(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の細孔が形成されたセラミック多孔質体からなる隔壁を有し、その隔壁によって、セラミック多孔質体を貫通する流体の流路となる複数のセルが形成されたハニカム形状の基材と、
多数の細孔が形成され、その平均細孔径が前記基材の表面に比して小さいセラミック多孔質体からなり、前記基材の表面に配置された中間層と、を備え、
前記中間層の少なくとも一部が骨材粒子同士を無機結合材成分によって結合された構造を有し、
前記中間層の前記無機結合材成分がチタニアであり、
前記セル間の最短部分の基材厚みが０．５１ｍｍ以上１．５５ｍｍ以下であり、基材厚み／中間層厚みが２．５以上１０以下であるハニカム形状セラミック多孔質体。
【請求項２】
１３８℃以上でｐＨ１１以上のアルカリ溶液に、３０時間浸漬しても、前記セル内に圧力を加えて破壊される圧力である内圧破壊強度が低下しない請求項１に記載のハニカム形状セラミック多孔質体。
【請求項３】
前記中間層の中間層厚みは、１５０μｍ以上５００μｍ以下である請求項１または２に記載のハニカム形状セラミック多孔質体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のハニカム形状セラミック多孔質体の前記中間層上に直接、または間接に、混合物を分離する分離層を備えるハニカム形状セラミック分離膜構造体。
【請求項５】
内圧破壊強度が１６ＭＰａ以上である請求項４に記載のハニカム形状セラミック分離膜構造体。
【請求項６】
前記分離層がゼオライトで形成された請求項４または５に記載のハニカム形状セラミック分離膜構造体。
【請求項７】
前記分離層がＤＤＲ型ゼオライトで形成された請求項６に記載のハニカム形状セラミック分離膜構造体。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のハニカム形状セラミック多孔質体の製造方法であって、前記基材に、骨材と無機結合材のチタニアゾルを含む中間層用スラリーを付着させた後、乾燥させ、１２５０℃以上で１２時間以上焼成することにより前記中間層を形成するハニカム形状セラミック多孔質体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐圧性を有するハニカム形状セラミック多孔質体、その製造方法、及び分離層を備えたハニカム形状セラミック分離膜構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多成分の混合物（混合流体）から特定の成分のみを選択的に回収するために、セラミック製のフィルタが用いられている。セラミック製のフィルタは、有機高分子製のフィルタと比較して、機械的強度、耐久性、耐食性等に優れるため、水処理や排ガス処理、あるいは医薬や食品分野等の広範な分野において、液体やガス中の懸濁物質、細菌、粉塵等の除去に、好ましく適用される。【０００３】
このようなセラミック製のフィルタにおいて、分離性能を確保しつつ、透過性能を向上させるには、膜面積（分離膜の面積）を大きくすることが必要であり、そのためには、ハニカム形状を呈することが望ましい。さらにハニカム形状のフィルタ（ハニカム形状セラミック分離膜構造体）は、チューブ型のものに比して、折れ難く、低コスト化が図れる等の優位性がある。ハニカム形状セラミック分離膜構造体とは、多くの場合、外形が円柱形であり、その軸方向に形成された多数の平行な流路（セルという）を内部に有する多孔質の基材を具備する。更に、その多孔質の基材に比して孔径の小さな分離膜（分離層）が、セルを形成する内壁面に形成されている。【０００４】
ハニカム形状セラミック分離膜構造体（精密ろ過膜、限外ろ過膜、浸透気化膜、ガス分離膜、逆浸透膜）は、運転時に高い圧力を印加することで、透過流量を大きくすることが望ましい。特に限外ろ過、ガス分離、逆浸透膜においては、分離膜の透過係数が小さい為、高い運転圧力をかけて分離精製を行うことが必要となる。特許文献１には耐食性の高いゼオライト用の基材が開示されている。特許文献２には０．５〜３０μｍのゼオライト膜厚を有する耐圧性のゼオライト分離膜が報告されている。また、特許文献３には、透過流量を向上させたクロスフローの濾過装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２００７４号公報
