(57)【要約】【課題】外周面にゼオライト種結晶を付着させた多孔質支持体の該外周面を均一に擦る処理を施すことができるゼオライト膜形成用多孔質支持体外周面の処理装置及びゼオライト膜形成用支持体外周面の処理方法を提供する。【解決手段】外周面に種結晶を付着させた多孔質支持体Ｓをスピンドル３，４で支持し、モータ７で回転させる。スライドベース１０に保持された弾性材８を多孔質支持体Ｓの外周面に当て、モータ２２でボールねじ２を回転させ、スライドベース１０を移動させ、多孔質支持体Ｓの外周面を弾性材８で擦る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にゼオライト種結晶を付着させた円筒状の多孔質支持体の該外周面を擦る装置であって、
該多孔質支持体をその軸心回りに回転させる回転駆動装置と、
軸心回りに回転する該多孔質支持体の外周面に摺接する弾性材と、
該弾性材を該多孔質支持体の長手方向に移動させる手段と
を有することを特徴とする、ゼオライト膜形成用多孔質支持体外周面の処理装置。
【請求項２】
前記多孔質支持体の外周面に向けて流体を噴射して粉体を除去する洗浄手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のゼオライト膜形成用多孔質支持体外周面の処理装置。
【請求項３】
前記弾性材は、ゴム、合成樹脂又はマイクロファイバーよりなることを特徴とする請求項１又は２に記載のゼオライト膜形成用多孔質支持体外周面の処理装置。
【請求項４】
ゼオライト種結晶を付着させた多孔質支持体の外周面を擦る工程を有する前記多孔質支持体外周面の処理方法において、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のゼオライト膜形成用多孔質支持体外周面の処理装置によって該外周面を擦る工程を行うことを特徴とする、ゼオライト膜形成用支持体外周面の処理方法。
【請求項５】
請求項４のゼオライト膜形成用支持体外周面の処理方法によって処理されたゼオライト種結晶担持多孔質支持体の外周面にゼオライト膜を形成する工程を有する管状分離膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管状分離膜用の多孔質支持体外周面を処理する装置及び方法に係り、詳しくは、外周面にゼオライト膜を付着させる多孔質支持体の該外周面を擦るための装置及び方法に関する。また、本発明は、管状分離膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体混合物または気体混合物の分離に、多孔質支持体上に膜状にゼオライトを形成させたゼオライト膜複合体が用いられている。例えば有機物と水との混合物を、ゼオライト膜複合体に接触させ、水を選択的に透過させることにより、有機物を分離し、濃縮することができる。
【０００３】
特許文献１には、ゼオライト分離膜合成に用いる多孔質支持体表面の粗度むらを無くして均質なゼオライト膜を形成させるために、多孔質支持体をローラー上で回転させ、砥石を摺接させて該支持体表面を研磨する装置が記載されている。
【０００４】
ゼオライト膜複合体の製造工程には、種結晶（種晶）を多孔質支持体外周面に担持させる工程と、結晶を成長させる工程とがある。特許文献２の０１４８段落には、種結晶を多孔質支持体上に付着させた後、表面をラテックス手袋で擦って種結晶を多孔質支持体に押し込んだり、過剰な種結晶を取り除くことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−９４３０４号公報
【特許文献２】特開２０１８−１３０７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の装置を用いて種結晶付着多孔質支持体の外周面を研磨処理すると、支持体表面まで削り取られてしまい、種結晶が殆どすべて除去されてしまうので、不適当である。
