(57)【要約】【課題】  分子篩や吸着特性による分子レベルでの分離が可能であるゼオライト膜について、ＦＡＵ型ゼオライト膜などの酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面を、ＣＨＡ型ゼオライト膜などの酸素８員環構造を有するゼオライト膜に転換させることにより、従来法に比べて、酸素８員環構造を有するゼオライト膜層の大幅な薄膜化が可能であり、分子分離能に優れた複合ゼオライト膜、およびその製造方法を提供する。【解決手段】  複合ゼオライト膜は、支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面に、酸素８員環構造を有するゼオライト膜が設けられている。酸素１２員環構造を有するゼオライト膜がＦＡＵ型ゼオライト膜により構成され、酸素８員環を有するゼオライト膜がＣＨＡ型ゼオライト膜により構成されることが好ましい。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面に、酸素８員環構造を有するゼオライト膜が設けられていることを特徴とする、複合ゼオライト膜。
【請求項２】
酸素１２員環構造を有するゼオライト膜が、ＦＡＵ型ゼオライト膜により構成され、酸素８員環を有するゼオライト膜が、ＣＨＡ型ゼオライト膜により構成されることを特徴とする、請求項１に記載の複合ゼオライト膜。
【請求項３】
酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の厚さが、０．１μｍ〜１０μｍであり、酸素８員環を有するゼオライト膜の厚さが、１０ｎｍ〜２μｍであることを特徴とする、請求項１または２に記載の複合ゼオライト膜。
【請求項４】
酸素１２員環構造を有するゼオライト粉末を添加したアルカリ水溶液中に、支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜を浸漬し、所定の条件下で加熱加圧処理することで、支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面の一部を、酸素８員環構造を有するゼオライト膜に転換させることにより、酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面に酸素８員環構造を有するゼオライト膜が設けられた複合ゼオライト膜を形成することを特徴とする、複合ゼオライト膜の製造方法。
【請求項５】
酸素１２員環構造を有するゼオライト粉末を０．０１〜２０ｗｔ％の割合で添加した０．０１〜３ｍｏｌ／Ｌの水酸化カリウム水溶液中に、支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜を浸漬し、温度８０〜１５０℃、圧力０.０５〜２ＭＰａの条件下で、１〜１２０時間、加熱加圧処理することを特徴とする、請求項４に記載の複合ゼオライト膜の製造方法。
【請求項６】
酸素１２員環構造を有するゼオライト膜が、ＦＡＵ型ゼオライト膜であり、酸素８員環を有するゼオライト膜が、ＣＨＡ型ゼオライト膜により構成されることを特徴とする、請求項４または５に記載の複合ゼオライト膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高機能化した複合ゼオライト膜、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ゼオライト膜は、分子篩や吸着特性による分子レベルでの分離が可能であることから、分離膜、膜反応器、化学センサー等への応用が考えられている。【０００３】
ゼオライトの中でもＡ型ゼオライト（ＬＴＡ）は強い親水性を示すことから、アルコールの脱水用分離膜としてＡ型ゼオライト膜が１９９８年頃に実用化されている（非特許文献１）。また、例えばエタノール脱水（水１０ｗｔ％，温度１３０ｏＣ）において、水透過流束５０ｋｇ・ｍ−２・ｈ-１を超える高性能Ａ型ゼオライト膜が開発され（非特許文献２）、実用化に至っている。  
一方で、Ａ型ゼオライト膜は、ゼオライトの中では耐性に乏しく、その適応範囲が限られている。そのため、より耐性に富む親水性ＦＡＵ（フォージャサイト）型（主にＹ型）ゼオライト膜が開発されている（特許文献３）。【０００４】
ＦＡＵ型ゼオライト膜については、Ａ型ゼオライト膜が適用できない過酷な条件でも脱水膜として高い透過分離性能を発揮することが確認されており（非特許文献３）、今後、需要が高まることが予想される。なお、結晶間空隙の少ない緻密なＹ型ゼオライト膜の合成法（特許文献２）など、ゼオライト膜の製膜技術は、精力的に研究されている。【０００５】
