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JPH1036113A - Zeolite membrane, its production and separation of gas mixture by using zeolite membrane - Google Patents

Zeolite membrane, its production and separation of gas mixture by using zeolite membrane

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Publication number
JPH1036113A
JPH1036113A JP8192235A JP19223596A JPH1036113A JP H1036113 A JPH1036113 A JP H1036113A JP 8192235 A JP8192235 A JP 8192235A JP 19223596 A JP19223596 A JP 19223596A JP H1036113 A JPH1036113 A JP H1036113A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
zeolite
membrane
gas
zeolite membrane
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP8192235A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsumi Kusakabe
克己 草壁
Seiji Morooka
成治 諸岡
Yukio Kubo
幸雄 久保
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.)
FINE CERAMICS CENTER
Original Assignee
FINE CERAMICS CENTER
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 FINE CERAMICS CENTER filed Critical FINE CERAMICS CENTER
Priority to JP8192235A priority Critical patent/JPH1036113A/en
Publication of JPH1036113A publication Critical patent/JPH1036113A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a zeolite membrane effective for selective separation of a gas from a gas mixture by making zeolite have a specific structure by a specific method. SOLUTION: This zeolite membrane comprises a surface layer of polycrystalline zeolite formed on a porous substrate, and an anchor layer of polycrystalline zeolite which is formed in pores in the near-surface layer of the porous substrate under the surface layer. This zeolite membrane is produced through processes of making zeolite particulates adhere to the porous outside surface of the porous substrate, and forming a zeolite membrane in the substrate surface. Preferably the zeolite particulates to adhere to the membrane are mainly composed of X-type zeolite, and the zeolite membrane is of Y type. This membrane is particularly effective for separation of carbon dioxide from combustion exhaust gas (a mixed gas of carbon dioxide and gaseous nitrogen).

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、ゼオライト膜に関
し、詳しくは、ゼオライト膜とその製造方法及びこのゼ
オライト膜を利用した混合ガスの分離方法に関する。
The present invention relates to a zeolite membrane, and more particularly, to a zeolite membrane, a method for producing the same, and a method for separating a mixed gas using the zeolite membrane.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、地球温暖化防止の対策として、大
気中の二酸化炭素(CO2 )を低減する各種技術の開発
が行われている。このような技術の一つとして、火力発
電所等から排出される燃焼排煙からのCO2 の分離回収
法が検討されている。原子力、水力、地熱等によるエネ
ルギー供給割合は今後増大するが、石油、石炭、天然ガ
スの燃焼発電は、なお大きな割合を占め、そこからのC
2 の回収、及び排出の抑制は、地球温暖化防止に極め
て効果的である。
2. Description of the Related Art In recent years, various techniques for reducing atmospheric carbon dioxide (CO 2 ) have been developed as measures for preventing global warming. As one of such technologies, a method of separating and recovering CO 2 from flue gas discharged from a thermal power plant or the like has been studied. The proportion of energy supply from nuclear, hydro, geothermal, etc. will increase in the future, but oil, coal and natural gas combustion and power generation will still account for a large proportion,
O 2 recovery and emission control are extremely effective in preventing global warming.

【0003】種々あるCO2 分離回収方法のうち、膜分
離法がエネルギー効率も高く、有望なプロセスとして期
待されている。ゼオライト、セラミックス等、無機系材
料は、高分子膜に比して耐熱性、耐食性等に優れると思
われるが、これまで、実用的な無機系材料膜は得られて
いない。もし、CO2 選択性に富む透過膜が無機系材料
で得られれば、高温の燃焼排ガスから、少ない熱損失、
高いエネルギー効率で、CO2 を直接分離することがで
き、その利益は計り知れない。
[0003] Among various CO 2 separation and recovery methods, the membrane separation method has high energy efficiency and is expected as a promising process. Inorganic materials such as zeolites and ceramics are considered to have better heat resistance and corrosion resistance than polymer films, but no practical inorganic material films have been obtained so far. If a permeable membrane rich in CO 2 selectivity can be obtained from an inorganic material, the heat loss from high-temperature combustion exhaust gas can be reduced,
With high energy efficiency, it is possible to separate the CO 2 directly, the benefit is immense.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】特異な吸着特性と優れ
た分子篩作用を示す代表的材料として、天然もしくは人
工的合成ゼオライトが知られている。合成ゼオライト
は、数ミクロンもしくはそれ以下の粒径を持つ結晶粉末
として得られ、数ミリ前後の粒状となり、工業的に利用
する他、実験的には膜形状とする試みなども報告されて
いる。現在までA型、ZSM−5型、モルデナイト型、
フェリエライト型、Y型などの製膜について報告があ
り、ZSM−5型については、混合気体の分離性能評価
も行われている。
As a typical material exhibiting unique adsorption characteristics and excellent molecular sieve action, natural or artificial synthetic zeolites are known. Synthetic zeolites are obtained as crystal powders having a particle size of several microns or less, and become granular in the order of several millimeters. In addition to being used industrially, attempts have been made to experimentally form membranes. A type, ZSM-5 type, mordenite type,
There are reports on film formation of ferrierite type, Y type and the like, and for ZSM-5 type, separation performance evaluation of mixed gas is also performed.

【0005】Geusらは、水熱合成法により、多孔質
ステンレス支持体基材上にSi成分を多く含むZSM−
5型(シリカライト)膜につき、メタン、n−ブタン及
びiso−ブタンの透過特性を検討している。単成分気
体を用いたiso−ブタンに対するn−ブタンの透過係
数比α(n−ブタン/iso−ブタン)は、25℃で6
0以上であり、ゼオライトの分子ふるい性を利用したC
4成分の異性体分離が可能であることを明らかにした。
[0007] Geus et al. Have reported that a ZSM- containing a large amount of Si component on a porous stainless steel support substrate by a hydrothermal synthesis method.
Regarding the type 5 (silicalite) membrane, the permeation characteristics of methane, n-butane and iso-butane are studied. The transmission coefficient ratio α (n-butane / iso-butane) of iso-butane to iso-butane using a single component gas is 6 at 25 ° C.
0 or more, and C utilizing the molecular sieve property of zeolite
It has been clarified that isomer separation of four components is possible.

【0006】また、Jiaらは、多孔質α−アルミナ支
持管の内表面に多結晶シリカライト膜につき、α(n−
ブタン/iso−ブタン)は25℃で約3であり十分で
なかった。Yanらは、α−アルミナディスク上にZS
M−5膜を作製したところ、透過係数比α(n−ブタン
/iso−ブタン)が透過温度の増大とともに増大し、
185℃では、31.1であった。透過係数比α(CO
2 /N2 )が30℃で2.8だった。Kusakabe
らは、多孔質α−アルミナ管の内表面と外表面とにシリ
カライト膜を作製し、30〜100℃でα(n−ブタン
/iso−ブタン)が10〜50の高い値を得た。しか
しながら、α(CO2 /N2 )は最大で約5であった。
Also, Jia et al. Reported that a polycrystalline silicalite membrane on the inner surface of a porous α-alumina support
Butane / iso-butane) was about 3 at 25 ° C., which was not enough. Yan et al. Reported that ZS
When an M-5 membrane was produced, the transmission coefficient ratio α (n-butane / iso-butane) increased with an increase in the permeation temperature,
At 185 ° C., it was 31.1. Transmission coefficient ratio α (CO
2 / N 2 ) was 2.8 at 30 ° C. Kusakabe
Produced silicalite films on the inner surface and outer surface of the porous α-alumina tube, and obtained a high value of α (n-butane / iso-butane) of 10 to 50 at 30 to 100 ° C. However, α (CO 2 / N 2 ) was at most about 5.