【特許文献２】特許第３１２８５１７号公報
【特許文献３】特公平６−０１６８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、分離層としてゼオライト膜を採用する場合に、従来のハニカム形状のセラミック製の基材では、ゼオライト膜を成膜する際の高温アルカリ条件にて基材の強度が低下するという問題点があった。特許文献１は、アルミナ質基体の成分等が厳格に規定されている。また、焼成温度が高く高コストである。一方、特許文献２，３にも強度低下や形状の影響については、何ら記載がない。【０００７】
本発明の課題は、分離層の形成後に強度の低下が従来よりも少ないハニカム形状セラミック多孔質体、その製造方法、及びハニカム形状セラミック分離膜構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、中間層の無機結合材をチタニアとすることにより、分離層としてゼオライト膜を形成する時に強度の低下が従来よりも小さくなることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下のハニカム形状セラミック多孔質体、その製造方法、及びハニカム形状セラミック分離膜構造体が提供される。【０００９】
［１］  多数の細孔が形成されたセラミック多孔質体からなる隔壁を有し、その隔壁によって、セラミック多孔質体を貫通する流体の流路となる複数のセルが形成されたハニカム形状の基材と、多数の細孔が形成され、その平均細孔径が前記基材の表面に比して小さいセラミック多孔質体からなり、前記基材の表面に配置された中間層と、を備え、前記中間層の少なくとも一部が骨材粒子同士を無機結合材成分によって結合された構造を有し、前記中間層の前記無機結合材成分がチタニアであり、前記セル間の最短部分の基材厚みが０．５１ｍｍ以上１．５５ｍｍ以下であり、基材厚み／中間層厚みが２．５以上１０以下であるハニカム形状セラミック多孔質体。
【００１０】
［２］  １３８℃以上でｐＨ１１以上のアルカリ溶液に、３０時間浸漬しても、前記セル内に圧力を加えて破壊される圧力である内圧破壊強度が低下しない前記［１］に記載のハニカム形状セラミック多孔質体。
［３］  前記中間層の中間層厚みは、１５０μｍ以上５００μｍ以下である前記［１］または［２］に記載のハニカム形状セラミック多孔質体。
【００１１】
［４］  前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム形状セラミック多孔質体の前記中間層上に直接、または間接に、混合物を分離する分離層を備えるハニカム形状セラミック分離膜構造体。
【００１２】
［５］  内圧破壊強度が１６ＭＰａ以上である前記［４」に記載のハニカム形状セラミック分離膜構造体。
【００１３】
［６］  前記分離層がゼオライトで形成された前記［４］または［５］に記載のハニカム形状セラミック分離膜構造体。
【００１４】
［７］  前記分離層がＤＤＲ型ゼオライトで形成された前記［６］に記載のハニカム形状セラミック分離膜構造体。
【００１５】
［８］  前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム形状セラミック多孔質体の製造方法であって、前記基材に、骨材と無機結合材のチタニアゾルを含む中間層用スラリーを付着させた後、乾燥させ、１２５０℃以上で１２時間以上焼成することにより前記中間層を形成するハニカム形状セラミック多孔質体の製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のハニカム形状セラミック多孔質体は、分離層としてのゼオライト膜の形成によって強度が低下しにくい。本発明のハニカム形状セラミック分離膜構造体は、従来よりも高強度である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るハニカム形状セラミック多孔質体を含むハニカム形状セラミック分離膜構造体の一実施形態を示す図であり、一部を切り出した斜視図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ’断面の分離セル近傍を拡大して表した部分拡大断面図である。