また一般に、ＦＡＵ型ゼオライト膜は、大きな酸素１２員環細孔（約０．７４ｎｍ）をもち、ＦＡＵ型ゼオライトの吸着特性に由来する分離能と、拡散が容易な比較的大きな細孔構造に由来する高透過度が期待される。【０００６】
例えば、水、ＣＯ２（二酸化炭素）、ＣＨ４（メタン）などの各種の分子の大きさは、下記の通りである。
分子名          分子サイズ
水：          ０．３０  ｎｍ
ＣＯ２ ：      ０．３３  ｎｍ
ＣＨ４ ：      ０．３８  ｎｍ
エタノール：  ０．４３  ｎｍ
酢酸：        ０．４３  ｎｍ
ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）：約０．４７  ｎｍ
ここで、例えば、水（０．３０ｎｍ）／エタノール（０．４３ｎｍ）、水／ＩＰＡ（約０．４７ｎｍ）、ＣＯ２（０．３３ｎｍ）／ＣＨ４（０．３８ｎｍ）などの組み合わせによる混合物における分子分離など、ゼオライト膜を透過させたくない分子の大きさが、ＦＡＵ型ゼオライト細孔径よりも小さい場合、あるいはまた高温や、透過させる分子の濃度が小さい条件下では、ゼオライト膜による分離は困難であるため、吸着による分離を行う必要があるが、吸着による分離能が機能しにくいため、分離能の低下が避けられない。【０００７】
上記のように吸着による分離能が低い条件では、分子篩を利用した分離が有効になることが多い。例えば水（０．３０ｎｍ）のみを膜透過させてＩＰＡ（０．４７ｎｍ）などの分子を透過させたくない場合、分離膜を、酸素８員環構造を有するゼオライト（細孔径０．２８〜０．４２  ｎｍ）によって構築することで、分子篩能が期待できる。【０００８】
ここで、酸素８員環構造を有するゼオライト膜としては、近年、ＣＨＡ（チャバサイト）型膜（非特許文献４）、ＭＥＲ（マーリノアイト）型膜（特許文献３）、ＰＨＩ（フィリップサイト）型膜（特許文献４）などが開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Y. Morigami et al., Sep. Purif. Technol. 25 (2001) 251-260
【非特許文献２】Ｈｉｔｚ技報（日立造船技報）第６８巻第２号７章（２００８年３月１日発行）
【特許文献１】特許第３５３７９０８号公報
【非特許文献３】K. Sawamura et al., Proc. of the International Symposium on Zeolites and Microporous Crystals (ZMPC) 2009, RRR2-8
【特許文献２】特開２００９−１１９８０号公報
【非特許文献４】Y. Hasegawa et al., J. Membr. Sci. 347 (2010) 193-196
【特許文献３】特開２００７−３１３３８９号公報
【特許文献４】特開２００７−３１３３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、細孔径の大きな酸素１２員環構造を有するＦＡＵ型ゼオライトに比べて、細孔径の小さな酸素８員環構造を有するＣＨＡ型ゼオライト膜では、分子の拡散が遅くなるため、その膜厚が厚い場合、十分な透過流束が得られないという問題があった。【００１１】
本発明の目的は、上記の従来技術の問題を解決し、ＦＡＵ型ゼオライト膜などの酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面を、ＣＨＡ型ゼオライト膜などの酸素８員環構造を有するゼオライト膜に転換させることにより、従来の合成方法に比べて、酸素８員環構造を有するゼオライト膜層の大幅な薄膜化が可能により構成され、分子分離能に優れた複合ゼオライト膜を提供すること、および該複合ゼオライト膜の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記の点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、酸素１２員環構造を有するゼオライト粉末を添加したアルカリ水溶液中に、支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜を浸漬し、所定の条件下で加熱加圧処理をすることで、支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面の一部を、酸素８員環構造を有するゼオライト膜に転換させることができ、酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面に酸素８員環構造を有するゼオライト膜が設けられた複合ゼオライト膜を形成することを見出し、本発明を完成するに至ったものである。【００１３】