【0007】このように、ZSM−5型では、固有の細
孔径が0.5〜0.6nmであるので、動的分子径が細
孔径に近いn−ブタン(0.43nm)とiso−ブタ
ン(0.5nm)の分離性には優れていた。一方、動的
分子径が0.33nmであるCO2 に対しては、分子ふ
るい性による分離は有効でないが、吸着親和性による分
離性も不十分であった。ここに、Y型ゼオライトは、天
然ゼオライトであるホージャサイトと同じ結晶構造を有
するゼオライトであり、その空隙開口部は、酸素の12
員環構造からなり、その空孔径は約0.75nmとさ
れ、分子振動により0.95nm程度の分子まで空孔を
通過することができる。また、シリカライトに比較して
親水性があり、CO2 の吸着性に優れている。さらに、
多孔質アルミナ基材上にY型ゼオライト膜が作成された
が、気体分離特性については報告がない。
As described above, in the ZSM-5 type, since the intrinsic pore diameter is 0.5 to 0.6 nm, n-butane (0.43 nm) whose dynamic molecular diameter is close to the pore diameter and iso-butane (0.5 nm). On the other hand, for CO 2 having a dynamic molecular diameter of 0.33 nm, separation by molecular sieving was not effective, but separation by adsorption affinity was also insufficient. Here, the Y-type zeolite is a zeolite having the same crystal structure as faujasite, which is a natural zeolite, and its void opening has an oxygen content of 12%.
It has a membered ring structure, the pore diameter is about 0.75 nm, and molecules of about 0.95 nm can pass through the pores by molecular vibration. Further, it is more hydrophilic than silicalite and is excellent in CO 2 adsorption. further,
Although a Y-type zeolite membrane was formed on a porous alumina substrate, there is no report on gas separation characteristics.

【0008】そこで、本発明では、Y型ゼオライト膜に
着目し、混合気体の選択的分離に有効なY型ゼオライト
膜とその製造方法さらには、このY型ゼオライト膜によ
る気体の選択的分離方法を提供することをその課題とす
る。
Accordingly, the present invention focuses on the Y-type zeolite membrane, and describes a Y-type zeolite membrane effective for selective separation of a mixed gas, a method for producing the same, and a method for selective gas separation using the Y-type zeolite membrane. The task is to provide.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、本発明者は、以下の発明を完成した。すなわ
ち、第1の発明は、多孔質基材の表面に形成された多結
晶の表層部と、この表層部の下側であって、多孔質基材
の表面側の孔部内に存在するゼオライトの多結晶のアン
カー部とを備えたことを特徴とするゼオライトの膜であ
る。この発明によると、ゼオライトの多結晶の膜部の下
側において、多孔質基材の表面側の孔部にもゼオライト
の多結晶が存在するアンカー部があるので、多孔質基材
の表面がゼオライトの多結晶層で十分に被覆される。こ
の結果、多孔質基材表面には、ゼオライトが有する固有
の径を有する細孔が連続して形成されているので、この
膜によりゼオライトの分子ふるい効果に基づく吸着分離
や、あるいは触媒活性が十分に発揮される。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present inventors have completed the following invention. That is, the first invention is directed to a polycrystalline surface layer formed on the surface of the porous substrate, and a zeolite existing in a pore below the surface layer and on the surface of the porous substrate. A zeolite membrane comprising a polycrystalline anchor portion. According to this invention, since the zeolite polycrystal is present in the pores on the surface side of the porous substrate under the zeolite polycrystalline membrane, the surface of the zeolite has Fully covered with a polycrystalline layer of As a result, pores having a specific diameter possessed by the zeolite are continuously formed on the surface of the porous substrate, and this membrane allows sufficient adsorption and separation based on the molecular sieving effect of the zeolite, or sufficient catalytic activity. It is exhibited in.

【0010】この発明においては、前記表層部のゼオラ
イトは、混合体からのCO2 の分離特性に優れるY型ゼ
オライトであることが好ましい。
[0010] In the present invention, the zeolite in the surface layer is preferably a Y-type zeolite having excellent characteristics of separating CO 2 from a mixture.

【0011】第2の発明は、多孔質基材表面側の孔部を
含む表面上にゼオライトの粒子を付着させる工程と、こ
の基材表面にゼオライト膜を合成する工程、とを備えた
ことを特徴とするゼオライト膜の製造方法である。この
発明によると、多孔質基材表面側の孔部を含む表面上に
ゼオライト粒子が付着され、このゼオライトが、基材表
面にゼオライト膜を合成する際の種結晶となる。この結
果、種結晶が、多孔質基材表面において緻密に存在する
ことになる。このような種結晶の存在によれば、多孔質
基材表面側の孔部と、多孔質基材表面とに多結晶が析出
されるため、多孔質基材の表面に形成された多結晶の表
層部と、この表層部の下側であって、多孔質基材の表面
側の孔部内に存在するゼオライトの多結晶のアンカー部
とを備えたゼオライトの膜が形成される。
The second invention comprises a step of adhering zeolite particles on a surface including pores on the surface of a porous substrate, and a step of synthesizing a zeolite membrane on the surface of the substrate. This is a method for producing a characteristic zeolite membrane. According to the present invention, zeolite particles are adhered on the surface including the pores on the porous substrate surface side, and the zeolite becomes a seed crystal when a zeolite membrane is synthesized on the substrate surface. As a result, the seed crystal is densely present on the surface of the porous substrate. According to the presence of such seed crystals, polycrystals are deposited on the pores on the surface of the porous substrate and on the surface of the porous substrate. A zeolite membrane having a surface layer portion and a polycrystalline anchor portion of zeolite existing in a hole below the surface layer portion and on the surface side of the porous substrate is formed.

【0012】この発明においては、前記ゼオライト粒子
は、X型ゼオライトを主成分とし、前記ゼオライト膜
は、Y型であることが好ましい。この態様によると、X
型ゼオライトは、Y型ゼオライトと同じフォージャサイ
ト型結晶構造を有しており、Y型ゼオライトの合成の種
結晶として好ましい。
In the present invention, the zeolite particles preferably contain an X-type zeolite as a main component, and the zeolite membrane is preferably a Y-type. According to this aspect, X
Type zeolite has the same faujasite type crystal structure as Y type zeolite, and is preferable as a seed crystal for the synthesis of Y type zeolite.