【図３】ハニカム形状セラミック多孔質体の端面を示す模式図である。
【図４Ａ】基材上の層構造の実施形態１を示す図である。
【図４Ｂ】基材上の層構造の実施形態２を示す図である。
【図４Ｃ】基材上の層構造の実施形態３を示す図である。
【図４Ｄ】基材上の層構造の実施形態４を示す図である。
【図５Ａ】ハニカム形状セラミック分離膜構造体をハウジングに装着した実施形態を示し、ハニカム形状セラミック分離膜構造体のセルの延びる方向に平行な断面を示す模式図である。
【図５Ｂ】ハニカム形状セラミック分離膜構造体をハウジングに装着した他の実施形態を示し、ハニカム形状セラミック分離膜構造体のセルの延びる方向に平行な断面を示す模式図である。
【図６】粒子付着工程において、種付けスラリーを流し込む状態を示す模式図である。
【図７】水熱合成により、ハニカム形状セラミック多孔質体上にゼオライト膜を形成する膜形成工程の一実施形態を示す模式図である。
【図８】本発明に係るハニカム形状セラミック分離膜構造体の他の実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１９】
１．分離膜構造体
図１に、本発明に係るハニカム形状セラミック多孔質体９を含むハニカム形状セラミック分離膜構造体１の一の実施形態を示す。また、図２に、図１におけるＡ−Ａ’断面の分離セル近傍を拡大して表した部分拡大断面図を示す。ハニカム形状セラミック分離膜構造体１（以下、単に分離膜構造体ともいう）は、ハニカム形状の基材３０と、中間層３１と、分離層３３とを備える（本明細書では、基材３０と中間層３１とを、ハニカム形状セラミック多孔質体９という。）。また、本発明の分離膜構造体１は、多孔質体９の中間層３１上に、アルミナによって形成されたアルミナ表面層３２を備えることが好ましい。なお、アルミナ表面層３２を備える場合は、アルミナ表面層３２もハニカム形状セラミック多孔質体９に含むものとする。
【００２０】
分離膜構造体１は、多数の細孔が形成されたハニカム形状セラミック多孔質体９（以下、単に多孔質体９ともいう）からなる隔壁３を有し、その隔壁３によって、流体の流路となるセル４が形成されている。中間層３１は、多数の細孔が形成され、その平均細孔径が基材３０の表面に比して小さく基材３０の表面に配置されている。多孔質体９の中間層の少なくとも一部は、骨材粒子同士を無機結合材成分によって結合した構造を有する。そして、無機結合材成分は、チタニアである。言い換えると、基材３０に接している中間層３１（中間層３１が複数層である場合は、少なくとも基材３０に接している層）は、チタニアの無機結合材により骨材粒子が結合されている。基材３０の形状は、ハニカム状であるため、単位体積当たりの膜面積を大きくすることができ、処理能力を高くすることができる。
【００２１】
多孔質体９は、１３８℃以上でｐＨ１１以上のアルカリ溶液に、３０時間浸漬しても強度が低下しないことが好ましい。具体的には、多孔質体９は、分離層３３の形成後に強度が低下しないことが好ましく、水熱合成によって、分離層３３としてのゼオライト膜を多孔質体９の表面上に形成した後に、強度が低下しないものであることが好ましい。ゼオライト膜の水熱合成では、多孔質体９をアルカリ性の溶液に浸漬して行うため、従来は、多孔質体の強度が大きく低下していた。
【００２２】
本発明の分離膜構造体１は、多孔質体９の中間層３１上に直接または間接に、混合物を分離する分離層３３を備える（「間接に」とは、アルミナ表面層３２を備える場合は、アルミナ表面層３２上に分離層３３が形成されるため、中間層３１に直接接していないという意味である。）。分離層３３は、ゼオライトで形成されていることが好ましい。さらに、ゼオライトとしては、ＤＤＲ型ゼオライトを挙げることができる。
