子に有機
基などが結合した有機ケイ素高分子化合物をさす。シリ
コーンゴムはシリコーンからなる素材の一つで、高重合
度の線状のポリオルガノシロキサンを中程度に橋掛け
し、ゴム状弾性を示すようにしたもので、別名シリコー
ンエラストマーとも呼ばれる。シリコーンゴムは有機系
樹脂に比べ、耐熱性、耐薬品性にも優れており、150
℃以上の高温の用途にも使える。シリコーンゴムはその
性質から様々な方法で分類されるが、加硫温度の点から
は、熱加硫型、低温加硫型、室温硬化型に分類すること
ができる。
[0079] Silicone rubber and / or silicone resin and / or silicone oil can also be used as a material for the functional layer of the permeable membrane of the present invention. Particularly, those containing silicone rubber are preferably used. Silicone in the present invention refers to an organosilicon polymer compound having a siloxane bond as a skeleton and an organic group or the like bonded to the silicon atom. Silicone rubber is a material made of silicone, which is formed by bridging a high degree of polymerization linear polyorganosiloxane to a medium extent to exhibit rubber-like elasticity, and is also called a silicone elastomer. Silicone rubber is superior to organic resins in heat resistance and chemical resistance.
It can also be used for high-temperature applications. Silicone rubbers are classified by various methods according to their properties. From the viewpoint of vulcanization temperature, silicone rubbers can be classified into heat vulcanization type, low temperature vulcanization type and room temperature curing type.

【0080】熱加硫型シリコーンゴムは、加硫時にパー
オキサイド加硫剤の分解温度以上に加熱する必要があ
り、これによって初めてゴム弾性が得られるタイプのシ
リコーンである。熱加硫型シリコーンゴムの原料は主に
固形状であり、ミラブルゴム(混練りできるゴム)と言
われるが、必ずしも固形状であるわけではない。
The heat-curable silicone rubber is a type of silicone which requires heating at a temperature higher than the decomposition temperature of the peroxide vulcanizing agent at the time of vulcanization, whereby rubber elasticity can be obtained for the first time. The raw material of the heat-vulcanized silicone rubber is mainly solid and is called millable rubber (kneadable rubber), but is not always solid.

【0081】これに対し、低温硬化型シリコーンゴム
は、液状またはペースト状をしていて、硬化剤を加えた
後の常温でのポットライフが長く、作業性に優れる。ま
た、硬化時に熱加硫型シリコーンゴムほどの高温を必要
とせず、100から150℃に加熱することで急速に硬
化が進むタイプである。
On the other hand, the low-temperature-curable silicone rubber is in the form of a liquid or paste, has a long pot life at room temperature after the addition of the curing agent, and is excellent in workability. In addition, it does not require as high a temperature as the heat-curable silicone rubber at the time of curing, and cures rapidly by heating from 100 to 150 ° C.

【0082】これに対し、室温硬化型シリコーンゴムは
文字通り、室温で硬化反応が進行してゴム弾性体となる
シリコーンゴムである。室温硬化型シリコーンゴムも硬
化前は液状、またはペースト状をしている。これら硬化
温度の違いは原料中のポリオルガノシロキサンの重合度
や添加剤、充填剤、架橋剤の種類や量により異なる。本
発明に用いられるシリコーンゴムの種類は特に限定され
るものではないが、作業性の良さから、低温加硫型シリ
コーンゴム、および室温硬化型シリコーンゴムが好んで
用いられる。
On the other hand, room temperature curing type silicone rubber is a silicone rubber which literally undergoes a curing reaction at room temperature to become a rubber elastic body. The room-temperature-curable silicone rubber is also in a liquid or paste state before being cured. The difference between these curing temperatures depends on the degree of polymerization of the polyorganosiloxane in the raw material and the types and amounts of additives, fillers and crosslinking agents. The type of the silicone rubber used in the present invention is not particularly limited, but a low-temperature vulcanization type silicone rubber and a room temperature curing type silicone rubber are preferably used from the viewpoint of good workability.

【0083】なお、シリコーンゴムには一般に言われる
シリコーンレジン(シリコーン樹脂)も含まれる。シリ
コーンレジンは上記3種類のシリコーンゴムに比べ、格
段に架橋密度が高く、堅い材料である。シリコーンレジ
ンはストレートシリコーンレジンとシリコーン変性有機
レジンに大別される。ストレートシリコーンレジンはそ
の成分がシリコーンのみからなるものであり、シリコー
ン変性有機レジンはシリコーン成分と有機樹脂との共重
合体である。必要な透過量に応じ、シリコーンレジンを
用いても良い。
The silicone rubber includes a silicone resin (silicone resin) which is generally called. Silicone resin is a hard material having a much higher crosslink density than the above three types of silicone rubber. Silicone resins are broadly classified into straight silicone resins and silicone-modified organic resins. The straight silicone resin is composed of only silicone, and the silicone-modified organic resin is a copolymer of a silicone component and an organic resin. A silicone resin may be used depending on the required amount of transmission.

【0084】シリコーンゴムの硬化機構は、大別して縮
合反応型と付加反応型に分けられる。縮合反応型では、
空気中の湿気によって縮合反応が起こり、硬化が進む。
一方、付加反応型は主にハイドロシリレーション(ヒド
ロシリル化)反応であり、副生物を生成しない。
The curing mechanism of silicone rubber is roughly classified into a condensation reaction type and an addition reaction type. In the condensation reaction type,
The condensation reaction occurs due to the moisture in the air, and the curing proceeds.
On the other hand, the addition reaction type is mainly a hydrosilylation (hydrosilylation) reaction and does not generate by-products.

【0085】このようなシリコーン化合物は、膜化した
ときに他の高分子膜に比べて、水素などを良く透過する
ものの前述のゼオライト膜や酸化物微粒子膜などの多孔
膜に比べ、水素の透過速度は低い。その理由は、シリコ
ーン膜や後述する有機高分子膜は、分子を高分子中への
溶解拡散により透過しており、分子の透過中の抵抗は多
孔膜に比べ、大きいものと考えられる。従って、所望の
透過量を得るためには、機能層は薄い方が好ましい。た
だし、あまり薄すぎると逆に選択性が低くなることがあ
るため注意が必要である。膜の厚さは特に限定されない
が、0.1〜500μm が好ましい。好ましい膜厚は用
途によって様々であるが、電解コンデンサ用途において
は0.1〜200μm 程度がよい。好ましくは0.5〜
150μm であり、特に好ましくは1〜100μm であ
る。このような薄い膜になるとそれだけでは、実用的な
強度を有さない。そこで本発明では、多孔質支持体にこ
れらの機能層をコーティングする。支持体の形態や使用
方法は、前述の通りである。
Such a silicone compound, when formed into a film, transmits hydrogen and the like better than other polymer films, but has a higher hydrogen permeability than the aforementioned porous films such as zeolite film and oxide fine particle film. Speed is low. The reason is considered that the silicone film and the organic polymer film described later transmit molecules by dissolving and diffusing into the polymer, and the resistance during the permeation of the molecules is considered to be higher than that of the porous film. Therefore, in order to obtain a desired transmission amount, it is preferable that the functional layer is thin. However, care must be taken because if the thickness is too small, the selectivity may be reduced. The thickness of the film is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 500 μm. The preferred film thickness varies depending on the application, but for electrolytic capacitors, it is preferably about 0.1 to 200 μm. Preferably 0.5 to
It is 150 μm, particularly preferably 1 to 100 μm. Such a thin film alone does not have practical strength. Therefore, in the present invention, the porous support is coated with these functional layers. The form and use method of the support are as described above.