【０００７】
特許文献２のように、ゼオライト種結晶付着多孔質支持体の外周面を手で擦る場合には、作業効率が低いと共に、外周面を均等に処理することが容易ではない。
【０００８】
本発明は、外周面にゼオライト種結晶を付着させた多孔質支持体の該外周面を均一に擦る処理を施すことができるゼオライト膜形成用多孔質支持体外周面の処理装置及びゼオライト膜形成用支持体外周面の処理方法を提供することを目的とする。また、本発明は、外周面がこのように処理された多孔質支持体を用いて管状分離膜を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のゼオライト膜形成用多孔質支持体外周面の処理装置は、外周面にゼオライト種結晶を付着させた円筒状の多孔質支持体の該外周面を擦る装置であって、該多孔質支持体をその軸心回りに回転させる回転駆動装置と、軸心回りに回転する該多孔質支持体の外周面に摺接する弾性材と、該弾性材を該多孔質支持体の長手方向に移動させる手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様では、前記多孔質支持体の外周面に向けて流体を噴射して粉体を除去する洗浄手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様では、前記弾性材は、ゴム、合成樹脂又はマイクロファイバーよりなることを特徴とする。
【００１２】
本発明のゼオライト膜形成用支持体外周面の処理方法は、ゼオライト種結晶を付着させた多孔質支持体の外周面を擦る工程を有する前記多孔質支持体外周面の処理方法において、請求項１〜３のいずれか１項に記載のゼオライト膜形成用多孔質支持体外周面の処理装置によって該外周面を擦る工程を行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明の管状分離膜の製造方法は、請求項４のゼオライト膜形成用支持体外周面の処理方法によって処理されたゼオライト種結晶担持多孔質支持体の外周面にゼオライト膜を形成する工程を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のゼオライト膜形成用多孔質支持体外周面の処理装置及び方法によれば、ゼオライト種結晶付着多孔質支持体をその軸心回りに回転させながら弾性材を多孔質支持体長手方向に移動させて該弾性材によって該外周面を擦ることにより、多孔質支持体外周面の全体を均一に、かつ効率よく擦ることができるので、目標とした種結晶付着状態となった多孔質支持体が確実に得られる。また、前工程での種結晶の付着状況を反映し、均す量を調整することも可能なため、次工程でのゼオライト膜形成もより好適化する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係るゼオライト膜形成用多孔質支持体外周面の処理装置の平面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】管状分離膜の端部とスピンドル先端との係合説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１〜３を参照してゼオライト膜形成用多孔質支持体外周面の処理装置及び処理方法の実施の形態について説明する。
【００１７】
図１の通り、このゼオライト膜形成用多孔質支持体外周面の処理装置１は、マシンベース２と、多孔質支持体Ｓの一端側を支持する駆動側スピンドル３と、多孔質支持体Ｓの他端側を支持する従動側スピンドル４と、スピンドル３，４をマシンベース２に支持する軸受部材５，６と、駆動側スピンドル３を回転駆動させるモータ７と、多孔質支持体Ｓの外周面を擦るための弾性材８と、多孔質支持体Ｓの長手方向に移動可能なスライドベース１０と、スライドベース１０を移動させるための移動装置２０等を備えている。
【００１８】