【００２３】
分離膜構造体１は、内圧破壊強度が１６ＭＰａ以上であることが好ましい。内圧破壊強度とは、セル４ａ内に圧力を加え、分離膜構造体１が破壊される圧力であり、内圧破壊強度が大きいため、運転時に高い圧力を印加して、透過流量を大きくすることができる。
【００２４】
基材３０と中間層３１と（アルミナ表面層３２と）を含む多孔質体９は、その外形は円柱形であり、外周面６を有している。そして、一方の端面２ａから他方の端面２ｂまで貫通し列をなして形成された複数の分離セル４ａと、一方の端面２ａから他方の端面２ｂまで列をなして形成された複数の集水セル４ｂを備える。分離膜構造体１は、分離セル４ａと集水セル４ｂの断面形状は円形である。そして、分離セル４ａの両端面２ａ，２ｂの開口は開放されているが（開口のままであるが）、集水セル４ｂは、その両端面２ａ，２ｂの開口が目封止部材で目封止されて目封止部８が形成され、集水セル４ｂが外部空間と連通するように、排出流路７が設けられている。また、断面形状が円形である分離セル４ａの内壁面の中間層３１表面に（アルミナ表面層３２を備える場合は、アルミナ表面層３２上に）、分離層３３が配設されている。少なくとも基材３０の端面２ａ，２ｂを被覆するようにガラスシール３５が配置されていることが好ましい。分離膜構造体１は、混合物を分離するセラミックフィルタである。以下、さらに詳しく説明する。
【００２５】
（基材）
基材３０は、平均細孔径が５〜２５μｍであることが好ましい。より好ましくは、５μｍ〜２０μｍ、さらに好ましくは、６μｍ〜２０μｍである。基材３０の平均細孔径が５μｍ以上であると、分離層３３で分離した透過分離成分の基材３０での透過速度が速く、単位時間あたりの透過流量を十分なものとすることができる。一方、２５μｍ以下とすると、その上の膜を均一に成膜しやすい。
【００２６】
また、基材３０は、気孔率は、２５〜５０％であることが好ましい。平均細孔径及び気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。
【００２７】
基材３０の材質は、セラミックである。好ましくは、骨材粒子が、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、チタニア（ＴｉＯ２）、ムライト（Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）、セルベン及びコージェライト（Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８）等である。これらの中でも、粒径が制御された原料（骨材粒子）を入手し易く、安定な坏土を形成でき、かつ、耐食性が高いアルミナが更に好ましい。無機結合材は、易焼結性アルミナ、シリカ、ガラスフリット、粘土鉱物、及び易焼結性コージェライトからなる群より選択されるいずれかであることが好ましい。無機結合材は、骨材粒子を結合させるための結合材であり、骨材成分が焼結しない温度で、焼結固化する無機成分のことである。骨材成分としてアルミナを選択する場合、易焼結性アルミナとは、平均粒径が骨材に対して１／１０以下のものである。骨材成分としてコージェライトを選択する場合、易焼結性コージェライトとは、平均粒径が骨材に対して１／１０以下のものである。なお、平均粒径は、基材３０あるいは中間層３１等を問わず、“レーザー回折法”により測定した値である。また粘土鉱物としては、カオリン、ドロマイト、モンモリロナイト、長石、カルサイト、タルク、マイカ等が挙げられる。
【００２８】
基材３０の全体的な形状やサイズについては、その分離機能を阻害しない限りにおいて特に制限はない。全体的な形状としては、例えば、円柱（円筒）状、四角柱状（中心軸に直交する断面が四角形の筒状）、三角柱状（中心軸に直交する断面が三角形の筒状）等の形状が挙げられる。中でも、押出成形がし易く、焼成変形が少なく、ハウジングとのシールが容易な円柱状が好ましい。精密濾過や限外濾過に用いる場合には、中心軸に直交する断面における直径が３０〜２２０ｍｍ、中心軸方向における長さが１５０〜２０００ｍｍの円柱状とすることが好ましい。