【0013】第3の発明は、多孔質基材の表面に形成さ
れた多結晶のゼオライトの表層部と、この表層部の下側
であって、多孔質基材の表面側の孔部内に存在する多結
晶のゼオライトのアンカー部とを備えたゼオライトの膜
を用いて、ガスの混合体から、少なくとも1の成分のガ
スを分離することを特徴とする方法。この方法による
と、多孔質基材の表面がゼオライト膜によって十分に被
覆されているため、ゼオライトの結晶構造に基づく、分
子ふるい作用及び吸着作用により、1の成分のガスをガ
ス混合体から分離することができる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a polycrystalline zeolite surface layer formed on the surface of a porous substrate, and a surface layer below the surface layer and present in a pore on the surface side of the porous substrate. Separating a gas of at least one component from a mixture of gases using a zeolite membrane having a polycrystalline zeolite anchor. According to this method, since the surface of the porous substrate is sufficiently covered with the zeolite membrane, the gas of one component is separated from the gas mixture by a molecular sieve action and an adsorption action based on the crystal structure of zeolite. be able to.

【0014】この発明において、前記表層部のゼオライ
トは、Y型ゼオライトであり、水の存在下において、二
酸化炭素と窒素とを含むガスの混合体から、二酸化炭素
を分離することが好ましい態様である。この態様による
と、水の存在下、Y型ゼオライトにより、二酸化炭素を
窒素から選択的に分離することができる。
In the present invention, the zeolite in the surface layer is a Y-type zeolite, and in a preferred embodiment, carbon dioxide is separated from a gas mixture containing carbon dioxide and nitrogen in the presence of water. . According to this embodiment, carbon dioxide can be selectively separated from nitrogen by the Y-type zeolite in the presence of water.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。 (多孔質基材)本発明の多孔質基材としては、公知の各
種の多孔質基材を用いることができる。ゼオライト膜の
合成温度等の製造時の環境、ゼオライト膜の使用温度や
その他の使用状況に応じて、適切な多孔質基材を選択す
る。好ましくは、耐熱性、耐酸性等の点からセラミック
スの多孔質基材であり、より好ましくは、α−アルミナ
である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail. (Porous substrate) As the porous substrate of the present invention, various known porous substrates can be used. An appropriate porous substrate is selected according to the production environment such as the synthesis temperature of the zeolite membrane, the use temperature of the zeolite membrane, and other usage conditions. Preferably, it is a ceramic porous substrate from the viewpoint of heat resistance, acid resistance and the like, and more preferably, α-alumina.

【0016】(ゼオライト)本発明のゼオライト膜を構
成するゼオライトとしては、現在公知の合成ゼオライト
を適用することができる。具体的には、A型、X型、Y
型、ZSM−5型、シリカライト等を挙げることができ
る。本発明のゼオライト膜においては、少なくとも、膜
部のゼオライトとしては、X型あるいはY型ゼオライト
が好ましい。これらのゼオライトにおいては、シリカラ
イトと比較して親水性があり、二酸化炭素の吸着性を具
有しているからである。このようなゼオライトとして、
より好ましくは、Y型ゼオライトである。Y型ゼオライ
トは、水の存在下で特に高いCO2 透過係数比α(CO
2 /N2 )を有しているからである。
(Zeolite) As the zeolite constituting the zeolite membrane of the present invention, a currently known synthetic zeolite can be used. Specifically, A type, X type, Y
Type, ZSM-5 type, silicalite and the like. In the zeolite membrane of the present invention, at least the zeolite in the membrane portion is preferably an X-type or Y-type zeolite. This is because these zeolites are more hydrophilic than silicalite and have carbon dioxide adsorption. As such a zeolite,
More preferably, it is a Y-type zeolite. The Y-type zeolite has a particularly high CO 2 permeability coefficient ratio α (CO 2
2 / N 2 ).

【0017】(ゼオライト膜の製造方法)ゼオライト膜
の合成には、主として水熱合成を用いる。水熱合成に際
して、各種出発物質及びその配合量を選択し、さらに、
水熱条件を選択することにより、各種ゼオライトが合成
される。本発明においては、多孔質基材表面へのゼオラ
イト膜の合成に先立って、多孔質基材表面側の孔部を含
む表面上にゼオライト粒子を付着させる。このようにゼ
オライトの粒子を付着させるには、例えば、多孔質基材
表面をゼオライト粒子を用い乾式で研磨する。ゼオライ
ト粒子は、セラミックスの多孔質基材に比べて脆い材料
であるので、研磨中に磨砕して、基材表面の細孔を塞ぐ
形態で付着する。付着させるゼオライト粒子としては、
X型ゼオライトを主成分とすることが好ましい。
(Method for Manufacturing Zeolite Membrane) Hydrothermal synthesis is mainly used for the synthesis of zeolite membrane. Upon hydrothermal synthesis, select various starting materials and their amounts,
Various zeolites are synthesized by selecting hydrothermal conditions. In the present invention, prior to the synthesis of the zeolite membrane on the surface of the porous substrate, zeolite particles are attached to the surface including the pores on the surface of the porous substrate. In order to adhere the zeolite particles in this manner, for example, the surface of the porous substrate is polished in a dry manner using the zeolite particles. Since zeolite particles are a brittle material compared to a ceramic porous substrate, they are ground during polishing and adhere in a form to close pores on the substrate surface. As the zeolite particles to be attached,
It is preferable to use X-type zeolite as a main component.

【0018】このようにしてゼオライト粒子を多孔質基
材表面上に付着させた上でゼオライト膜を水熱合成する
と、ゼオライトの多結晶膜の合成のための種結晶となる
ゼオライト粒子が、緻密に多孔質基材の表面上に存在す
ることになる。この結果、合成される多結晶も、これら
の種結晶の存在状態に応じて、基材上に緻密に合成され
る。すなわち、種結晶が、基材表面上において緻密に存
在するだでけでなく、孔部の内部にまで種結晶が存在す
るために、多孔質基材表面において平面方向及び上下方
向において、緻密な多結晶膜(表層部とアンカー部)が
一体に形成される。このため、ピンホールや、結晶間隙
が形成されにくく、多孔質基表面が、連続した多結晶膜
で覆われた状態が形成される。
When the zeolite particles are attached to the surface of the porous substrate in this manner and the zeolite membrane is hydrothermally synthesized, the zeolite particles serving as seed crystals for synthesizing a zeolite polycrystalline film are densely packed. It will be on the surface of the porous substrate. As a result, the synthesized polycrystal is also densely synthesized on the substrate according to the state of existence of these seed crystals. That is, the seed crystal is not only densely present on the surface of the base material, but also because the seed crystal is present even inside the pores, so that the surface of the porous base material is dense in the planar direction and the vertical direction. A polycrystalline film (surface layer portion and anchor portion) is formed integrally. For this reason, pinholes and crystal gaps are not easily formed, and a state is formed in which the surface of the porous substrate is covered with a continuous polycrystalline film.