弾性材８としては、ゴム、合成樹脂、マイクロファイバー等が好適である。ゴムとしては、ショア硬度０〜９０、特に１０〜７０程度の生ゴム、シリコンゴム等が好適である。
【００１９】
この実施の形態では、弾性材８は、多孔質支持体Ｓを両側から挟むように配置されている。図２の通り、一方の弾性材８は、ブラケット１２によってスライドベース１０に支持されている。他方の弾性材８は、ブラケット１３に取り付けられている。このブラケット１３は、支持部材１４に沿って、多孔質支持体Ｓの長手方向と直交方向に移動可能となっており、エアシリンダ等の押圧装置１５によって多孔質支持体Ｓの外周面に所定押圧力で押し付けられるよう構成されている。
【００２０】
マシンベース２上には、多孔質支持体Ｓの長手方向と平行方向に延在する１対のガイドレール１６，１６が設けられている。スライドベース１０の底面に設けられたスライダ１７が該ガイドレール１６に摺動自在に係合している。スライドベース１０には、ボールねじ２１と螺合するねじブロック１８が設けられている。
【００２１】
移動装置２１は、図１の通り、多孔質支持体Ｓの長手方向と平行方向に延在するボールねじ２１と、該ボールねじ２１を回転駆動するモータ２２と、ボールねじ２１の先端側をマシンベース２に支持させる軸受け部材２３を備えている。該モータ２２及び前記モータ７はマシンベース２に取り付けられている。
【００２２】
この実施の形態では、スピンドル３，４は多孔質支持体Ｓの外径と同一外径を有している。スピンドル３の先端部には、図３の通り、多孔質支持体Ｓ内に差し込まれる小径部３ａが設けられている。多孔質支持体Ｓの端面と、小径部３ａへの立ち下がり面との間にはＯリング３ｂが介在される。小径部３ａの外周面に周設されたリング溝にＯリング３ｃが嵌装されており、該Ｏリング３ｃが多孔質支持体Ｓの内周面に当接する。
【００２３】
図示は省略するが、スピンドル４の先端部と多孔質支持体Ｓとの係合部も図３と同様とされている。スピンドル３，４と多孔質支持体Ｓとは、同軸状に一直線に延在する。
【００２４】
なお、多孔質支持体Ｓをスピンドル３，４間に着脱するために、支持部材６はマシンベース２に対し、前記軸心線方向に位置変更可能に支持されている。
【００２５】
なお、図示は省略するが、弾性材８，８間の多孔質支持体Ｓに向って空気を噴射するノズルが配置されており、多孔質支持体Ｓの外周面を擦ったときに生じる粉粒物を吹き飛ばして除去できるようになっている。
【００２６】
また、この処理装置１は、全体を覆う透明カバー（図示略）を備えており、作業中に粉塵が周囲に拡散することを防止するよう構成されている。
【００２７】
このように構成されたゼオライト膜形成用多孔質支持体外周面の処理装置１を用いた多孔質支持体Ｓの外周面を擦る処理を施すには、図１，３のように、ゼオライト種結晶が付着した多孔質支持体Ｓをスピンドル３，４間に保持し、ノズルから空気を噴出させると共に、モータ７，２２を回転させる。弾性材８は、回転している多孔質支持体Ｓの外周面を擦りながら、多孔質支持体Ｓの一端から他端まで移動する。
【００２８】
弾性材８を多孔質支持体外周面に押し当てる圧力は１〜７００ｋＰａ特に１〜７５ｋＰａ程度が好適であるがこれに限定されない。
【００２９】
弾性材８をスピンドル３からスピンドル４にまで移動させることにより、多孔質支持体Ｓの全面が万遍なく均一に擦られ、ゼオライト種結晶が多孔質支持体にすり込まれると共に、過剰なゼオライト種結晶が除去される。
【００３０】
弾性材８は、スピンドル３側からスピンドル４側まで（又はこれと逆方向に）１回だけ往動されてもよく、往復動されてもよく、複数回往復動されてもよい。
【００３１】
１本の多孔質支持体Ｓの外周面の処理が終了した後、モータ７，２２を停止し、多孔質支持体Ｓを交換し、同様の処理を行う。
【００３２】
本装置を用いて処理を行う場合、モータ７，２２をそれぞれ設定回転速度で回転させると共に、押圧装置１５によって弾性材８を多孔質支持体Ｓの外周面に一定押圧力で押し当てることにより、多数の多孔質支持体Ｓを同一処理条件で効率よく処理することができる。