【００２９】
基材３０のセル４の断面形状（セル４の延びる方向に直交する断面における形状）としては、例えば、円形、多角形等を挙げることができ、多角形としては四角形、五角形、六角形、三角形等を挙げることができる。尚、セル４の延びる方向は、基材３０が円柱（円筒）状の場合には、中心軸方向と同じである。
【００３０】
基材３０のセル４の断面形状が円形の場合、セル４の直径（セル径４２：図３参照）は、１〜５ｍｍであることが好ましい。１ｍｍ以上とすることにより、膜面積を十分に確保することができる。５ｍｍ以下とすることにより、セラミックフィルタの強度を十分なものとすることができる。
【００３１】
基材３０は、セル４間の最短部分の、中間層３１、アルミナ表面層３２、及び分離層３３を含まない基材厚み４０が０．５１ｍｍ以上１．５５ｍｍ以下であることが好ましい。基材厚み４０とは、図３に示すように、基材３０を押し出し成形したときの厚みであり、中間層３１、アルミナ表面層３２、及び分離層３３を含まない部分の厚みである。基材厚み４０は、より好ましくは、０．５１ｍｍ以上１．２ｍｍ以下、さらに好ましくは、０．６５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。基材厚み４０が０．５１ｍｍ以上であることにより、十分な内圧破壊強度が得られる。ただし、基材厚み４０が大きすぎると、一定体積中に配置できるセル数が減るために、膜面積が小さくなる。これにより、透過流量が低下するため、１．５５ｍｍ以下であることが好ましい。なお、基材厚み４０は、セル４が円形の場合は、図３に示す距離であるが、セルが他の形状の場合は、セル４間の最短距離である。
【００３２】
（中間層）
本発明の多孔質体９は、ハニカム形状の基材３０と、中間層３１と、（アルミナ表面層３２と）を備えたハニカム形状セラミック製の多孔質体である。中間層３１の骨材粒子は、アルミナ、チタニア、ムライト、セルベン、及びコージェライトからなる群より選択されるいずれかであることが好ましい。また、中間層３１の無機結合材は、チタニアである。無機結合材は、骨材成分が焼結しない温度で、焼結固化する無機成分のことである。なお、平均粒径は、基材３０あるいは中間層３１等を問わず、“レーザー回折法”により測定した値である。また粘土鉱物としては、カオリン、ドロマイト、モンモリロナイト、長石、カルサイト、タルク、マイカ等が挙げられる。
【００３３】
基材３０上に、分離層（分離膜）以外に複数の層が形成されている場合には、少なくとも基材３０に接している層が、チタニアの無機結合材によって骨材粒子が結合されている。図４Ａ〜図４Ｄに、基材３０上の層構造の実施形態を示す。図４Ａは、基材３０上に中間層３１が形成されている実施形態である。図４Ｂは、基材３０上に、中間層３１とアルミナ表面層３２が形成されている実施形態である（図２と同じ）。図４Ｃ、及び図４Ｄは、基材３０上に中間層３１が複数層形成されている実施形態である。図４Ａ〜図４Ｄでは、少なくとも基材３０に接している中間層３１の骨材粒子が、チタニアで結合されている。このように、基材３０に接している中間層３１の骨材粒子が、チタニアで結合されていると、アルカリ溶液に曝された場合でも、強度が低下しない。
【００３４】
中間層３１（焼成後）に含まれるチタニアは、５〜４０質量％が好ましく、１５〜２５質量％がより好ましい。５質量％以上であると、結合材の量として十分である。４０質量％以下であると、結合材として寄与しない無駄なチタニアがなく製造コストを抑えることができる。なお、無機固形分中の無機結合材成分割合（質量％）＝（無機結合材）／（骨材粒子＋無機結合材）×１００である。無機固形成分割合、チタニアの含有割合は、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析）で測定した値とする。
【００３５】