上記の目的を達成するために、請求項１の複合ゼオライト膜の発明は、支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面に、酸素８員環構造を有するゼオライト膜が設けられていることを特徴としている。【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の複合ゼオライト膜であって、酸素１２員環構造を有するゼオライト膜が、ＦＡＵ型ゼオライト膜により構成され、酸素８員環を有するゼオライト膜が、ＣＨＡ型ゼオライト膜により構成されることを特徴としている。【００１５】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の複合ゼオライト膜であって、酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の厚さが、０．１μｍ〜１０μｍであり、酸素８員環を有するゼオライト膜の厚さが、１０ｎｍ〜２μｍであることを特徴としている。【００１６】
請求項４の発明は、複合ゼオライト膜の製造方法であって、酸素１２員環構造を有するゼオライト粉末を添加したアルカリ水溶液中に、支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜を浸漬し、所定の条件下で加熱加圧処理することで、支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面の一部を、酸素８員環構造を有するゼオライト膜に転換させることにより、酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面に酸素８員環構造を有するゼオライト膜が設けられた複合ゼオライト膜を形成することを特徴としている。【００１７】
請求項５の発明は、請求項４に記載の複合ゼオライト膜の製造方法であって、酸素１２員環構造を有するゼオライト粉末を０.０１〜２０ｗｔ％の割合で添加した０．０１〜３ｍｏｌ／Ｌの水酸化カリウム水溶液中に、支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜を浸漬し、温度８０〜１５０℃、圧力０．０５〜２ＭＰａの条件下で、１〜１２０時間、加熱加圧処理することを特徴としている。【００１８】
請求項６の発明は、請求項４または５に記載の複合ゼオライト膜の製造方法であって、酸素１２員環構造を有するゼオライト膜が、ＦＡＵ型ゼオライト膜により構成され、酸素８員環を有するゼオライト膜が、ＣＨＡ型ゼオライト膜により構成されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の複合ゼオライト膜の発明は、支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面に、酸素８員環構造を有するゼオライト膜が設けられているもので、請求項１の発明によれば、ＦＡＵ型ゼオライト膜の表面の一部が酸素８員環構造を有するゼオライト膜に転換されるため、従来の合成方法に比べて、酸素８員環を有するゼオライト膜層の大幅な薄膜化が可能であり、分子分離能に優れた複合ゼオライト膜を得ることができるという効果を奏する。【００２０】
請求項４の複合ゼオライト膜の製造方法の発明は、酸素１２員環構造を有するゼオライト粉末を添加したアルカリ水溶液中に、支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜を浸漬し、所定の条件下で加熱加圧処理することで、支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面の一部を、酸素８員環構造を有するゼオライト膜に転換させることにより、酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面に酸素８員環構造を有するゼオライト膜が設けられた複合ゼオライト膜を形成することを特徴とするもので、請求項４の発明によれば、酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面の一部が酸素８員環構造を有するゼオライト膜に転換されるため、従来の合成方法に比べて、酸素８員環を有するゼオライト膜層の大幅な薄膜化が可能であり、分子分離能に優れた複合ゼオライト膜を製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１Ａは、転換処理前後のゼオライト粉末のＸＲＤ（Ｘ線回折）パターンを示すグラフである。図１Ｂは、アルミナ支持体上に製膜されたＦＡＵ型ゼオライト膜の転換処理前後のＸＲＤパターンを示すグラフである。