【0019】(ゼオライト膜による混合ガスからの成分
ガスの選択的な分離方法)本発明のゼオライト膜の製造
方法によると、ゼオライトの多結晶の表層部と、その下
側の多孔質基材の表面側の孔部にも存在するゼオライト
の多結晶のアンカー部とを有するゼオライトの多結晶膜
を得ることができる。基材表面は、緻密にゼオライトの
多結晶層で被覆された状態が形成される。したがって、
本発明方法によって得られるゼオライトの多結晶膜は、
ピンホールやクラック、結晶間隙が著しく低減されてい
ると考えられ、ゼオライトの優れた分子ふるい効果と、
吸着作用により各種ガスの混合体から、選択的にガスを
分離することも可能となる。特に、水の存在下でのY型
ゼオライト膜による分離においては、ゼオライト膜の細
孔(約0.75nm)が、水の吸着によって見かけ上小
さくなっていることが考えられる。これにより、二酸化
炭素と窒素ガスとの混合体との接触において、選択的に
窒素ガス(N2 :動的分子直径約0.4nm)の透過が
阻害されて、結果として二酸化炭素が選択的に分離透過
されていると考えられる。さらに、ゼオライトの細孔に
吸着した水の二酸化炭素に対する親和性が、窒素ガスと
の分離性を高めている可能性も考えられる。また、二酸
化炭素とメタンガスとの混合体と、水の存在下でのY型
ゼオライト膜との接触においては、選択的にメタンガス
の透過が阻害され、結果として、二酸化炭素が分離透過
される。なお、水の存在下とは、ゼオライト膜に水が吸
着している状態をいう。具体的には、あらかじめゼオラ
イト膜自体に水分が含まれる状態や、分離しようとする
ガスの混合体中に存在する水分により、ゼオライト膜に
水分が供給された状態等が含まれる。
(Selective Separation Method of Component Gas from Mixed Gas by Zeolite Membrane) According to the method for producing a zeolite membrane of the present invention, the surface layer of the polycrystalline zeolite and the surface of the porous base material below it A zeolite polycrystalline film having a zeolite polycrystalline anchor portion also present in the side hole can be obtained. A state in which the surface of the base material is densely covered with the polycrystalline layer of zeolite is formed. Therefore,
The zeolite polycrystalline film obtained by the method of the present invention,
It is thought that pinholes, cracks, and crystal gaps are significantly reduced, and the excellent molecular sieving effect of zeolite,
It is also possible to selectively separate gases from a mixture of various gases by the adsorption action. In particular, in the separation using a Y-type zeolite membrane in the presence of water, it is conceivable that the pores (about 0.75 nm) of the zeolite membrane are apparently small due to the adsorption of water. Thereby, in contact with the mixture of carbon dioxide and nitrogen gas, the permeation of nitrogen gas (N 2 : dynamic molecular diameter of about 0.4 nm) is selectively inhibited, and as a result, carbon dioxide is selectively It is considered that they are separated and transmitted. Furthermore, it is conceivable that the affinity of water adsorbed in the pores of zeolite for carbon dioxide may enhance the separation from nitrogen gas. Further, in contact between the mixture of carbon dioxide and methane gas and the Y-type zeolite membrane in the presence of water, the permeation of methane gas is selectively inhibited, and as a result, carbon dioxide is separated and permeated. The presence of water refers to a state where water is adsorbed on the zeolite membrane. Specifically, the state includes a state in which the zeolite membrane itself contains moisture in advance, and a state in which moisture is supplied to the zeolite membrane by the moisture present in the mixture of the gases to be separated.

【0020】本発明のガスの混合体の分離方法は、燃焼
排ガス(二酸化炭素−窒素ガスの混合ガス)において
は、水を含有しているので、本発明の、水の存在下のY
型ゼオライト膜によるガス分離方法は、燃焼排ガスから
の二酸化炭素の分離に特に有効である。その他、湖沼に
おいて発生するランドフィルガス(二酸化炭素−メタン
ガスの混合ガス)らの二酸化炭素の分離によるメタンガ
スの回収、生鮮食品貯蔵庫内で発生する二酸化炭素の除
去、さらには、転炉ガス(溶鉱炉等内に酸素吹込によっ
て、銑鉄内のカーボンを二酸化炭素として除去する際に
発生するガス)からの二酸化炭素の回収にも適用するこ
とができる。
In the method for separating a gas mixture according to the present invention, since the combustion exhaust gas (mixed gas of carbon dioxide and nitrogen gas) contains water, the present invention provides a method for separating Y in the presence of water according to the present invention.
The gas separation method using a zeolite membrane is particularly effective for separating carbon dioxide from combustion exhaust gas. In addition, recovery of methane gas by separation of carbon dioxide from landfill gas (mixed gas of carbon dioxide and methane gas) generated in lakes and marshes, removal of carbon dioxide generated in fresh food storage, and converter gas (blast furnace etc.) It can also be applied to the recovery of carbon dioxide from gas generated when carbon in pig iron is removed as carbon dioxide by blowing oxygen into the inside.

【0021】[0021]

【発明の効果】第1の発明によると、多結晶のゼオライ
ト表層部と、多結晶のゼオライトのリンカー部とを備え
たゼオライト膜には、ゼオライトに固有の径を有する細
孔が連続して形成されているので、この膜により効率的
な分子ふるい効果による混合体からの組成物の吸着分離
ができる。第2の発明によると、多孔質基材の表面に形
成された多結晶のゼオライトの表層部と、この表層部の
下側であって、多孔質基材表面側の孔部内に存在する多
結晶のゼオライトのリンカー部とを備えたゼオライト膜
を製造できる。第3の発明によると、ゼオライト膜によ
って、ガスの混合体から成分ガスを効率よく分離するこ
とができる。
According to the first invention, a zeolite membrane having a polycrystalline zeolite surface layer portion and a polycrystalline zeolite linker portion has pores having a diameter inherent to the zeolite formed continuously. This membrane allows the composition to be adsorbed and separated from the mixture by an efficient molecular sieving effect. According to the second invention, the surface portion of the polycrystalline zeolite formed on the surface of the porous base material, and the polycrystal existing in the pores below the surface layer portion and on the surface side of the porous base material A zeolite membrane provided with a zeolite linker portion can be produced. According to the third aspect, the component gas can be efficiently separated from the gas mixture by the zeolite membrane.