【0086】シリコーンゴムの原料溶液の成分は特に限
定されるものではないが、例えば以下の成分を用いるこ
ともできる。まず、いずれのシリコーンゴムでもポリオ
ルガノシロキサン(シリコーンポリマー)を主原料とし
て、乾式シリカ、湿式シリカなどの補強充填剤、珪藻
土、石英粉末などの増量充填剤、種々の添加剤、架橋剤
を有機溶剤に加える方法が好んで適用される。ここで用
いられる有機溶媒は上記原料を溶解または高分散できる
ものならば特に限定されないが、トルエン、キシレン、
n−ヘプタン、リグロイン、イソプロピルアルコールお
よびこれら有機溶媒の混合液が好んで用いられる。ま
た、ポリオルガノシロキサンの分子構造は特に限定され
るものではないが、ケイ素にメチル基、フェニル基、ビ
ニル基、またはトリフルオロプロピル基が結合したもの
が好んで用いられる。また、原料ポリマーの重合度も特
に限定されるものではないが、コーティング作業の簡便
さから10000以下のもが好んで用いられる。
The components of the silicone rubber raw material solution are not particularly limited. For example, the following components can be used. First of all, all silicone rubbers use polyorganosiloxane (silicone polymer) as the main raw material, reinforcing fillers such as dry silica and wet silica, fillers such as diatomaceous earth and quartz powder, various additives, and crosslinking agents as organic solvents. Is preferably applied. The organic solvent used here is not particularly limited as long as it can dissolve or highly disperse the above raw materials, but toluene, xylene,
n-Heptane, ligroin, isopropyl alcohol and mixtures of these organic solvents are preferably used. The molecular structure of the polyorganosiloxane is not particularly limited, but those in which a methyl group, a phenyl group, a vinyl group, or a trifluoropropyl group is bonded to silicon are preferably used. Also, the degree of polymerization of the raw material polymer is not particularly limited, but those having a molecular weight of 10,000 or less are preferably used because of the simplicity of the coating operation.

【0087】シリコーンゴムの支持体へのコーティング
方法は特に限定されるものではないが、例えば以下の方
法を用いることもできる。上記シリコーンゴム原料溶液
調製後、これを支持体上に塗布する、または、支持体を
上記シリコーンゴム原料溶液に浸す、または、支持体の
一方の面に上記シリコーンゴム原料溶液を接触させ、シ
リコーンゴムをコートする面とは反対側の面から吸引す
る方法が適用される。これらのいずれかの方法を用いて
シリコーンゴム溶液を支持体上に担持した後に、シリコ
ーンゴムを硬化させるために処理を行っても良い。処理
方法の例として、大気中、室温で10分〜1週間放置し
たり、200℃以下に加熱し、10分〜1週間放置する方
法が好んで用いられる。
The method of coating the support with the silicone rubber is not particularly limited, but for example, the following method can be used. After preparing the silicone rubber raw material solution, apply it on a support, or immerse the support in the silicone rubber raw material solution, or contact the silicone rubber raw material solution with one surface of the support, Is applied from the surface opposite to the surface to be coated. After carrying the silicone rubber solution on the support using any of these methods, a treatment may be performed to cure the silicone rubber. As an example of the treatment method, a method in which the mixture is left at room temperature in the air for 10 minutes to 1 week or heated to 200 ° C. or lower and left for 10 minutes to 1 week is preferably used.

【0088】有機高分子又はそれを炭化させたカーボン
も機能層として有効である。有機高分子としてはポリイ
ミド、テフロン、プチレンゴム、イソブチレンゴム、ま
たはポリプロピレン、フェノール樹脂が好ましく用いら
れ、カーボンとしてはポリイミドやポリフェノール等を
真空中、窒素気流中、不活性ガス中、又は大気中で焼成
して炭化したものが好ましく用いられる。有機高分子の
膜は、前述したシリコーン膜と同様非多孔膜であり、多
孔膜に比べ水素の透過性は劣るため膜の厚みは薄い方が
好ましい。100μ以下、好ましくは10μ以下が好ま
しい。有機高分子を多孔質支持体にコーティングする方
法としては、高分子を溶融又は溶媒に溶かして、塗布、
浸せき、噴霧するなどの方法が用いられるがこれに限定
されるものではない。カーボンは、炭化しやすい有機高
分子、有機物を予めコーティングした後、真空中、窒素
気流中、不活性ガス中、又は大気中で焼成して得ること
ができる。カーボンの中でも分子サイズの細孔を有する
多孔性のカーボンモレキュラーシーブが特に好ましい。
炭化してカーボンモレキュラーシーブになるものとして
は、ポリイミドやフェノール樹脂などが例として挙げら
れるがこれに限られるものではない。有機高分子やカー
ボンの機能層は、単独で用いても構わないが他の機能層
と複合で用いることも好ましく行われる。
An organic polymer or carbonized carbon is also effective as a functional layer. As the organic polymer, polyimide, Teflon, butylene rubber, isobutylene rubber, or polypropylene, phenol resin is preferably used, and as carbon, polyimide or polyphenol is baked in vacuum, in a nitrogen stream, in an inert gas, or in the air. What has been carbonized is preferably used. The organic polymer film is a non-porous film like the above-mentioned silicone film, and has a lower hydrogen permeability than the porous film. It is preferably 100 μm or less, more preferably 10 μm or less. As a method of coating the organic polymer on the porous support, the polymer is melted or dissolved in a solvent, and applied.
A method such as dipping or spraying is used, but is not limited thereto. Carbon can be obtained by coating an organic polymer or an organic substance which is easily carbonized in advance, and then baking in vacuum, in a nitrogen stream, in an inert gas, or in the atmosphere. Among carbons, a porous carbon molecular sieve having pores of a molecular size is particularly preferable.
Examples of carbonized carbon sieves that are carbonized include polyimide and phenolic resin, but are not limited thereto. The organic polymer or carbon functional layer may be used alone, but is preferably used in combination with another functional layer.

【0089】また、本発明は上記記載の透過膜またはゼ
オライト膜を搭載した燃料電池システムに関するもので
ある。
The present invention also relates to a fuel cell system equipped with the above permeable membrane or zeolite membrane.

【0090】次世代の発電システムとして期待されてい
る燃料電池システムは用いるイオン交換膜により、固体
高分子型、リン酸型、固体酸化物型、溶融炭酸塩型の4
つに分類される。この中の固体高分子型、リン酸型は燃
料電池の燃料に水素を供給し、イオン交換膜にプロトン
導電性膜を用いるものである。水素の供給方法として、
水素を直接供給する方法と、炭化水素から改質して得る
方法がある。用いる炭化水素は、改質反応で水素ガスが
効率よく発生するものであれば、特に限定されないが、
脂肪族炭化水素、アルコール類が好んで用いられる。環
境問題を考慮し、生成するH2/CO2比が高くなるよう
な炭化水素が好ましく、特に、メタノール、メタンが好
ましい。また、燃料を供給するためのインフラが整備さ
れている点から、ガソリンも好ましい炭化水素の一つで
ある。
The fuel cell system expected as a next-generation power generation system has four types of solid polymer type, phosphoric acid type, solid oxide type and molten carbonate type depending on the ion exchange membrane used.
Are classified into two types. Among these, the solid polymer type and the phosphoric acid type supply hydrogen to the fuel of the fuel cell and use a proton conductive membrane as the ion exchange membrane. As a method for supplying hydrogen,
There are a method of directly supplying hydrogen and a method of reforming from hydrocarbon. The hydrocarbon used is not particularly limited as long as hydrogen gas is efficiently generated in the reforming reaction.
Aliphatic hydrocarbons and alcohols are preferably used. In consideration of environmental issues, hydrocarbons that generate a high H 2 / CO 2 ratio are preferable, and methanol and methane are particularly preferable. Gasoline is also one of the preferred hydrocarbons because of the infrastructure for supplying fuel.

【0091】改質方法は、通常知られる改質方法が適用
される。例えば、水蒸気を供給する水蒸気改質、酸素や
空気を供給する酸化改質が好ましく用いられる。水蒸気
改質は吸熱反応、酸化改質は発熱反応であることから、
それぞれ加熱、または放熱する必要がある。そこで、加
熱や放熱する必要のないように、水蒸気と酸素、または
水蒸気と空気を所定の比率で供給するオートサーマル法
も好んで用いられる。
As the reforming method, a generally known reforming method is applied. For example, steam reforming for supplying steam and oxidation reforming for supplying oxygen or air are preferably used. Since steam reforming is an endothermic reaction and oxidative reforming is an exothermic reaction,
Each needs to be heated or radiated. Therefore, an autothermal method of supplying steam and oxygen or steam and air at a predetermined ratio so as to eliminate the need for heating or heat radiation is also preferably used.