【図２】従来型のゼオライト膜構造と、本発明の複合ゼオライト膜構造を示す部分拡大断面図である。
【図３】水−ＩＰＡ蒸気透過分離試験装置を示すフローシートである。
【図４】ＦＡＵ型ゼオライト膜の表面をＣＨＡ型ゼオライト膜に転換した本発明によるＣＨＡ／ＦＡＵ複合ゼオライト膜と、従来のＦＡＵ型ゼオライト膜のＩＰＡ脱水性能の比較を示すグラフで、図４Ａは、水透過度とＩＰＡ濃度との関係を示すグラフ、図４Ｂは、水分離係数とＩＰＡ濃度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
つぎに、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２３】
本発明による複合ゼオライト膜は、多孔質アルミナ等の支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面に、酸素８員環構造を有するゼオライト膜が設けられていることを特徴としている。
【００２４】
ここで、本発明に用いられる多孔質支持体としては、例えばアルミナ、シリカ、コージェライト、ジルコニア、チタニア、バイコールガラス、焼結金属などの多孔質体が挙げられるが、これらに限らず、種々の多孔質体を用いることができる。多孔質支持体の形状は、通常は、チューブ状もしくは板状である。多孔質支持体の孔径は、通常、０．０１〜５μｍであり、好ましくは０．０５〜２μｍである。
【００２５】
酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の形成は、例えば、多孔質支持体の表面にゼオライトの粉末（種結晶）の懸濁水溶液を塗布したのち、所定の温度で乾燥したのち、水熱合成させることによって行われる。
【００２６】
原料として用いるゼオライトの種類は、特に限定されず、例えばＹ型ゼオライト（ＦＡＵ）、ベータ型ゼオライト（ＢＥＡ）、モルデナイト（ＭＯＲ）などが挙げられる。ゼオライト膜の形成のための塗布方法は、特に限定されないが、ラビング（擦り込み）法や浸漬法が好ましい。
【００２７】
ラビング（擦り込み）法は、多孔質支持体の表面にゼオライト粉末懸濁液を擦り込み、次いで所望により乾燥することにより、ゼオライトの粉末（種結晶）を均一塗布する方法である。
【００２８】
また、浸漬法は、ゼオライト粉末懸濁液内に、多孔質支持体を浸し、表面にゼオライトの粉末（種結晶）を均一塗布する方法である。
【００２９】
ゼオライト粉末の塗布および乾燥ののち、水熱合成させるが、この水熱合成により、多孔質支持体上に塗布したゼオライトの粉末からゼオライト膜を形成することができる。水熱合成の温度は、特に限定されないが、多孔質支持体上にゼオライト膜がより均一に生成するという観点から、８０〜３００℃が好ましく、反応時間は、通常２〜７２０時間、好ましくは６〜１２０時間である。
【００３０】
本発明の複合ゼオライト膜は、上記のように、多孔質アルミナ等の支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面に、酸素８員環構造を有するゼオライト膜が設けられているものである。
【００３１】
本発明の複合ゼオライトにおいて、酸素１２員環構造を有するゼオライト膜が、ＦＡＵ型ゼオライト膜により構成され、酸素８員環を有するゼオライト膜が、ＣＨＡ型ゼオライトまたはＭＥＲ型ゼオライト膜、好ましくはＣＨＡ型ゼオライトにより構成されることが好ましい。
【００３２】
ここで、Ｙ型ゼオライト（ＦＡＵ）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、酸素の１２員環を含む多面体によって形成されているとともに、酸素１２員環の細孔径は０．７４ｎｍであることが知られている。
【００３３】
一方、ＣＨＡ型ゼオライトは、その細孔が酸素８員環を含む多面体によって形成されているとともに、酸素８員環の細孔径は０．３８ｎｍであることが知られている。このような構造上の特徴を有するＣＨＡ型ゼオライトは、ゼオライトの中では比較的細孔径が小さいものである。
【００３４】