【0022】[0022]

【実施例】本実施例では、多孔質基材として、多孔質α
−アルミナ管(NOK(株)製、内径1.0mm、外径
2.8mm、平均細孔径150nm)と、多孔質α−ア
ルミナ平板(日本特殊陶業(株)製、サイズ10mm×
10mm、細孔径1〜3μm)を用いた。次に、市販の
ゼオライト粉末(東ソー(株)製F−9、200メッシ
ュ(粒径74〜88μm)、主成分Na−X型ゼオライ
ト)約2gを用いて、このアルミナ管の外表面及び平板
の一表面を、研磨することにより、これらの表面にゼオ
ライト粉末を擦り付けた。この支持管及び平板の表面処
理の結果、ゼオライト粉末を構成する粒子は磨砕されて
微粉となり、この微粉が、支持管の表面の細孔を閉塞す
るように均一に埋め込まれた。なお、比較例を、実施例
のα−アルミナ管と同一のアルミナ管を用いて、ゼオラ
イト粉末で研磨せず、粉末粒子を表面に付着させていな
いアルミナ管とした。
EXAMPLE In this example, the porous base material was porous α.
-Alumina tube (manufactured by NOK Co., Ltd., inner diameter 1.0 mm, outer diameter 2.8 mm, average pore diameter 150 nm) and porous α-alumina flat plate (manufactured by Nippon Special Ceramics Co., Ltd., size 10 mm ×
10 mm and a pore diameter of 1 to 3 μm). Next, using about 2 g of commercially available zeolite powder (F-9, manufactured by Tosoh Corporation, 200 mesh (particle size: 74 to 88 μm), main component Na-X type zeolite), the outer surface of the alumina tube and the flat plate were used. By polishing one surface, zeolite powder was rubbed on these surfaces. As a result of the surface treatment of the support tube and the flat plate, particles constituting the zeolite powder were ground into fine powder, and the fine powder was uniformly embedded so as to close pores on the surface of the support tube. The comparative example was an alumina tube which was not polished with zeolite powder and had no powder particles attached to the surface, using the same alumina tube as the α-alumina tube of the example.

【0023】実施例及び比較例について、以下の表にま
とめた。
Examples and comparative examples are summarized in the following table.

【表1】 [Table 1]

【0024】次に、実施例1、2及び3のアルミナ管及
び平板、比較例1のアルミナ管について、水熱合成法に
よるY型ゼオライト膜の合成を試みた。Y型ゼオライト
膜の合成に際しては、シリカ源として水ガラス(17〜
19%、Na2 O、35〜38%SiO2 )、アルミ源
としてアルミン酸ナトリウムを用いた。水熱合成用原料
溶液の調製にあたっては、攪拌しながら水ガラスを水に
溶解し、アルミン酸ナトリウムを加えて、最後に水酸化
ナトリウムを加えた。この液を攪拌した状態で20時間
熟成した。熟成により得られた水熱合成用原料溶液にお
ける成分のモル比は、 Al2 3 :SiO2 :Na2 O:H2 O=1:10:
14:798 であった。
Next, with respect to the alumina tubes and flat plates of Examples 1, 2 and 3, and the alumina tube of Comparative Example 1, synthesis of a Y-type zeolite membrane was attempted by a hydrothermal synthesis method. When synthesizing a Y-type zeolite membrane, water glass (17 to
19%, Na 2 O, 35~38 % SiO 2), using sodium aluminate as the aluminum source. In preparing the raw material solution for hydrothermal synthesis, water glass was dissolved in water with stirring, sodium aluminate was added, and finally sodium hydroxide was added. This liquid was aged for 20 hours with stirring. The molar ratio of the components in the raw material solution for hydrothermal synthesis obtained by aging is as follows: Al 2 O 3 : SiO 2 : Na 2 O: H 2 O = 1: 10:
14: 798.

【0025】次に、この原料溶液30mlの入ったテフ
ロン製のオートクレーブ(内容積60ml)に、テフロ
ン製ホルダーで垂直に固定した実施例1及び2のアルミ
ナ管(長さ3cm)を入れて、気密状態とした。このオ
ートクレーブを90℃に保った電気炉に入れて6時間、
12時間、24時間保持して水熱合成を行った。同様に
して、実施例の平板と、比較例のアルミナ管について
も、水熱合成を行った。これらの実施例のアルミナ管及
び平板及び比較例のアルミナ管は、オートクレーブを電
気炉から取り出して1日放置した後で、オートクレーブ
から取り出した。その後、水で十分に洗浄した後、クリ
ーンベンチ中にて乾燥した。
Next, the alumina tubes (length 3 cm) of Examples 1 and 2 vertically fixed with a Teflon holder were placed in a Teflon-made autoclave (60 ml in internal volume) containing 30 ml of the raw material solution, and airtight. State. This autoclave was placed in an electric furnace maintained at 90 ° C. for 6 hours.
Hydrothermal synthesis was carried out for 12 hours and 24 hours. Similarly, hydrothermal synthesis was performed on the flat plate of the example and the alumina tube of the comparative example. The alumina tube and flat plate of these examples and the alumina tube of the comparative example were taken out of the autoclave after the autoclave was taken out of the electric furnace and allowed to stand for one day. Then, after sufficiently washing with water, it was dried in a clean bench.

【0026】このように、水熱合成工程を経たアルミナ
管及びアルミナ平板の表面形態については、走査型電子
顕微鏡で観察した。また、結晶性は、X線回折で評価し
た。また、ゼオライトの熱重量分析を熱天秤で行った。
さらに、実施例1のα−アルミナ管について、各種気体
の透過実験を行った。
As described above, the surface morphology of the alumina tube and the alumina plate after the hydrothermal synthesis step was observed with a scanning electron microscope. The crystallinity was evaluated by X-ray diffraction. In addition, the thermogravimetric analysis of the zeolite was performed with a thermobalance.
Further, with respect to the α-alumina tube of Example 1, various gas permeation experiments were performed.

【0027】(ゼオライト膜の表面形態)実施例1及び
2(アルミナ管)と比較例1(アルミナ管)について、
水熱合成後の管の表面及び断面を目視及び電子顕微鏡に
て比較観察した。12時間の水熱合成後の実施例1のア
ルミナ管の表面の電子顕微鏡写真を図1に示し、このア
ルミナ管の断面の電子顕微鏡写真を図2に示す。また、
24時間水熱合成後の実施例1のアルミナ管の表面の電
子顕微鏡写真を図3に示し、その断面の電子顕微鏡写真
を図4に示す。
(Surface Form of Zeolite Membrane) Examples 1 and 2 (alumina tube) and Comparative Example 1 (alumina tube)
The surface and cross-section of the tube after hydrothermal synthesis were compared visually and with an electron microscope. FIG. 1 shows an electron micrograph of the surface of the alumina tube of Example 1 after the hydrothermal synthesis for 12 hours, and FIG. 2 shows an electron micrograph of a cross section of the alumina tube. Also,
FIG. 3 shows an electron micrograph of the surface of the alumina tube of Example 1 after the hydrothermal synthesis for 24 hours, and FIG. 4 shows an electron micrograph of the cross section thereof.