【0092】炭化水素の改質に水蒸気を用いた場合、改
質器で以下の反応が起こる。
When steam is used for reforming hydrocarbons, the following reaction occurs in the reformer.

【0093】[0093]

【数3】 (Equation 3)

【0094】また、改質ガスには以下に示すシフト反応
により微量の一酸化炭素が混入する。
Further, a small amount of carbon monoxide is mixed into the reformed gas by the following shift reaction.

【0095】[0095]

【数4】 (Equation 4)

【0096】このように改質ガスには、水素と二酸化炭
素の他に、シフト反応で生成した一酸化炭素、および原
料の水蒸気と炭化水素が混入する。
As described above, in addition to hydrogen and carbon dioxide, carbon monoxide generated by the shift reaction, and water vapor and hydrocarbon as raw materials are mixed in the reformed gas.

【0097】特に改質反応を充分に行うために、水蒸気
を過剰に加えた場合、改質ガス中の水蒸気濃度は高くな
る。水蒸気濃度が高い改質ガスを用いると、一酸化炭素
酸化触媒の活性が劣化したり、燃料電池の燃料電極上を
水蒸気が被覆し発電効率を低下させる、といった問題が
生じる。また、水蒸気濃度が高いと、水素濃度がそれだ
け低下するため、発電効率が低下する。これに対し、本
発明の膜を用いると、改質ガス中から水蒸気より水素を
選択的に透過できるため、一酸化炭素酸化触媒の活性劣
化を抑制でき、水素濃度の低下が抑制され、かつ、燃料
電極上の水の被覆を抑えることができる。
In particular, when steam is excessively added in order to sufficiently perform the reforming reaction, the steam concentration in the reformed gas becomes high. When a reformed gas having a high water vapor concentration is used, there are problems that the activity of the carbon monoxide oxidizing catalyst is deteriorated and that the fuel electrode of the fuel cell is covered with water vapor to lower the power generation efficiency. In addition, when the water vapor concentration is high, the hydrogen concentration decreases accordingly, and the power generation efficiency decreases. On the other hand, when the membrane of the present invention is used, hydrogen can be selectively permeated from steam from the reformed gas, so that the deterioration of the activity of the carbon monoxide oxidation catalyst can be suppressed, the decrease in the hydrogen concentration is suppressed, and Water coating on the fuel electrode can be suppressed.

【0098】また、炭化水素の改質反応で生成する一酸
化炭素は燃料電極上の触媒を被毒することが知られてい
る。そのため、一酸化炭素より水素を選択的に透過する
膜を用いれば、一酸化炭素酸化触媒を用いずに一酸化炭
素濃度の低い水素ガスを燃料電極に供給できるため好ま
しい。一酸化炭素酸化触媒を設置する必要が無いため、
装置を簡略化できる点からも好ましい。一酸化炭素より
水素を選択的に透過するためには、例えば表面処理した
ゼオライト膜が有効である。シラン処理を行い、細孔径
を小さくしたゼオライト膜を用いて、水素と一酸化炭素
の分子径差を利用して分離する方法が好んで用いられ
る。この場合も、水より水素を選択的に透過する膜でな
いと、改質ガス中に共存する水が膜の細孔内に吸着さ
れ、水素の透過量が少なくなる。従って、水より水素を
選択的に透過する膜は、水蒸気の存在下での水素/一酸
化炭素ガスの分離においても、極めて重要である。
It is known that carbon monoxide produced by a hydrocarbon reforming reaction poisons a catalyst on a fuel electrode. Therefore, it is preferable to use a membrane that selectively transmits hydrogen than carbon monoxide because hydrogen gas having a low carbon monoxide concentration can be supplied to the fuel electrode without using a carbon monoxide oxidation catalyst. Since there is no need to install a carbon monoxide oxidation catalyst,
It is also preferable in that the device can be simplified. For selectively transmitting hydrogen over carbon monoxide, for example, a surface-treated zeolite membrane is effective. A method of performing separation using hydrogen and carbon monoxide by using a zeolite membrane having a reduced pore diameter by performing a silane treatment is preferably used. Also in this case, if the membrane does not selectively transmit hydrogen than water, water coexisting in the reformed gas is adsorbed in the pores of the membrane, and the amount of permeated hydrogen decreases. Therefore, a membrane that selectively permeates hydrogen over water is also extremely important in separating hydrogen / carbon monoxide gas in the presence of water vapor.

【0099】また、本発明は上記記載の透過膜またはゼ
オライト膜を搭載した水蒸気改質装置に関するものであ
る。
The present invention also relates to a steam reforming apparatus equipped with the above permeable membrane or zeolite membrane.

【0100】炭化水素を水蒸気改質する場合、炭化水素
と水蒸気を混合したガスを300℃から800℃の改質
触媒に供給する。式(1)に示した反応がある程度進行
し、ガス中の水素濃度が高くなると、炭化水素と水の接
触確率が低下し、改質反応速度は著しく低下する。更に
(2)式により、好ましくない一酸化炭素が生成する。
そこで、図1に示すように、触媒反応塔の壁の一部また
は全てを本発明膜で作製し、生成した水素ガスを水やメ
タノールより選択的に塔外に除去することで、平衡に支
配されることなく、効率よく反応が進むために、改質反
応速度を向上させることができる。その結果、効率よく
水素を製造できるだけでなく、一酸化炭素濃度の低減に
もつながる。また、膜を透過したガスは、通常の改質反
応で生成した改質ガスに比べて、水素濃度が高く、かつ
水蒸気濃度が低い。このガスを例えば燃料電池の燃料電
極部分に供給すると、電極が水蒸気で被覆されることが
無く、かつ高い電力が得られる。
In the case of reforming hydrocarbons by steam, a mixture of hydrocarbons and steam is supplied to a reforming catalyst at 300 to 800 ° C. When the reaction shown in the equation (1) proceeds to some extent and the hydrogen concentration in the gas increases, the probability of contact between hydrocarbon and water decreases, and the reforming reaction rate decreases significantly. Further, according to the formula (2), undesirable carbon monoxide is generated.
Therefore, as shown in FIG. 1, a part or all of the wall of the catalytic reaction tower is made of the membrane of the present invention, and the generated hydrogen gas is selectively removed from the outside of the tower with respect to water or methanol, thereby controlling the equilibrium. Since the reaction proceeds efficiently without being performed, the reforming reaction rate can be improved. As a result, not only can hydrogen be produced efficiently, but also the concentration of carbon monoxide can be reduced. Further, the gas that has passed through the membrane has a higher hydrogen concentration and a lower water vapor concentration than the reformed gas generated by a normal reforming reaction. When this gas is supplied to, for example, a fuel electrode portion of a fuel cell, the electrode is not covered with water vapor and high power is obtained.

【0101】また、本発明は上記記載の透過膜またはゼ
オライト膜を搭載した電解コンデンサーに関するもので
ある。
The present invention also relates to an electrolytic capacitor equipped with the above permeable membrane or zeolite membrane.

【0102】本発明に言う電解コンデンサについて詳述
する。
The electrolytic capacitor according to the present invention will be described in detail.

【0103】容器内に、重ね合わされた陽極箔及び陰極
箔、一端が該容器の外部に突出している陽極端子及び陰
極端子、及び電解液が内蔵されてなる電解コンデンサ
に、本発明の透過膜を使用すれば、その透過膜が、コン
デンサ内部で発生した水素ガスを透過させ、かつ、電解
液を液または蒸気として透過させないので、内圧が上昇
することなく、しかも電解液の組成も大きく変化しない
ので、寿命、性能安定性の意味で非常に効果がある。
The permeable membrane of the present invention is applied to an electrolytic capacitor having an anode foil and a cathode foil superposed in a container, an anode terminal and a cathode terminal having one end protruding outside the container, and an electrolytic solution. If used, the permeable membrane permeates the hydrogen gas generated inside the capacitor and does not allow the electrolyte to permeate as liquid or vapor, so that the internal pressure does not increase and the composition of the electrolyte does not change significantly. It is very effective in terms of life, stability and performance.