【００３３】
上記説明では、押圧装置１５によって弾性材８を多孔質支持体Ｓの外周面に押し当てるものとしたが、多孔質支持体Ｓを挟む弾性材８，８を接近方向に付勢して多孔質支持体Ｓに押し当てるようにしてもよい。押圧装置の代わりに、バネ等の付勢部材を用いて弾性材８を多孔質支持体Ｓに押し当てるようにしてもよい。
【００３４】
上記実施の形態では、１対の弾性材８を多孔質支持体Ｓを挟んで対面配置しているが、２対以上の弾性材８を配置してもよい。
【００３５】
本発明の処理装置及び方法が適用される多孔質支持体は、管状（円筒形）の多孔質支持体上にゼオライト種結晶を付着させたものである。多孔質支持体は、多孔質アルミナ等の無機多孔質セラミック管よりなり、気孔率が１０％から９０％程度であるものが好適である。
【００３６】
多孔質支持体Ｓの外周面に付着させる種結晶としては、結晶化を促進するゼオライトであれば種類は問わない。
【００３７】
平均粒径の大きい種結晶を用いた場合、水熱合成時に種結晶が支持体から脱離し、その役割を果たさない場合があるため、種結晶の粒子径は支持体の細孔径に近いことが望ましく、必要に応じて粉砕して用いても良い。粒径は、通常１ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上、より好ましくは５０ｎｍ以上、さらに好ましくは０．１μｍ以上、特に好ましくは０．５μｍ以上、最も好ましくは１μｍ以上であり、通常５μｍ以下、好ましくは、３μｍ以下、より好ましくは２μｍ以下、特に好ましくは１．５μｍ以下である。
【００３８】
支持体上に種結晶を付着させる方法は特に限定されず、例えば、種結晶を水などの溶媒に分散させてその分散液に支持体を浸けて表面に種結晶を付着させるディップ法や、種結晶を水などの溶媒に分散させてその分散液に一端を封止した支持体を浸漬したのちに支持体を他端から吸引することで支持体表面に強固に種結晶を付着させる吸引法や種結晶を水などの溶媒と混合してスラリー状にしたものを支持体上に塗りこむ方法などを用いることができる。
【００３９】
上記のように外周面が処理された多孔質支持体の外周面に、水熱合成法などによりゼオライト膜を形成することにより、管状分離膜が製造される。
【００４０】
水熱合成は、上記のようにして種結晶を担持した支持体と、調製された水熱合成用原料混合物ないしはこれを熟成して得られる水性ゲルとを耐圧容器に入れ、自己発生圧力下、又は結晶化を阻害しない程度の気体加圧下で、撹拌下、又は、容器を回転ないしは揺動させながら、或いは静置状態で、所定温度を保持することにより行われる。
【実施例】
【００４１】
［参考例１］（手で擦る従来法）
＜種結晶付着多孔質支持体の製造＞
無機多孔質支持体として、多孔質アルミナチューブ（外径１２ｍｍ、内径９ｍｍ、長さ１２０ｃｍ、気孔率３４％）を用いた。
【００４２】
ＦＡＵ型ゼオライトの種結晶（平均粒径１．２μｍ）を水に分散させた分散液に支持体を浸した後、乾燥させて種結晶を付着させた。付着量は１４．８ｍｇ／ｃｍ２であった。この支持体の表面をゴム手袋をした手でラビングして（擦って）、種結晶をすり込むと共に、過剰な種結晶を落とし均一化させた。
【００４３】
水熱合成のための水性反応混合物として以下のものを調製した。
【００４４】
水酸化アルミニウム（アルドリッチ社製、Ａｌ２Ｏ３を５３．５重量％含有）に水酸化カリウム水溶液と水を加え、混合撹拌して溶解させ、溶液とした。これにコロイダルシリカ（日産化学社製  スノーテック−４０）を加えて２時間撹拌し、水熱合成用水性反応混合物とした（Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２質量比＝１０／２４）。
【００４５】
＜管状分離膜の製造＞