【0028】図1及び2から明らかなように、12時間
の水熱合成後の実施例1のアルミナ管の表面は、連続し
た多結晶膜で覆われ、この膜の厚さは、1〜2μmであ
った。また、図3及び4から明らかなように、24時間
の水熱合成後のアルミナ管においては、さらに、連続多
結晶膜の膜厚が5〜6μmとなり、この連続膜の表面に
部分的に結晶性の微粒子が析出していた。さらに、図2
及び図4の断面から、連続膜及びその表面の微粒子と同
種の結晶性の微粒子が、アルミナ管の細孔内にも析出し
ていた。24時間の水熱合成後においては、このような
微粒子の析出範囲は、アルミナ管の表面から約15μm
の範囲であった。また、実施例2のアルミナ管及び実施
例3のアルミナ平板についても、同様に観察したとこ
ろ、平板のゼオライト粉末の付着表面には、実施例1で
観察されたのと同様の形態の連続した多結晶膜が形成さ
れており、その表面には、結晶性の微粒子が析出してい
た。
As is clear from FIGS. 1 and 2, the surface of the alumina tube of Example 1 after hydrothermal synthesis for 12 hours is covered with a continuous polycrystalline film, and the thickness of this film is 1-2 μm. Met. Further, as is clear from FIGS. 3 and 4, in the alumina tube after the hydrothermal synthesis for 24 hours, the thickness of the continuous polycrystalline film was further 5 to 6 μm, and the surface of the continuous film was partially crystallized. Fine particles were precipitated. Further, FIG.
And from the cross section of FIG. 4, the same type of crystalline fine particles as the fine particles on the continuous film and the surface thereof were also precipitated in the pores of the alumina tube. After the hydrothermal synthesis for 24 hours, the precipitation range of such fine particles is about 15 μm from the surface of the alumina tube.
Was in the range. Also, the alumina tube of Example 2 and the alumina flat plate of Example 3 were observed in the same manner. A crystalline film was formed, and crystalline fine particles were deposited on the surface.

【0029】これに対して、比較例のアルミナ管の表面
には、24時間の水熱合成後において、管の表面に結晶
性の微粒子が観察されたのみで、連続膜を得ることはで
きなかった。
On the other hand, after the hydrothermal synthesis for 24 hours, only fine crystalline particles were observed on the surface of the alumina tube of the comparative example, and a continuous film could not be obtained. Was.

【0030】(ゼオライト膜の結晶性)実施例1及び2
のアルミナ管及び実施例2のアルミナ平板の表面を、X
線回折で結晶構造を同定した。この結果から、いずれの
表面に形成された連続多結晶膜及びその表面の微粒子も
Y型ゼオライトであることがわかった。実施例2のアル
ミナ平板の表面について試験した結果を図5に示す。図
5(a)に示すように、6時間の水熱反応後のX線回折
では、Y型ゼオライト結晶の特性ピークは検出されなか
った。図5(b)に示すように、12時間の水熱反応後
では、Y型ゼオライトの生成を示す回折ピーク(回折パ
ターンのピークに●マークを付したもの)が検出され、
さらに24時間(図5(c)参照)においては、さらに
Y型ゼオライトのピークが大きくなった。これらのX線
回折スペクトルにおいては、α−アルミナとY型ゼオラ
イトのピーク以外のピークは検出されなかった。すなわ
ち、この実施例2のアルミナ平板上に形成されたゼオラ
イト膜は、結晶性のY型ゼオライトで構成される膜であ
った。なお、膜表面に副生した白色の微粒子も結晶性の
Y型ゼオライトであった。
(Crystallinity of Zeolite Membrane) Examples 1 and 2
The surface of the alumina tube of Example 2 and the surface of the alumina plate of Example 2
The crystal structure was identified by line diffraction. From this result, it was found that the continuous polycrystalline film formed on any surface and the fine particles on the surface were Y-type zeolite. FIG. 5 shows the results of a test performed on the surface of the alumina flat plate of Example 2. As shown in FIG. 5A, the characteristic peak of the Y-type zeolite crystal was not detected in the X-ray diffraction after the hydrothermal reaction for 6 hours. As shown in FIG. 5 (b), after the hydrothermal reaction for 12 hours, a diffraction peak indicating the formation of Y-type zeolite (the peak of the diffraction pattern is indicated by a mark ●) is detected,
After 24 hours (see FIG. 5 (c)), the peak of the Y-type zeolite further increased. In these X-ray diffraction spectra, no peaks other than those of α-alumina and Y-type zeolite were detected. That is, the zeolite membrane formed on the alumina flat plate of Example 2 was a membrane composed of crystalline Y-type zeolite. Note that the white fine particles by-produced on the film surface were also crystalline Y-type zeolites.

【0031】(ゼオライト膜の水分含量)実施例1のア
ルミナ管の表面に形成されたY型ゼオライト膜の水分
を、この表面に生成したY型ゼオライトの微粒子を採取
して、この昇温時及び降温時の重量変化から測定した。
測定は、乾燥した窒素中ならびに水分を含む空気中で行
い、毎分5℃で昇温及び降温を行った。結果を図6に示
す。この図から、昇温とともにY型ゼオライトからの脱
水が進み、窒素気流中においては約320℃で、空気中
では約420℃で平衡となった。空気中においては、降
温時において水分を吸収して重量が回復した。降温後に
おける空気中と窒素中との重量の差から、常温で空気中
に放置したY型ゼオライトには約20wt%の水分が含
まれることがわかった。
(Moisture Content of Zeolite Membrane) The water of the Y-type zeolite membrane formed on the surface of the alumina tube of Example 1 was used to collect fine particles of Y-type zeolite formed on the surface, It measured from the weight change at the time of temperature fall.
The measurement was performed in dry nitrogen and in air containing moisture, and the temperature was raised and lowered at 5 ° C. per minute. FIG. 6 shows the results. From this figure, the dehydration from the Y-type zeolite progressed as the temperature rose, and the equilibrium was reached at about 320 ° C. in a nitrogen stream and at about 420 ° C. in air. In the air, when the temperature was lowered, water was absorbed and the weight recovered. From the difference in weight between the air and the nitrogen after the temperature was lowered, it was found that the Y-type zeolite left in the air at room temperature contained about 20 wt% of water.