【0104】本発明の電解コンデンサは、特に制限はな
いが電解液が液状のコンデンサの場合に、特に優れた効
果を有する。特に、アルミ電解コンデンサ、中でも大型
ねじ端子形アルミ電解コンデンサにおいて、特に有効で
ある。
Although the electrolytic capacitor of the present invention is not particularly limited, it has a particularly excellent effect when the electrolytic solution is a liquid capacitor. In particular, the present invention is particularly effective for aluminum electrolytic capacitors, especially for large screw terminal type aluminum electrolytic capacitors.

【0105】以下、図面に基づき、本発明の電解コンデ
ンサについて説明する。図2は、本発明の透過膜を用い
た電解コンデンサの例を示す概略横断面図であり、図3
は、図2における電解コンデンサの封口栓部分を上から
見た概略平面図である。
Hereinafter, the electrolytic capacitor of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of an electrolytic capacitor using the permeable membrane of the present invention.
FIG. 3 is a schematic plan view of a sealing plug portion of the electrolytic capacitor in FIG. 2 as viewed from above.

【0106】すなわち、図2において、陽極箔と陰極箔
間にクラフト紙を介在させて巻回した電解コンデンサ素
子に電解液を含浸し、封口栓の貫通孔から陽極端子と陰
極端子を突出させて、アルミニウム製の容器に収納した
ものである。図3は、図2の封口栓を上から見た様子を
示した図であり、本発明の透過膜は、例えば、図3に示
した位置に接着剤などで据え付けることができる。
That is, in FIG. 2, the electrolytic capacitor element wound with kraft paper interposed between the anode foil and the cathode foil is impregnated with the electrolytic solution, and the anode terminal and the cathode terminal are projected from the through hole of the sealing plug. , In a container made of aluminum. FIG. 3 is a view showing the sealing plug of FIG. 2 as viewed from above. The permeable membrane of the present invention can be installed at the position shown in FIG. 3 with an adhesive or the like, for example.

【0107】本発明の透過膜は、水素を透過するが、水
は透過しにくいので、水蒸気や電解液の主成分である
水、エチレングリコールやγーブチロラクトンは透過し
にくく電解液の組成を変えずに、また電気分解により生
ずる水素を外部に逃すことができるので、コンデンサの
破裂が避けられ、かつ性能を長期間安定化させることが
できる。
Since the permeable membrane of the present invention is permeable to hydrogen but not permeable to water, water, ethylene glycol and γ-butyrolactone, which are the main components of water vapor and the electrolytic solution, are difficult to transmit, and the composition of the electrolytic solution is changed. In addition, since hydrogen generated by the electrolysis can be released to the outside, the rupture of the capacitor can be avoided, and the performance can be stabilized for a long time.

【0108】本発明に使用される透過膜の形態は、平板
状の透過膜が好ましく用いられる。また、透過膜の形状
は、特に制限なく、大きさは封口栓の大きさより小さけ
ればよいが、封口栓の半径より小さいことが好ましい。
透過膜の厚さは、特に制限なく、セッティングのときに
壊れない程度の機械的強度が保たれていればよい。
As the form of the permeable membrane used in the present invention, a flat permeable membrane is preferably used. The shape of the permeable membrane is not particularly limited, and the size may be smaller than the size of the sealing plug, but is preferably smaller than the radius of the sealing plug.
The thickness of the permeable membrane is not particularly limited, as long as it has a mechanical strength that does not break during setting.

【0109】本発明の膜は、上記用途に限定されるもの
ではない。
The film of the present invention is not limited to the use described above.

【0110】例えば、炭化水素を水蒸気で改質した後、
上記記載の膜に接触させ、改質ガスから水素を水蒸気よ
り選択的に透過させる方法全般が本発明に含まれる。
For example, after reforming a hydrocarbon with steam,
The present invention includes all methods for contacting the above-mentioned membrane with the membrane to selectively permeate hydrogen from reformed gas over water vapor.

【0111】さらには、上記記載の膜を用いた分離方法
全般が本発明に含まれる。
Further, the present invention includes all separation methods using the above-mentioned membrane.

【0112】例えば、水、アンモニア、エチレングリコ
ールなどの極性の分子の存在下で、ガスを透過したり、
分離したりする用途は多く、ガスを透過する能力だけで
なく、前述のような極性分子を透過しにくい性質を備え
た膜は、種々の用途に使用できる。例えば、水蒸気を含
む空気からの窒素と酸素の分離、水蒸気を含む水素ガス
からの水素の精製、水等の極性溶媒中の溶存ガスの脱気
などに広く利用できる。
For example, a gas permeates in the presence of polar molecules such as water, ammonia, and ethylene glycol,
There are many uses such as separation, and a membrane having not only the ability to permeate gas but also the above-mentioned property of not permeating polar molecules can be used for various uses. For example, it can be widely used for separation of nitrogen and oxygen from air containing water vapor, purification of hydrogen from hydrogen gas containing water vapor, degassing of a dissolved gas in a polar solvent such as water, and the like.

【0113】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に
説明する。もっとも、下記の実施例は例示のために示す
ものであって、いかなる意味においても限定的に解釈し
てはならない。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are given for illustrative purposes and should not be construed as limiting in any sense.

【0114】[0114]

【実施例】(実施例1)[シリカライト膜合成用種結晶
の合成] 20gのテトラプロピルアンモニウムハイドロオキサイ
ド(TPAOH)の20〜25%水溶液(東京化成社製20
〜25%水溶液)に、0.28gの水酸化ナトリウム
(片山化学社製試薬1級)を添加して攪拌した。それに
さらに、5gのヒュームドシリカ(アルドリッチ)を添
加し、80℃に加熱し透明な水溶液を得た。これをポリ
4フッ化エチレン・ラインのオートクレーブに入れ、1
25℃で8時間加熱したところ、シリカライトの微粒子
(平均粒径約80nm)が得られた。これに、水を加えて
1wt%シリカライト含有のシリカライトコロイドとし
た。
EXAMPLES (Example 1) [Synthesis of seed crystal for silicalite membrane synthesis] 20 g of a 20 to 25% aqueous solution of tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH) (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
-25% aqueous solution), 0.28 g of sodium hydroxide (Katayama Chemical Co., Ltd., first grade) was added and stirred. Further, 5 g of fumed silica (Aldrich) was added and heated to 80 ° C. to obtain a transparent aqueous solution. Put this in the polytetrafluoroethylene line autoclave,
After heating at 25 ° C. for 8 hours, silicalite fine particles (average particle size: about 80 nm) were obtained. Water was added to this to form a silicalite colloid containing 1 wt% silicalite.

【0115】(実施例2)[種結晶の多孔質支持体への
コーティング] 実施例1で得られた1wt%のシリカライトコロイド
0.1gを、一辺が1.4cmの正方形で厚さ3mmのα−アル
ミナの多孔質支持体(日本碍子社製のセラミックス膜(1
00mmX100mmX3mm)をこの大きさに切断したもの:片面の
みアルミナ微粒子を厚さ約50μm分コーティングされ
たもの、平均細孔径は0.1μm)のアルミナ微粒子で
処理された面上に、なるべく均一に滴下してコーティン
グした後、乾燥し、550℃で3時間焼成し、種結晶が
コートされた支持体を得た。
Example 2 [Coating of Seed Crystal on Porous Support] 0.1 g of the silicalite colloid of 1% by weight obtained in Example 1 was mixed with α of a square having a side of 1.4 cm and a thickness of 3 mm. -Porous alumina support (ceramic film (1
(00mmX100mmX3mm) cut to this size: coated on one side only with alumina fine particles for a thickness of about 50 μm, average pore diameter is 0.1 μm). After drying, the resultant was dried and calcined at 550 ° C. for 3 hours to obtain a seed crystal-coated support.