また、本発明の複合ゼオライト膜において、転換処理を行う前の酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の膜厚は、高い膜透過度を維持するために、１０μｍ以下が望ましく、０．１μｍ〜１０μｍが好ましい。また転換した酸素８員環構造を有するゼオライト層の膜厚は、耐久性の観点からは１０ｎｍ以上、膜透過度の観点からは２μｍ以下が好ましい。
【００３５】
本発明による複合ゼオライト膜の製造方法は、酸素１２員環構造を有するゼオライト粉末を添加したアルカリ水溶液中に、支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜を浸漬し、所定の条件下で加熱加圧処理することで、支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面の一部を、酸素８員環構造を有するゼオライト膜に転換させることにより、酸素１２員環構造を有するゼオライト膜の表面に酸素８員環構造を有するゼオライト膜が設けられた複合ゼオライト膜を形成することを特徴とする。
【００３６】
本発明による複合ゼオライト膜の製造方法において、酸素１２員環構造を有するゼオライト粉末を０．０１〜２０ｗｔ％、好ましくは１〜１０ｗｔ％の割合で添加した０．０１〜３ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．１〜１ｍｏｌ／Ｌの水酸化カリウム水溶液中に、支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するゼオライト膜を浸漬し、温度８０〜１５０℃、好ましくは９５〜１２５℃、圧力０．０５〜２ＭＰａ、好ましくは０．１〜１ＭＰａの条件下で、１〜１２０時間、好ましくは６〜３６時間、加熱加圧処理することが好ましい。
【００３７】
本発明による複合ゼオライト膜の製造方法において、酸素１２員環構造を有するゼオライト膜が、ＦＡＵ型ゼオライト膜により構成され、酸素８員環を有するゼオライト膜が、ＣＨＡ型ゼオライト膜により構成されることが、特に、好ましい。
【００３８】
本発明によれば、多孔質アルミナ管等の基体上に製膜したＦＡＵ型ゼオライト膜の表面を、酸素８員環構造を有するゼオライト膜に転換させることにより、従来の合成方法に比べて、酸素８員環構造を有するゼオライト膜層の大幅な薄膜化が可能であり、分子篩機能を付与した複合ゼオライト膜を合成することができる。
【００３９】
特に、基体上に製膜したＦＡＵ膜表面のみを、８員環ゼオライトに転換させることで、高い膜透過度を維持したまま分子篩能を維持させる。さらに高い膜透過度を維持するためには、転換処理を行う前のＦＡＵ型ゼオライト膜の膜厚は、０．１μｍ〜１０μｍが望ましい。また転換した８員環構造を有するＣＨＡ型ゼオライト層の膜厚については、耐久性の観点からは１０ｎｍ以上、膜透過度の観点からは２μｍ以下が好ましい。
【００４０】
ここで、ゼオライト層の膜厚は、断面を電子顕微鏡によって観察するか、または、ゼオライト膜表面から所定の厚さの層を研削・除去した後、ＸＲＤ（Ｘ線回折）パターンを調べることによって測定することができる。
【実施例】
【００４１】
つぎに、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。【００４２】
実施例１
本実施例では、定法により、多孔質アルミナ管（基体）（Hitz日立造船社製）表面にＦＡＵ型ゼオライト粉末（種結晶）（東ソー社製）の懸濁水溶液を塗布乾燥したのち、温度１００℃で４．７５時間、水熱合成させることによってＦＡＵ型ゼオライト膜を合成した。転換処理を行う前の多孔質アルミナ管表面のＦＡＵ型ゼオライト膜の膜厚は、２〜６μｍであった。【００４３】
つぎに、本発明のゼオライト膜の転換処理により、本発明による複合ゼオライト膜を、つぎのようにして製造した。【００４４】
すなわち、オートクレーブ内で、ＦＡＵ型ゼオライト粉末を、１０ｗｔ％の割合で添加した０．５ｍｏｌ／Ｌの水酸化カリウム水溶液中に、上記多孔質アルミナ管よりなる支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するＦＡＵ型ゼオライト膜を浸漬し、温度９５℃、圧力０．１ＭＰａの条件下で、２４時間、静置することで加熱加圧処理し、支持体上に製膜されたＦＡＵ型ゼオライト膜の表面を、酸素８員環構造を有するＣＨＡ型ゼオライト膜に転換させることにより、ＦＡＵ型ゼオライト膜の表面にＣＨＡ型ゼオライト膜が設けられた複合ゼオライト膜を形成した。【００４５】