中間層３１が複数の層で構成される場合、または中間層３１とアルミナ表面層３２が配置される場合には、基材３０側から分離層３３側に向かって、順次平均細孔径が小さくなるように各中間層３１（およびアルミナ表面層３２）を配置することが好ましい。具体的には、１μｍオーダーの平均細孔径である中間層３１と、０．１μｍオーダーの平均細孔径であるアルミナ表面層３２で構成されることが好ましい。中間層３１の平均細孔径は、ＡＳＴＭ  Ｆ３１６に記載のエアフロー法により測定された値とする。
【００３６】
中間層３１の厚み（中間層厚み４１）は、１５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。中間層厚み４１は、中間層３１が複数の層で構成されている場合は、すべての層の合計の厚みである。より好ましくは、１６０μｍ以上４００μｍ以下、さらに好ましくは、２００μｍ以上３００μｍ以下である。
【００３７】
中間層厚み４１が厚すぎると、その分セル径４２が小さくなり、最表層の分離層の膜面積が減少するため膜処理能力が下がる。中間層厚み４１が薄すぎると水熱合成前の元々の多孔質体９の強度が低くなる。
【００３８】
また、セル間の最短部分の、中間層３１及び前記分離層３３を含まない基材厚みが０．５１ｍｍ以上１．５５ｍｍ以下であり、基材厚み／中間層厚みが２．５以上１０以下であることが好ましい（図３参照）。中間層厚み４１と基材厚み４０が上記範囲で、さらに基材厚み／中間層厚みが上記範囲であると、分離層３３の成膜時における多孔質体９の強度低下を小さくすることができる。
【００３９】
（アルミナ表面層）
アルミナ表面層３２は、中間層３１上の、多孔質体９の最表面に、アルミナを主成分として形成される層である。ここで主成分とは、アルミナ表面層３２の５０質量％以上がアルミナであることを意味する。アルミナを主成分とすることにより、強度を向上させることができる。成分の比率については、ＥＤＳにより測定した元素比率を酸化物換算した質量比で評価する。多孔質体９は、アルミナ表面層３２を備えることが好ましく、アルミナ表面層３２を備えることにより、アルミナ表面層３２上に形成される分離層３３の強度を向上させることができる。なお、基材３０上に一層のみアルミナで形成された層がある場合は、アルミナ表面層３２ではなく、中間層３１と考える。
【００４０】
アルミナ表面層３２は、粒径が０．４〜３μｍのアルミナ粒子によって形成されていることが好ましく、０．４〜１．０μｍのアルミナ粒子によって形成されていることがより好ましい。０．４μｍ以上の粒径のアルミナ粒子を用いることにより、分離性能保持強度を大きくすることができる。３μｍ以下の粒径のアルミナ粒子を用いることにより、アルミナ表面層３２上に形成する分離層３３の成膜性を向上させることができる。なお、アルミナ粒子の粒径は、光学散乱粒度測定で測定された値とする。
【００４１】
アルミナ表面層３２の厚みは、５〜８０μｍが好ましく、より好ましくは１０〜４０μｍである。アルミナ表面層３２に用いるアルミナの純度は、９０％以上が好ましい。
【００４２】
アルミナ表面層３２は、マグネシウム系化合物を含むことが好ましい。マグネシウム系化合物中のＭｇは、アルミナ表面層３２のアルミナに対して、３０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは、１〜２５質量％、最も好ましくは、２〜１０質量％である。アルミナ表面層３２がマグネシウム系化合物を含むことにより、同じ温度で焼結させた場合、焼結性が向上し、マグネシウム系化合物が入っていないものよりも分離性能保持強度が向上する。また、Ｍｇが３０質量％以下であることにより、中間層３１との熱膨張差を少なくし、アルミナ表面層３２のクラック発生を防止することができる。
【００４３】
（分離層）
分離層３３（分離膜）は、複数の細孔が形成され、その平均細孔径が多孔質体９（基材３０、中間層３１、アルミナ表面層３２）に比して小さく、セル４内の壁面（隔壁３の表面）に配置されたものである。分離層３３によって混合物を分離することができる。このように分離層３３を備えた構造のセラミックフィルタは、専ら分離層３３によって分離機能が発揮されるため、多孔質体９の平均細孔径を大きく構成することができる。従って、分離層３３を透過して、セル４内から多孔質体９内に移動した流体が、多孔質体９内部を透過する際の流動抵抗を低減させることができ、流体透過性を向上させることが可能となる。