【0116】(実施例3)[水蒸気法によるZSM−5
膜の製造と評価] 実施例2で得られた種結晶がコートされた多孔質支持体
のシリカライト粒子(機能層前駆体)がコーティングさ
れた面に、40 SiO2 : 0.8 Al2O3 : 12 TPAOH(テトラプ
ロピルアンモニウムハイドロオキサイド) : 430H2Oの
組成のゲルを、0.1g滴下し、室温で一晩乾燥させ試料膜
とした。SiO2源にはLudox HS−40(Du P
ont製)を、Al2O3源にはPural(CONDEA
製)を用いた。 図6のように、50mlオートクレーブ
中に、0.5gの水を入れ、ポリ4フッ化エチレン製の台に
上記試料膜を置き、それをオートクレーブ内に設置し、
水蒸気自制圧下で150℃で5日間加熱した(以下、こ
の操作を水蒸気処理と言う)。水洗し、乾燥後に、ZS
M−5の薄膜が多孔質支持体上に形成していることを、
X線回折と電子顕微鏡で確認した。次に、この膜状試料
を550℃で2時間焼成した。なお、焼成時の昇温速度
を、0.6℃/min.とし、降温速度を1.2℃/min.とした。X
線回折と電子顕微鏡観察の結果、多孔質支持体上に、焼
成後もZSM−5(シリカ/アルミナ比50)の薄膜が
形成していることを確認した。
(Example 3) [ZSM-5 by steam method]
Production and Evaluation of Membrane] On the surface of the porous support coated with the seed crystal obtained in Example 2 coated with silicalite particles (functional layer precursor), 40 SiO 2 : 0.8 Al 2 O 3 : 0.1 g of a gel having a composition of 12 TPAOH (tetrapropylammonium hydroxide): 430H 2 O was dropped, and dried overnight at room temperature to obtain a sample film. The SiO 2 source Ludox HS-40 (Du P
ont), and Pural (CONDEA) as the Al 2 O 3 source.
Was used. As shown in FIG. 6, in a 50 ml autoclave, put 0.5 g of water, place the sample membrane on a polytetrafluoroethylene table, place it in the autoclave,
Heating was performed at 150 ° C. for 5 days under the self-control of steam (hereinafter, this operation is referred to as steam treatment). After washing with water and drying, ZS
That the thin film of M-5 is formed on the porous support,
Confirmed by X-ray diffraction and electron microscope. Next, the film sample was fired at 550 ° C. for 2 hours. The rate of temperature rise during firing was 0.6 ° C./min., And the rate of temperature drop was 1.2 ° C./min. X
As a result of line diffraction and electron microscopic observation, it was confirmed that a thin film of ZSM-5 (silica / alumina ratio: 50) was formed on the porous support even after firing.

【0117】(実施例4)[透過測定用セルの作成] 本装置を図4を用いて説明する。この装置は、ステンレ
ス鋼製で、ガス供給口からガスを供給する。透過膜は、
弾性体であるシリコーンゴムを介して固定されており、
透過膜の機能層を有する面がガス供給口に示すガス側を
向いている。シリコーンゴムと透過膜の隙間からガスが
漏れることを防ぐために、透過膜の機能層を有する面と
は反対側の面は、ステンレス鋼製の金具で押さえつけら
れている。また、この金具は、Oリングで固定されてい
るため、透過膜を透過後のガスが、透過ガス出口以外か
ら漏れ出ることがない。
Example 4 [Creation of Transmission Measurement Cell] The present apparatus will be described with reference to FIG. This device is made of stainless steel and supplies gas from a gas supply port. The permeable membrane is
It is fixed via silicone rubber which is an elastic body,
The surface of the permeable membrane having the functional layer faces the gas side shown in the gas supply port. In order to prevent gas from leaking from the gap between the silicone rubber and the permeable membrane, the surface of the permeable membrane opposite to the surface having the functional layer is pressed by a stainless steel fitting. In addition, since this metal fitting is fixed with an O-ring, the gas that has passed through the permeable membrane does not leak from a portion other than the permeable gas outlet.

【0118】(実施例5)[透過測定用セルを用いた水
素透過速度の測定] 実施例4に示した装置を用いて、実施例3で作製した膜
の水素ガスの透過速度を測定した。透過装置を20℃の
雰囲気下に設置し、装置のガス供給側に2気圧の水素を
供給し、膜を透過した水素ガス量を石鹸膜流量計で測定
したところ、15.0×10-7(mol/(m2・s・Pa))であった。
次に透過装置をオーブン内に設置し、オーブンで65℃
に加熱した。装置のガス供給側に2気圧の水素を供給
し、膜を透過した水素ガスをステンレス製のパイプを通
して20℃雰囲気下にある石鹸膜流量計へ送り、流量を
測定したところ、13.8×10-7(mol/(m2・s・Pa))であっ
た。次に、オーブンで85℃に加熱し、装置のガス供給
側に2気圧の水素を供給し、膜を透過した水素ガスをス
テンレス製のパイプを通して20℃雰囲気下にある石鹸
膜流量計へ送り、流量を測定したところ、13.6×10
-7(mol/(m2・s・Pa))であった。
(Example 5) [Measurement of hydrogen permeation rate using cell for permeation measurement] Using the apparatus shown in Example 4, the hydrogen gas permeation rate of the film produced in Example 3 was measured. The transmission device was placed under an atmosphere of 20 ° C., where supply of hydrogen 2 atm to the gas supply side of the apparatus, the amount of hydrogen gas that has passed through the membrane was measured with soap film flow meter, 15.0 × 10 -7 (mol / (m 2 · s · Pa)).
Next, the transmission device is set in an oven, and the oven is set to 65 ° C.
Heated. Hydrogen at 2 atm was supplied to the gas supply side of the apparatus, and the hydrogen gas permeated through the membrane was sent to a soap film flow meter in a 20 ° C atmosphere through a stainless steel pipe, and the flow rate was measured to be 13.8 × 10 -7. (Mol / (m 2 · s · Pa)). Next, the mixture was heated to 85 ° C. in an oven, hydrogen at 2 atm was supplied to the gas supply side of the apparatus, and hydrogen gas permeated through the membrane was sent to a soap film flow meter under a 20 ° C. atmosphere through a stainless steel pipe. When the flow rate was measured, 13.6 × 10
-7 (mol / (m 2 · s · Pa)).

【0119】次に実施例3で作製および焼成した膜を再
度、室温から550℃まで0.6(℃/分)で昇温し、
550℃で4時間保持し、550℃から室温まで1.2
(℃/分)で降温した。室温で上記方法で水素透過速度
を測定したところ、15.5×10 -7(mol/(m2・s・Pa))であ
った。2回焼成後の透過速度は1回焼成後の透過速度よ
り、約3.3%大きくなった。
Next, the film produced and fired in Example 3 was reused.
The temperature is raised from room temperature to 550 ° C. at 0.6 (° C./min),
Hold at 550 ° C. for 4 hours, from 550 ° C. to room temperature 1.2
(° C./min). Hydrogen permeation rate by the above method at room temperature
Measured 15.5 × 10 -7(Mol / (mTwo・ S ・ Pa))
Was. The transmission speed after firing twice is the same as the transmission speed after firing once.
About 3.3%.