【0032】(ゼオライト膜の気体透過率)このゼオラ
イト膜の気体透過率を、He、CO2 、N2 、CH4
2 6 及びSF6 の各種単成分気体及びCO2 −N2
混合気体、CO2 −CH4 混合気体における組成気体で
あるCO2 2 、CH4 について測定した。透過温度
は、30℃、80℃、130℃とした。測定は、図7に
例示するガス透過率測定システムに基づいて行った。こ
のシステムは、各種気体が充填されたガスシリンダー1
0と、電気炉12により所定の透過温度に加熱された石
英管14を貫通するステンレス管16の一部に取り付け
られた実施例1のアルミナ管(常温空気中に保存され
て、水分を含んだ状態のもの)18を備えた透過膜部位
と、ガスクロマトグラフ装置20とから構成されてい
る。、このシステムにおいては、ガスシリンダー10に
充填された各種気体は、石英管14内に供給され、ステ
ンレス管16に取り付けられたアルミナ管18の外表面
と接触する。そして、このアルミナ管18の外表面を透
過して、ステンレス管16内を通過した気体が、TCD
検出器を備えたガスクロマトグラフ装置20に導入され
て、検出されるようになっている。なお、図8に示すよ
うに、アルミナ管18は、石英管14を貫通するステン
レス管16のほぼ中央部位に、エポキシ樹脂によりシー
ルされた密封状態で接続されて、アルミナ管18の内部
がステンレス管16の内部と連通するようになってい
る。
(Gas Permeability of Zeolite Membrane) The gas permeability of this zeolite membrane was determined by using He, CO 2 , N 2 , CH 4 ,
Various single component gases of C 2 H 6 and SF 6 and CO 2 -N 2
Measurements were made of CO 2 N 2 and CH 4 , which are composition gases in a mixed gas and a CO 2 —CH 4 mixed gas. The transmission temperatures were 30 ° C, 80 ° C, and 130 ° C. The measurement was performed based on the gas permeability measurement system illustrated in FIG. This system consists of a gas cylinder 1 filled with various gases.
0 and the alumina tube of Example 1 attached to a part of a stainless steel tube 16 that penetrates a quartz tube 14 heated to a predetermined permeation temperature by an electric furnace 12 (stored in room temperature air and containing moisture). (In a state) 18 and a gas chromatograph device 20. In this system, various gases filled in the gas cylinder 10 are supplied into the quartz tube 14 and come into contact with the outer surface of the alumina tube 18 attached to the stainless steel tube 16. The gas that has passed through the outer surface of the alumina tube 18 and passed through the stainless steel tube 16 is TCD
The gas is introduced into a gas chromatograph device 20 having a detector and is detected. As shown in FIG. 8, the alumina tube 18 is connected to a substantially central portion of the stainless steel tube 16 penetrating the quartz tube 14 in a hermetically sealed state sealed with an epoxy resin. 16 and communicates with the inside.

【0033】透過温度30℃、80℃、130℃におけ
る各種単成分気体の透過率を透過分子の動的分子直径
(nm)を横軸にとり、透過率(mol・m-2・s-1
Pa-1)を縦軸として作成したグラフ図を図9に示す。
いずれの気体においても、透過温度が上昇するにつれ、
それぞれ透過率は向上したが、気体の透過率は、透過分
子の大きさには依存していなかった。また、CO2 、C
4 、C2 6 などの吸着性の気体の透過率がHeやN
2 に比較して大きかった。また、透過温度130℃にお
ける各気体の透過率を透過分子の分子量の平方根の逆数
に対してプロットしたが、Knudsen拡散を示す直
線性は得られなかった。これらの結果から、実施例1の
アルミナ管表面に合成されたゼオライト膜は、ピンホー
ルや結晶間隙からの気体分子のリークが十分小さいこと
がわかった。
The transmissivity of various single component gases at the permeation temperatures of 30 ° C., 80 ° C., and 130 ° C. is plotted on the abscissa with the dynamic molecular diameter (nm) of the permeated molecule as the transmissivity (mol · m −2 · s −1 ·
FIG. 9 shows a graph created with Pa -1 ) as the vertical axis.
In any gas, as the permeation temperature increases,
Although the transmittance was improved in each case, the transmittance of the gas did not depend on the size of the permeable molecule. CO 2 , C
The permeability of adsorbable gas such as H 4 and C 2 H 6 is He or N
It was big compared to 2 . Further, the transmittance of each gas at a permeation temperature of 130 ° C. was plotted against the reciprocal of the square root of the molecular weight of the permeated molecule, but no linearity indicating Knudsen diffusion was obtained. From these results, it was found that the zeolite membrane synthesized on the surface of the alumina tube of Example 1 had sufficiently small leakage of gas molecules from pinholes and crystal gaps.

【0034】図10には、実施例1についての透過率の
測定結果から、透過温度を横軸にとり、CO2 、N2
CH4 の単成分気体及びこれらの混合系におけるそれぞ
れの成分気体の透過率を縦軸にとったグラフ図を示す。
また、図11には、実施例2についてのCO2 、N2
単成分気体、CO2 −N2 の混合系における各成分気体
についての透過率の測定結果から、同様に作成したグラ
フ図を示す。これらの図から、透過温度30℃における
CO2 (単成分)の透過率は、7〜11×10-8であ
り、また、各種混合系におけるCO2 の透過率も、10
〜11×10-8であった。すなわち、透過温度30℃で
は、単成分系でも混合系(N2あるいはCH4 )におい
ても、CO2 の透過率にはほとんど変化がなかった。換
言すると、N2 やCH4 の透過率は、CO2 を混合する
ことにより減少し、この減少傾向は、低温側で著しかっ
た。これは、低温側では、ゼオライト膜へのCO 2 の吸
着量が増すためであると考えられる。
FIG. 10 shows the transmittance of the first embodiment.
From the measurement results, the transmission temperature is plotted on the horizontal axis, and COTwo, NTwo,
CHFourIn single-component gases and their mixtures
A graph showing the transmittance of these component gases on the vertical axis is shown.
FIG. 11 shows CO 2 in Example 2.Two, NTwoof
Single component gas, COTwo-NTwoEach component gas in the mixed system of
From the transmittance measurement results for
FIG. From these figures, it can be seen that at a permeation temperature of 30 ° C.
COTwoThe transmittance of (single component) is 7 to 11 × 10-8In
And CO in various mixed systemsTwoAlso has a transmittance of 10
~ 11 × 10-8Met. That is, at a permeation temperature of 30 ° C.
Is a single component system or a mixed system (NTwoOr CHFour)smell
Even COTwoHad little change in transmittance. Exchange
In other words, NTwoAnd CHFourHas a transmittance of COTwoMix
And this decreasing trend is remarkable at low temperatures.
Was. This is because on the low temperature side, CO TwoSucking
This is considered to be due to an increase in the amount of coating.

【0035】図12には、実施例1及び2のアルミナ管
における単成分気体系及び混合系における透過係数比α
を示す。単成分気体におけるN2 に対するCO2 の透過
係数比α(CO2 /N2 )は、透過温度とともに増大し
た。透過温度30℃では、αは、約4〜5であった。こ
れに対し、CO2 −N2 混合系では、低温領域において
窒素の透過率が低減される(図10及び図11参照)た
めに、α(CO2 /N2 )は、透過温度とともに増大し
て、室温(30℃)付近では20〜100に達した。し
かも、このときのCO2 の透過率は、1×10-7程度
(図10及び図11参照)であった。
FIG. 12 shows the transmission coefficient ratio α in the single-component gas system and the mixed system in the alumina tubes of Examples 1 and 2.
Is shown. The permeation coefficient ratio α (CO 2 / N 2 ) of CO 2 to N 2 in the single component gas increased with the permeation temperature. At a permeation temperature of 30 ° C., α was about 4-5. On the other hand, in the CO 2 -N 2 mixed system, α (CO 2 / N 2 ) increases with the permeation temperature because the nitrogen permeability is reduced in the low temperature region (see FIGS. 10 and 11). Thus, the temperature reached 20 to 100 near room temperature (30 ° C.). Moreover, the transmittance of CO 2 at this time was about 1 × 10 −7 (see FIGS. 10 and 11).