本発明の方法によれば、多孔質アルミナ管（基体）上に製膜した酸素１２員環構造を有するＦＡＵ型ゼオライト膜の表面のみを、酸素８員環構造を有するＣＨＡ型ゼオライト膜に転換させることで、高い膜透過度を維持したまま分子篩能を付与したゼオライト膜を合成することができた。なお、転換した酸素８員環構造を有するゼオライト層の膜厚は、０．０１〜２μｍであると推定され、酸素８員環構造を有するＣＨＡ型ゼオライト膜層の大幅な薄膜化を果たすことができた。【００４６】
ここで、図１Ａは、転換処理前後のＦＡＵ型ゼオライト粉末のＸＲＤ（Ｘ線回折）パターンを示すグラフである。図１Ｂは、アルミナ支持体上に製膜された酸素１２員環構造を有するＦＡＵ型ゼオライト膜表面を、酸素８員環構造を有するＣＨＡ型ゼオライト膜に転換させ、その転換処理前後のＸＲＤパターンを示すグラフである。【００４７】
同図に示すＸＲＤ測定の結果より、ＦＡＵ型ゼオライト膜（細孔径０．７４ｎｍ）を上記の処理条件で２４時間、加熱加圧処理することで、酸素１２員環構造を有するＦＡＵ型ゼオライト膜（細孔径０．７４ｎｍ）の表面を、酸素８員環構造を有するＣＨＡ型ゼオライト膜（細孔径０．３８ｎｍ）に転換したＣＨＡ／ＦＡＵ複合ゼオライト膜を合成できることが確認された。【００４８】
また、同図に示すように、同条件で処理時間を長くすると、多孔質アルミナ管上のＦＡＵ型ゼオライト膜は、最終的には、完全なＣＨＡ型ゼオライト膜に転換するが、処理条件を変えることで、ＭＥＲ型ゼオライト膜など他の８員環ゼオライトへの転換も可能である。【００４９】
また図２は、従来型のゼオライト膜構造と、本発明の複合ゼオライト膜構造を示す部分拡大断面図である。【００５０】
同図に示すように、本発明によれば、酸素１２員環構造を有するＦＡＵ型ゼオライト膜の表面のみが、酸素８員環構造を有するゼオライト膜に転換されるため、従来の合成方法に比べて、酸素８員環構造を有するゼオライト膜層の大幅な薄膜化が可能である。【００５１】
つぎに図３は、ゼオライト膜の透過分離性能の試験装置のフローシートであり、この装置を用いてゼオライト膜の透過分離性能の評価として、水−ＩＰＡの蒸気透過分離試験を行った。【００５２】
同図に示すように、まず長さ３ｃｍに切断した管状の膜を、ステンレス製の膜モジュールにグラファイトリングを用いて取り付けた。その後、膜モジュールを恒温槽内に設置し、所定の温度に保持した。さらに、ポンプを用いて水−ＩＰＡの混合液１ｍｌ／ｍｉｎにて送液し、恒温槽内にて気化した蒸気を膜の外側に供給した。膜を透過しなかった成分は、凝縮後、再度ポンプにて送液し、ゼオライト膜の外側を循環させ、１〜２０時間後に、その組成をＧＣ（ガスクロマトグラフ）により測定した。また膜の内側は真空ポンプして減圧し、膜を透過する成分を液体窒素にて冷却したトラップにて捕集し、その重量および組成を測定した。水の透過量は、単位面積、単位時間、単位圧力あたりに透過する水の物質量である水透過度［ｍｏｌ／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）］にて評価した。【００５３】
なお、分離性能の評価としては、下記式で定義する水分離係数：αにより評価した。【００５４】
水分離係数：α＝（ＰＡ／ＰＢ）／（ＦＡ／ＦＢ）
上記式中、ＦＡ，ＦＢはそれぞれ供給蒸気中のＡ、Ｂの濃度（ｗｔ％）、ＰＡ，ＰＢはそれぞれ透過蒸気中のＡ，Ｂの濃度（ｗｔ％）を意味する。【００５５】
図４に、本発明の方法により、ＦＡＵ型ゼオライト膜表面をＣＨＡ型に転換したＣＨＡ／ＦＡＵ複合膜の水−ＩＰＡ蒸気透過分離試験の結果（膜温度１３０ｏＣ、常圧）を示した。ＩＰＡの脱水濃縮とともに、ＦＡＵ型膜ではＩＰＡの透過量が増大することにより、水分離係数が５００から１００程度まで大きく低下したのに対し、膜表面をＣＨＡ型に転換したＣＨＡ／ＦＡＵ複合膜では、５００程度の高い水分離係数が維持された。【００５６】
また水の透過性についても、ＣＨＡ／ＦＡＵ複合膜で、１０−６ｍｏｌ／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）を超える高い水透過度を得ることができた。これは拡散抵抗となる酸素８員環構造を有するＣＨＡ型ゼオライト膜層が非常に薄いことに加え、分子篩能付与により、水の透過阻害となるＩＰＡが膜内部に侵入することを抑制できることなどが起因していると考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2012046545.tif 000008
2012046545.tif 000009
2012046545.tif 000010