【0120】(実施例6)[水素/水蒸気透過速度比] 試験管に水をとり、その重さを測定した。これとは別
に、実施例4で示した透過装置に実施例3で示したゼオ
ライト膜を固定した。透過装置のガス供給口と試験管の
口とをゴム管で接続した。この装置全体を65℃に保温
し、65℃での飽和水蒸気を膜に曝した。この装置を数
時間おきにオーブンから取り出し、室温で放冷し、試験
管と水の重さを測定した。加熱時間と水の重量減量か
ら、水の平均減量速度を導き出した。その結果、4.8
×10-3g/h・cm2であった。この水蒸気透過速度
は0.38×10-7(mol/(m2・s・Pa))であり、65℃の水素
透過速度との比VH2/VH2O は36であった。
Example 6 [Hydrogen / Steam Permeation Rate Ratio] Water was placed in a test tube and its weight was measured. Separately, the zeolite membrane shown in Example 3 was fixed to the permeation device shown in Example 4. The gas supply port of the permeation apparatus and the port of the test tube were connected by a rubber tube. The entire apparatus was kept at 65 ° C., and saturated steam at 65 ° C. was exposed to the membrane. The device was removed from the oven every few hours, allowed to cool at room temperature, and the test tubes and water weighed. From the heating time and the weight loss of water, the average rate of weight loss of water was derived. As a result, 4.8
× 10 −3 g / h · cm 2 . The water vapor transmission rate was 0.38 × 10 −7 (mol / (m 2 · s · Pa)), and the ratio V H2 / V H2O to the hydrogen transmission rate at 65 ° C. was 36.

【0121】(実施例7)[水素/エチレングリコール
透過速度比] 試験管にエチレングリコールをとり、その重さを測定し
た。これとは別に、実施例4で示した透過装置に実施例
3で示したゼオライト膜を固定した。透過装置のガス供
給口と試験管の口とをゴム管で接続した。この装置全体
を85℃に保温し、65℃での飽和エチレングリコール
蒸気を膜に曝した。この装置を数時間おきにオーブンか
ら取り出し、室温で放冷し、試験管とエチレングリコー
ルの重さを測定した。加熱時間とエチレングリコールの
重量減量から、エチレングリコールの平均減量速度を導
き出した。その結果、4.9×10-4g/h・cm2
あった。このエチレングリコール透過速度は2.1×10-8
(mol/(m2・s・Pa))であり、85℃の水素透過速度との
比VH2/VEGは65であった。
(Example 7) [Hydrogen / ethylene glycol permeation rate ratio] Ethylene glycol was placed in a test tube, and its weight was measured. Separately, the zeolite membrane shown in Example 3 was fixed to the permeation device shown in Example 4. The gas supply port of the permeation apparatus and the port of the test tube were connected by a rubber tube. The entire apparatus was kept at 85 ° C., and the membrane was exposed to saturated ethylene glycol vapor at 65 ° C. The device was removed from the oven every few hours, allowed to cool at room temperature, and the test tubes and ethylene glycol were weighed. The average rate of weight loss of ethylene glycol was derived from the heating time and the weight loss of ethylene glycol. As a result, it was 4.9 × 10 −4 g / h · cm 2 . This ethylene glycol permeation rate is 2.1 × 10 -8
(Mol / (m 2 · s · Pa)), and the ratio V H2 / V EG to the hydrogen permeation rate at 85 ° C. was 65.

【0122】(実施例8)[電解コンデンサーの作成] 実施例1で得られた1wt%のシリカライトコロイド
0.1gを、直径9mm、厚さ2mmのα−アルミナの多孔
質円柱状支持体(日本碍子社製膜を加工したもの:片面
のみアルミナ微粒子を厚さ約50μm分コーティングさ
れたもの、平均細孔径は0.1μm)のアルミナ微粒子
で処理された面上に、なるべく均一に滴下してコーティ
ングした後、乾燥し、550℃で3時間焼成し、種結晶
がコートされたペレットを得た。これを、Ludox HS-30
1g、Pural 0.01g、20%TPAOH水溶液1gと
水2.48gの混合液に浸漬し引き上げて、常温で1時間放
置した後、水蒸気加圧下で150℃で5日間加熱した。
水洗後、該膜状試料を550℃で2時間焼成した。な
お、焼成時の昇温速度は0.6℃/min.、降温速度は1.2℃/
min.とした。シリカライトの薄膜が、支持体上に形成し
ていることを、X線回折と電子顕微鏡で確認した。
(Example 8) [Preparation of electrolytic capacitor] 0.1 g of the silicalite colloid of 1 wt% obtained in Example 1 was coated with a porous cylindrical support of α-alumina having a diameter of 9 mm and a thickness of 2 mm ( Nippon Insulator Co., Ltd. processed: Alumina fine particles coated on one side only to a thickness of about 50 μm, average pore diameter is 0.1 μm). Drop on the surface treated with alumina fine particles as uniformly as possible. After coating, the coating was dried and baked at 550 ° C. for 3 hours to obtain pellets coated with seed crystals. This is Ludox HS-30
It was immersed in a mixture of 1 g, 0.01 g of Pural, 1 g of a 20% aqueous solution of TPAOH and 2.48 g of water, pulled up, left at room temperature for 1 hour, and then heated at 150 ° C. for 5 days under steam pressure.
After washing with water, the film sample was fired at 550 ° C. for 2 hours. The heating rate during firing was 0.6 ° C / min., And the cooling rate was 1.2 ° C / min.
min. It was confirmed by X-ray diffraction and an electron microscope that a silicalite thin film was formed on the support.

【0123】図5に示すようにペレットの非処理面にバ
ネをあて、これを封口栓の上部と下部で挟み込み固定し
た。この封口栓を用い、図2のような大型ねじ端子形電
解コンデンサを作った。
As shown in FIG. 5, a spring was applied to the non-processed surface of the pellet, which was sandwiched and fixed between the upper and lower portions of the sealing plug. Using this sealing plug, a large screw terminal type electrolytic capacitor as shown in FIG. 2 was produced.

【0124】(実施例9)[水蒸気改質装置の作製] アルミナチューブ(材質:α−アルミナ、内径:7m
m、外径:10mm、長さ:300mm、内壁上に粒径
0.1μmのα−アルミナ粒子を50μm厚コーティン
グ)の内壁に、実施例1で作製した1wt%シリカライ
ト種結晶溶液を0.12g/cm2塗布した後、500
℃で焼成した。アルミナ管の一方の口を塞ぎ、開いた方
の口から、ゼオライト前駆体ゾル(Ludox HS-30 1g、P
ural0.01g、20%TPAOH水溶液1gと水2.48gの
混合液)を注入し、2分間静置した。その後、管の中の
液を捨て、アルミナ管を室温で乾燥させた後、水蒸気加
圧下で150℃で5日間加熱した。水洗後、該円筒膜状
試料を550℃で2時間焼成した。なお、焼成時の昇温
速度は0.6℃/min.、降温速度は1.2℃/min.とした。ZS
M−5の薄膜が、管の内壁上に形成していることを、X
線回折と電子顕微鏡で確認した。この管状膜16本を図
6のように束ねたバンドル状とし、ゼオライト膜モジュ
ールを作製した。これに図1に示すように銅-亜鉛系メ
タノール改質触媒を充填し、水蒸気改質装置を作製し
た。
(Example 9) [Production of steam reforming apparatus] Alumina tube (material: α-alumina, inner diameter: 7 m)
m, outer diameter: 10 mm, length: 300 mm, α-alumina particles having a particle diameter of 0.1 μm coated on the inner wall with a thickness of 50 μm), and the 1 wt% silicalite seed crystal solution prepared in Example 1 was added to the inner wall. After applying 12 g / cm2, 500
Fired at ℃. Close one end of the alumina tube, and open the zeolite precursor sol (Ludox HS-30 1g, P
ural, a mixture of 1 g of a 20% aqueous solution of TPAOH and 2.48 g of water) and allowed to stand for 2 minutes. Thereafter, the liquid in the tube was discarded, the alumina tube was dried at room temperature, and then heated at 150 ° C. for 5 days under steam pressure. After washing with water, the cylindrical film sample was fired at 550 ° C. for 2 hours. The heating rate during firing was 0.6 ° C./min, and the cooling rate was 1.2 ° C./min. ZS
The fact that a thin film of M-5 is formed on the inner wall of the tube is indicated by X
Confirmed by line diffraction and electron microscope. The 16 tubular membranes were bundled into a bundle as shown in FIG. 6 to produce a zeolite membrane module. This was filled with a copper-zinc methanol reforming catalyst as shown in FIG. 1 to produce a steam reforming apparatus.