【0036】また、CO2 −CH4 混合系においても、
低温領域においてCH4 の透過率が低減される(図10
参照)ために、透過係数比α(CO2 /CH4 )は、透
過温度とともに増大して、30℃付近においては、約2
0であった。このときのCO 2 の透過率は、1×10-7
程度であった(図10参照)。
In addition, COTwo-CHFourEven in a mixed system,
CH in low temperature rangeFour10 is reduced (see FIG. 10).
), The transmission coefficient ratio α (COTwo/ CHFour) Is transparent
It increases with over-temperature, and around 30 ° C,
It was 0. CO at this time TwoIs 1 × 10-7
(See FIG. 10).

【0037】このように、実施例1、2のアルミナ管の
外表面に合成されたY型ゼオライト膜においては、N2
やCH4 との混合系において選択的にCO2 を分離する
ことができた。
As described above, in the Y-type zeolite membrane synthesized on the outer surface of the alumina tube of Examples 1 and 2 , N 2
CO 2 could be selectively separated in a mixed system with CH 4 and CH 4 .

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

【図1】実施例1のアルミナ管の表面に対して12時間
水熱合成を行った後の表面の電子顕微鏡写真(倍率20
00倍)である。
FIG. 1 is an electron micrograph (magnification: 20) of the surface of an alumina tube of Example 1 after hydrothermal synthesis for 12 hours.
00 times).

【図2】実施例1のアルミナ管の表面に対して12時間
水熱合成を行った後の、アルミナ管の表面側の断面の電
子顕微鏡写真(倍率2000倍)である。
FIG. 2 is an electron micrograph (2,000-fold magnification) of a cross section on the surface side of the alumina tube after hydrothermal synthesis has been performed on the surface of the alumina tube of Example 1 for 12 hours.

【図3】実施例1のアルミナ管の表面に対して24時間
水熱合成を行った後の表面の電子顕微鏡写真(倍率20
00倍)である。
FIG. 3 is an electron micrograph (magnification: 20) of the surface of the alumina tube of Example 1 after hydrothermal synthesis for 24 hours.
00 times).

【図4】実施例1のアルミナ管の表面に対して24時間
水熱合成を行った後の、アルミナ管の表面側の断面の電
子顕微鏡写真(倍率2000倍)である。
FIG. 4 is an electron micrograph (2,000-fold magnification) of a cross section on the surface side of the alumina tube after hydrothermal synthesis on the surface of the alumina tube of Example 1 for 24 hours.

【図5】実施例3のアルミナ平板上に水熱合成を行った
後の表面のX線回折スペクトルであって、6時間合成後
のスペクトル(a)と、12時間合成後のスペクトル
(b)と、24時間合成後のスペクトル(c)とを組み
合わせた図である。
FIG. 5 is an X-ray diffraction spectrum of the surface after hydrothermal synthesis on the alumina plate of Example 3, a spectrum after synthesis for 6 hours (a) and a spectrum after synthesis for 12 hours (b). FIG. 7 is a diagram combining a spectrum (c) after being synthesized for 24 hours.

【図6】実施例1のゼオライト膜の重量変化を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing a change in weight of the zeolite membrane of Example 1.

【図7】各種気体の透過率の測定システムの概略を示す
図である。
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a system for measuring the transmittance of various gases.

【図8】アルミナ管のシステムへの取り付け状態の詳細
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing details of an attached state of the alumina tube to the system.

【図9】実施例1及び実施例2のゼオライト膜における
各種単成分気体の透過率と動的分子直径との関係を示す
図である。
FIG. 9 is a view showing the relationship between the permeability of various single component gases and the dynamic molecular diameter in the zeolite membranes of Examples 1 and 2.

【図10】実施例1のゼオライト膜についての、透過温
度と気体の透過率との関係を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the permeation temperature and the gas permeability for the zeolite membrane of Example 1.

【図11】実施例2のゼオライト膜についての、透過温
度と気体の透過率との関係を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the permeation temperature and the gas permeability for the zeolite membrane of Example 2.

【図12】実施例1及び2のゼオライト膜における各種
気体の分離係数を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing separation coefficients of various gases in the zeolite membranes of Examples 1 and 2.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】多孔質基材の表面に形成された多結晶のゼ
オライトの表層部と、この表層部の下側であって、多孔
質基材の表面側の孔部内に存在する多結晶のゼオライト
のアンカー部とを備えたことを特徴とするゼオライト
膜。
1. A surface layer of polycrystalline zeolite formed on the surface of a porous substrate, and a polycrystalline zeolite existing in a hole below the surface layer and on the surface side of the porous substrate. A zeolite membrane comprising a zeolite anchor portion.
【請求項2】請求項1において、 前記表層部のゼオライトが、Y型ゼオライトであること
を特徴とするゼオライト膜。
2. The zeolite membrane according to claim 1, wherein the zeolite in the surface layer is a Y-type zeolite.
【請求項3】多孔質基材表面側の孔部を含む表面上にゼ
オライトの粒子を付着させる工程と、 この基材表面にゼオライト膜を合成する工程、とを備え
たことを特徴とするゼオライト膜の製造方法。
3. A zeolite comprising: a step of adhering zeolite particles on a surface including pores on the surface of a porous substrate; and a step of synthesizing a zeolite membrane on the surface of the substrate. Manufacturing method of membrane.
【請求項4】請求項3において、 前記ゼオライト粒子は、X型ゼオライトを主成分とし、
前記ゼオライト膜は、Y型であることを特徴とするゼオ
ライト膜の合成方法。
4. The method according to claim 3, wherein the zeolite particles are mainly composed of X-type zeolite,
The method for synthesizing a zeolite membrane, wherein the zeolite membrane is Y-type.
【請求項5】多孔質基材の表面に形成された多結晶のゼ
オライトの表層部と、この表層部の下側であって、多孔
質基材の表面側の孔部内に存在する多結晶のゼオライト
のアンカー部とを備えたゼオライト膜を用いて、ガスの
混合体から、少なくとも1の成分のガスを分離すること
を特徴とする方法。
5. A surface layer of polycrystalline zeolite formed on the surface of a porous substrate, and a polycrystalline zeolite formed in pores below the surface layer and on the surface side of the porous substrate. Separating a gas of at least one component from a mixture of gases using a zeolite membrane with a zeolite anchor.
【請求項6】請求項5において、 前記表層部のゼオライトは、Y型ゼオライトであり、水
の存在下において、二酸化炭素と窒素とを含むガスの混
合体から、二酸化炭素を分離することを特徴とする方
法。
6. The method according to claim 5, wherein the zeolite in the surface layer is a Y-type zeolite, and separates carbon dioxide from a gas mixture containing carbon dioxide and nitrogen in the presence of water. And how.
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