ラビング処理した種結晶付着支持体を、オートクレーブに入れた上記水熱合成用水性反応混合物に浸漬し、その後、オートクレーブを密閉し、５時間かけて室温から１８０℃まで昇温した。昇温完了後、１８０℃で２４時間、静置状態で、自生圧力下で加熱した。その後、放冷し、ゼオライト膜複合体を水性反応混合物から取り出し、洗浄後、１００℃で４時間乾燥させた。
【００４６】
乾燥後の支持体をオートクレーブに入れた脱塩水に浸漬し、次いで、オートクレーブを密閉し、１２０℃まで昇温した。昇温完了後、１２０℃で２０時間、静置状態で、自生圧力下で加熱した。その後、放冷し、管状分離膜（多孔質支持体−ゼオライト膜複合体）を取り出した。
【００４７】
＜分離性能試験＞
この管状分離膜を使用して、パーベーパレーション法により１３０℃の水／エタノール水溶液（１５／８５重量％）から水を選択的に透過させる分離を行った。
【００４８】
トラップに捕集した透過液、被分離液の組成分析はガスクロマトグラフによって行った。被分離液の組成が水／エタノール＝１５／８５重量％である点の透過液中水濃度と透過流束（全透過流束、Ｑｗ：水の透過流束、Ｑａ：エタノールの透過流束）を求めた。
【００４９】
全透過流束は１０．８ｋｇ／ｍ２ｈ、Ｑｗは９．５ｋｇ／ｍ２ｈ、Ｑａは１．３ｋｇ／ｍ２ｈ、透過液中水濃度は８７．７ｗｔ％であった。
【００５０】
＜アルカリ耐久性試験＞
その後、水／エタノール＝５０／５０重量％にＮａＨＣＯ３とＮａ２ＣＯ３を加えてｐＨ＝１２として、アルカリ性含水有機化合物を作製した。
【００５１】
上記分離性能試験後の管状分離膜の一端にＵ字型配管を接続し、他端にはエンドピースを接続した。エンドピースが上になるようにオートクレーブ内に設置した。上記アルカリ性含水有機化合物をオートクレーブに入れた。Ｕ字配管の膜接続部でない側は、液面より上になるようにし、膜内部へ液浸入がないようにした。
【００５２】
オートクレーブを１３０℃に加熱し、２日間浸漬した。
【００５３】
その後、管状分離膜を取り出し、水で洗浄後、再び、パーベーパレーション法により１３０℃の水／エタノール水溶液（１５／８５重量％）から水を選択的に透過させる分離を行い、透過液中水濃度と透過流束（全透過流束、Ｑｗ：水の透過流束、Ｑａ：エタノールの透過流束）を求めた。
【００５４】
全透過流束は１３．１ｋｇ／ｍ２ｈ、Ｑｗは１２．３ｋｇ／ｍ２ｈ、Ｑａは０．８ｋｇ／ｍ２ｈ、透過液中水濃度は９３．５ｗｔ％であった。
【００５５】
結果を表１に示す。
【００５６】
［実施例１］
種結晶付着多孔質支持体を手でラビングする操作に代えて、図１〜３に示す装置を使用してラビングしたこと以外は、参考例１と同様にして管状分離膜を作製し、評価を行い、透過液中水濃度と透過流束（全透過流束、Ｑｗ：水の透過流束、Ｑａ：エタノールの透過流束）を求めた。結果を表１に示す。
【００５７】
耐久試験前の全透過流束は１０．４ｋｇ／ｍ２ｈ、Ｑｗは９．６ｋｇ／ｍ２ｈ、Ｑａは０．８ｋｇ／ｍ２ｈ、透過液中水濃度は９２．５ｗｔ％であった。耐久試験後の全透過流束は１２．０ｋｇ／ｍ２ｈ、Ｑｗは１１．５ｋｇ／ｍ２ｈ、Ｑａは０．５ｋｇ／ｍ２ｈ、透過液中水濃度は９５．５ｗｔ％であった。
【００５８】
この結果、本発明の装置を用いてラビングを行うことで、手でラビングを行ったときと同様に分離性能に優れた管状分離膜が得られることが認められた。また、装置の使用により、多孔質支持体ごとのばらつきを減らすことができ、また作業効率も向上し、生産性を高めることが可能となった。
【００５９】
【表１】
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【符号の説明】
【００６０】
１  多孔質支持体外周面の処理装置
２  マシンベース
３  駆動側スピンドル
４  従動側スピンドル
８  弾性材
１０  スライドベース
２０  移動装置
２１  ボールねじ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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