【0125】(実施例10)[燃料電池システムの作
製] 燃料電池システムについて図7に基づき説明する。実施
例9で示した水蒸気改質装置を用い、この水蒸気改質装
置の壁を構成する透過膜を透過したガスと、装置の出口
から排出したガスを混合できるようなパイプラインを接
続した。このパイプラインに空気供給装置を接続した。
このパイプラインを一酸化炭素選択酸化触媒装置に接続
した。この触媒装置から排出されたガスを燃料電池の燃
料電極部へ供給できるようパイプラインを接続し、燃料
電池システムを作製した。
Example 10 [Fabrication of Fuel Cell System] A fuel cell system will be described with reference to FIG. The steam reforming apparatus shown in Example 9 was used, and a pipeline was connected so that the gas permeating the permeable membrane forming the wall of the steam reforming apparatus and the gas discharged from the outlet of the apparatus could be mixed. An air supply was connected to this pipeline.
This pipeline was connected to a carbon monoxide selective oxidation catalyst device. A pipeline was connected so that the gas discharged from the catalyst device could be supplied to the fuel electrode of the fuel cell, and a fuel cell system was produced.

【0126】(比較例1)[水蒸気法によるシリカライ
ト膜の製造と評価] 実施例2で得られた種結晶がコートされた多孔質支持体
のシリカライト粒子(機能層前駆体)がコーティングさ
れた面に、40 SiO2 : 12 TPAOH(テトラプロピルアンモ
ニウムハイドロオキサイド) : 430H2Oの組成のゲル
を、0.1g滴下し、室温で一晩乾燥させ試料膜とした。Si
O2源にはLudox HS−40(DuPont製)を
用いた。これを水蒸気処理した。水洗し、乾燥後に、シ
リカライトの薄膜が多孔質支持体上に形成していること
を、X線回折と電子顕微鏡で確認した。次に、この膜状
試料を550℃で2時間焼成した。なお、焼成時の昇温
速度を、0.6℃/min.とし、降温速度を1.2℃/min.とし
た。X線回折と電子顕微鏡観察の結果、多孔質支持体上
に、焼成後もシリカライトの薄膜が形成していることを
確認した。
(Comparative Example 1) [Production and evaluation of silicalite membrane by steam method] The silicalite particles (functional layer precursor) of the porous support coated with the seed crystal obtained in Example 2 were coated. On the surface, 0.1 g of a gel having a composition of 40 SiO 2 : 12 TPAOH (tetrapropyl ammonium hydroxide): 430 H 2 O was dropped and dried overnight at room temperature to obtain a sample film. Si
Ludox HS-40 (manufactured by DuPont) was used as the O2 source. This was steamed. After washing with water and drying, it was confirmed by X-ray diffraction and an electron microscope that a thin film of silicalite was formed on the porous support. Next, the film sample was fired at 550 ° C. for 2 hours. The rate of temperature rise during firing was 0.6 ° C./min., And the rate of temperature drop was 1.2 ° C./min. As a result of X-ray diffraction and electron microscopic observation, it was confirmed that a silicalite thin film was formed on the porous support even after firing.

【0127】また、実施例5、6、7の方法に従い、透
過特性を評価した。水素の透過速度は3.2×10-7(mol/
(m2・s・Pa))、水素選択性はVH2/VH2Oは6.3、VH2
/VE Gは12.8であった。
The transmission characteristics were evaluated according to the methods of Examples 5, 6, and 7. The permeation rate of hydrogen is 3.2 × 10 -7 (mol /
(m 2 · s · Pa)), hydrogen selectivity is V H2 / V H2O 6.3, V H2
/ V E G was 12.8.

【0128】[0128]

【発明の効果】本発明は、水蒸気やエチレングリコール
より水素を選択的に透過する膜に関するものである。該
透過膜は、水、エチレングリコール、γーブチロラクト
ン、およびアンモニア等の極性の高い化合物蒸気が存在
する条件下での、ガスの分離あるいは透過に好適に用い
られる。該膜は、勿論、極性の高い化合物蒸気が存在し
ない状況下での種々のガス透過用の膜、または液透過用
の膜としても使用することができる。
The present invention relates to a membrane which selectively permeates hydrogen from water vapor or ethylene glycol. The permeable membrane is suitably used for gas separation or permeation under a condition in which a highly polar compound vapor such as water, ethylene glycol, γ-butyrolactone, and ammonia exists. The membrane can of course be used as a membrane for various gas permeation or a membrane for liquid permeation in the absence of a highly polar compound vapor.

【0129】本発明はまた、この透明膜の応用および関
連技術に関するものである。本発明の透過膜は、例え
ば、燃料電池や電解コンデンサ等の用途に使用すること
ができる。燃料電池は燃料として水素を使用するが、こ
の水素は直接水素の供給を受けるか、メタノール、メタ
ンやガソリン等の炭化水素を水蒸気などで改質すること
によって得られる。炭化水素を改質する方法は、燃料貯
蔵部を軽量化できる点や、インフラ整備が比較的容易な
点で有利である。担架水素を水蒸気改質した時に生成し
たガスには、水素以外に水、一酸化炭素、および二酸化
炭素が含まれている。改質ガス中の水蒸気濃度が高い
と、一酸化炭素改質触媒の活性を低下するし、水素濃度
が低下するし、燃料電極を被覆し発電効率を低下させる
という欠点がある。これに対し、本発明の膜を水蒸気改
質反応中、または改質後に用いると、改質ガスから水素
を選択的に透過できるため、改質反応を効率化できる
し、水素を効率よく取り出すことができる。
The present invention also relates to the application of the transparent film and related techniques. The permeable membrane of the present invention can be used for applications such as fuel cells and electrolytic capacitors. A fuel cell uses hydrogen as a fuel, and the hydrogen is obtained by directly receiving the supply of hydrogen or by reforming a hydrocarbon such as methanol, methane or gasoline with steam or the like. The method of reforming hydrocarbons is advantageous in that the fuel storage unit can be reduced in weight and that infrastructure maintenance is relatively easy. The gas generated when the stretcher hydrogen is steam reformed contains water, carbon monoxide, and carbon dioxide in addition to hydrogen. If the water vapor concentration in the reformed gas is high, there are disadvantages that the activity of the carbon monoxide reforming catalyst is reduced, the hydrogen concentration is reduced, and the fuel electrode is covered to lower the power generation efficiency. On the other hand, when the membrane of the present invention is used during or after the steam reforming reaction, hydrogen can be selectively permeated from the reformed gas, so that the reforming reaction can be made more efficient and hydrogen can be efficiently extracted. Can be.

【0130】本発明の透過膜を電解コンデンサに用いる
と、密封容器の内部に発生した水素ガスの圧力によって
破損を引き起こしていた従来公知の電解コンデンサの寿
命を、十分に引き伸ばすことができ、かつ電解コンデン
サの使用中の安全も確保することができる。
When the permeable membrane of the present invention is used for an electrolytic capacitor, the life of a conventionally known electrolytic capacitor, which has been damaged by the pressure of hydrogen gas generated inside a sealed container, can be sufficiently extended, and the electrolytic capacitor can be used. Safety during use of the capacitor can also be ensured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の透過膜を用いた水蒸気改質器の一例を
示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a steam reformer using a permeable membrane of the present invention.

【図2】本発明の透過膜を用いた電解コンデンサの一例
を示す概略横断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing one example of an electrolytic capacitor using the permeable membrane of the present invention.

【図3】図2における電解コンデンサの封口栓部分を上
から見た概略平面図である。
FIG. 3 is a schematic plan view of a sealing plug portion of the electrolytic capacitor in FIG. 2 as viewed from above.

【図4】本発明の透過膜の透過性能測定用のセルを説明
するための概略側面図である。
FIG. 4 is a schematic side view for explaining a cell for measuring transmission performance of a permeable membrane of the present invention.

【図5】図3における封口板へのゼオライト膜の取り付
け方に示す図である。(弾性体であるシリコーンゴムを
介してゼオライト膜が封口板に取り付けられている。)
FIG. 5 is a view showing how to attach a zeolite membrane to a sealing plate in FIG. 3; (The zeolite membrane is attached to the sealing plate via silicone rubber which is an elastic body.)

【図6】本発明の管状のゼオライト膜をバンドル状にモ
ジュール化したものを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a tubular zeolite membrane of the present invention that is modularized into a bundle.

【図7】本発明の透過膜を用いた燃料電池システムの概
略図である。
FIG. 7 is a schematic diagram of a fuel cell system using the permeable membrane of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 8/04 H01M 8/04 G Fターム(参考) 4D006 GA41 HA21 HA41 JA02A JA02B JA02C JA03A JA03C JA07C MA02 MA03 MA04 MA09 MA10 MA22 MB02 MB04 MB06 MC01 MC03 MC03X MC05 MC09 MC30X MC65 MC68 NA21 NA39 NA46 NA54 NA62 NA63 NA64 PA03 PB13 PB66 PC01 4G040 EA02 EA03 EA06 EB33 FA02 FC01 FD01 FE01 5H027 BA01 BA16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (reference) H01M 8/04 H01M 8/04 GF term (reference) 4D006 GA41 HA21 HA41 JA02A JA02B JA02C JA03A JA03C JA07C MA02 MA03 MA04 MA09 MA10 MA22 MB02 MB04 MB06 MC01 MC03 MC03X MC05 MC09 MC30X MC65 MC68 NA21 NA39 NA46 NA54 NA62 NA63 NA64 PA03 PB13 PB66 PC01 4G040 EA02 EA03 EA03 EA06 EB33 FA02 FC01 FD01 FE01 5H027 BA01 BA16

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 65℃での水素透過速度 VH2(mol/(m
2・s・Pa))と水蒸気透過速度 VH2O(mol/(m2・s・P
a)))の比 VH2/VH2O が20以上、かつ85℃での
水素透過速度 VH2(mol/(m2・s・Pa))とエチレングリ
コール蒸気透過速度VEG(mol/(m2・s・Pa))との比 VH2
/VEG が50以上であることを特徴とするパラジウム
を主成分としない透過膜。
1. Hydrogen permeation rate at 65 ° C. V H2 (mol / (m
2・ s ・ Pa)) and water vapor transmission rate V H2O (mol / (m 2・ s ・ P
a))) The ratio of V H2 / V H2O is 20 or more and the hydrogen permeation rate V H2 (mol / (m 2 · s · Pa)) at 85 ° C. and the ethylene glycol vapor permeation rate V EG (mol / (m 2・ s ・ Pa)) ratio V H2
/ VEG is 50 or more, a permeable membrane not containing palladium as a main component.
【請求項2】 次の(1)と(2)の特性を満たす透過
膜。 (1)25℃での水素透過速度が10×10-7(mol/(m
2・s・Pa))以上であること。 (2)エチレングリコールの入った試験管を該膜で封
じ、85℃のオーブンに入れて、その減量速度を測定し
たとき、その値が膜1cm2当たり6×10-3(g/時
間)以下であること。
2. A permeable membrane satisfying the following characteristics (1) and (2). (1) The hydrogen permeation rate at 25 ° C. is 10 × 10 −7 (mol / (m
2・ s ・ Pa)) or more. (2) sealed to tubes containing ethylene glycol in the membrane, placed in a 85 ° C. oven, then the weight loss rate was measured and the value film 1 cm 2 per 6 × 10 -3 (g / hour) or less That.
【請求項3】以下に示す(1)から(3)の空気中での
加熱処理を(1)から(3)の順に1回行った後の水素
透過速度と、(1)から(3)の順に2回行った後の水
素透過速度が10%以上変化しないことを特徴とする請
求項1または2記載の透過膜。 (1)室温から550℃まで0.6(℃/分)で昇温。 (2)550℃で4時間保持。 (3)550℃から室温まで1.2(℃/分)で降温。
3. The hydrogen permeation rate after performing the heat treatment in air (1) to (3) shown below once in the order of (1) to (3), and (1) to (3). 3. The permeable membrane according to claim 1, wherein the hydrogen permeation rate after performing twice in the following order does not change by 10% or more. (1) The temperature was raised from room temperature to 550 ° C. at 0.6 (° C./min). (2) Hold at 550 ° C. for 4 hours. (3) The temperature is lowered from 550 ° C. to room temperature at 1.2 (° C./min).
【請求項4】 次の(1)から(5)の成分の少なくと
も一つの成分を含むことを特徴とする請求項1から3の
いずれか1項記載の透過膜。 (1)ゼオライト (2)無機酸化物微粒子 (3)シリコーンゴム、シリコーンレジンまたはシリコ
ーンオイル (4)有機高分子化合物 (5)カーボン
4. The permeable membrane according to claim 1, comprising at least one of the following components (1) to (5). (1) zeolite (2) inorganic oxide fine particles (3) silicone rubber, silicone resin or silicone oil (4) organic polymer compound (5) carbon
【請求項5】 ゼオライトのSiO2/Al23が30
以上であることを特徴とする請求項4記載の透過膜。
5. Zeolite having an SiO 2 / Al 2 O 3 content of 30.
The permeable membrane according to claim 4, characterized in that:
【請求項6】 ゼオライトが、MFI型ゼオライトであ
ることを特徴とする請求項5記載の透過膜。
6. The permeable membrane according to claim 5, wherein the zeolite is an MFI-type zeolite.
【請求項7】 アルミナ源としてベーマイトまたは擬ベ
ーマイトを使用することを特徴とするゼオライト膜の製
造方法。
7. A method for producing a zeolite membrane, wherein boehmite or pseudo-boehmite is used as an alumina source.
【請求項8】 シリカ源とアルミナ源を有する膜状物を
水蒸気で処理することを特徴とする請求項7記載のゼオ
ライト膜の製造方法。
8. The method for producing a zeolite membrane according to claim 7, wherein the membrane having a silica source and an alumina source is treated with steam.
【請求項9】 請求項1〜6のいずれか1項記載の透過
膜または請求項7あるいは8記載の製造方法により得ら
れたゼオライト膜を搭載した燃料電池システム。
9. A fuel cell system equipped with the permeable membrane according to claim 1 or the zeolite membrane obtained by the method according to claim 7 or 8.
【請求項10】 請求項1〜6のいずれか1項記載の透
過膜または請求項7あるいは8記載の製造方法により得
られたゼオライト膜を搭載した炭化水素の水蒸気改質装
置。
10. A hydrocarbon steam reforming apparatus equipped with the permeable membrane according to any one of claims 1 to 6 or the zeolite membrane obtained by the production method according to claim 7 or 8.
【請求項11】 請求項1〜6のいずれか1項記載の透
過膜または請求項7あるいは8記載の製造方法により得
られたゼオライト膜を搭載したアルミ電解コンデンサ
ー。
11. An aluminum electrolytic capacitor equipped with a permeable membrane according to claim 1 or a zeolite membrane obtained by the production method according to claim 7.
【請求項12】 炭化水素を水蒸気で改質した後、改質
ガスを請求項1〜6のいずれか1項記載の透過膜または
請求項7あるいは8記載の製造方法により得られたゼオ
ライト膜に接触させ、改質ガスから水素を水蒸気より選
択的に透過させる方法。
12. After the hydrocarbon is reformed with steam, the reformed gas is applied to the permeable membrane according to any one of claims 1 to 6 or the zeolite membrane obtained by the production method according to claim 7 or 8. A method in which hydrogen is allowed to permeate from the reformed gas more selectively than water vapor.
【請求項13】 請求項1〜6のいずれか1項記載の透
過膜または請求項7あるいは8記載の製造方法により得
られたゼオライト膜を用いた気体または液体の分離方
法。
13. A method for separating gas or liquid using a permeable membrane according to any one of claims 1 to 6 or a zeolite membrane obtained by the production method according to claim 7.
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