【００４４】
分離層３３の平均細孔径は、要求される濾過性能または分離性能（除去すべき物質の粒径）により、適宜決定することができる。例えば、精密濾過や限外濾過に用いるセラミックフィルタの場合であれば、０．０１〜１．０μｍが好ましい。この場合、分離層３３の平均細孔径は、ＡＳＴＭ  Ｆ３１６に記載のエアフロー法により測定した値である。
【００４５】
分離層３３としては、ガス分離膜および逆浸透膜を採用することができる。ガス分離膜としては特に限定されるものではなく、公知の一酸化炭素分離膜、ヘリウム分離膜、水素分離膜、炭素膜、ゼオライト膜、シリカ膜、チタニアＵＦ膜等、分離する気体の種類に応じて適宣選択すればよい。
【００４６】
分離層３３が、ゼオライト膜である場合には、ゼオライトとしては、ＬＴＡ、ＭＦＩ、ＭＯＲ、ＦＥＲ、ＦＡＵ、ＤＤＲといった結晶構造のゼオライト等を利用することができる。分離層３３がＤＤＲ型ゼオライトである場合には、特に、二酸化炭素を選択的に分離するために用いられるガス分離膜として利用することができる。
【００４７】
（目封止部）
目封止部材は、骨材粒子、無機結合材、バインダ、増粘剤及び保水剤を含むものが好ましい。この目封止部材は、多孔質体９と同じ材料で形成することができる。目封止部８の気孔率は２５〜５０％であることが好ましい。目封止部８の気孔率が５０％超であると、中間層３１を形成するために用いられる中間層用スラリーに含まれる固形分が目封止部８を通過してしまう場合がある。一方、目封止部８の気孔率が２０％未満であると、中間層３１を成膜するために用いられる中間層用スラリーに含まれる水分の排出が困難になる場合がある。
【００４８】
（ガラスシール）
本発明に係る分離膜構造体１においては、透過分離成分を含む混合流体が分離膜構造体１の端面２の多孔質体部分から直接流入し、所定の分離セル４ａの内壁面に形成された分離層３３で分離されることなく流出することを防止するために、分離膜構造体１の混合流体を流入する端面２側の多孔質体９を覆うようにガラスシール３５を更に備えることが好ましい。
【００４９】
（分離膜構造体）
分離膜構造体１は、セル４ａ内に圧力を加えたときに破壊される内圧破壊強度が１６ＭＰａ以上である。内圧破壊強度とは、セル４ａ内に圧力を加え、分離膜構造体１が破壊される圧力である。従来は、１６ＭＰａ以上の内圧破壊強度を有するハニカム形状セラミック分離膜構造体がなかった。本発明の分離膜構造体１は、基材厚み４０と中間層厚み４１（図３参照）の比である基材厚み／中間層厚みを所定の範囲内とすること等により、従来よりも高い内圧破壊強度を有する。
【００５０】
２．分離方法
次に、本実施形態の分離膜構造体１を用いて複数種類が混合した流体から一部の成分を分離する方法について説明する。図５Ａに示すように、本実施形態のハニカム形状の分離膜構造体１を用いて流体を分離する際には、分離膜構造体１を、流体入口５２及び流体出口５３を有する筒状のハウジング５１内に収納し、ハウジング５１の流体入口５２から流入させた被処理流体Ｆ１を分離膜構造体１で分離し、分離された被処理流体（処理済流体Ｆ２）を流体出口５３から排出することが好ましい。
【００５１】
分離膜構造体１をハウジング５１に収納する際には、図５Ａに示すように、分離膜構造体１の両端部において、分離膜構造体１とハウジング５１との隙間を、シール材５４，５４で塞ぐことが好ましい。
【００５２】
流体入口５２からハウジング５１内に流入した被処理流体Ｆ１の全てが分離膜構造体１のセル４内に流入し、セル４内に流入した被処理流体Ｆ１は、分離層３３を透過して処理済流体Ｆ２となって基材３０内に浸入する。そして、基材３０の外周面６から基材３０外に流出して、流体出口５３から外部（外部空間）に排出される。シール材５４，５４によって、被処理流体Ｆ１と処理済流体Ｆ２とが混ざることを防止することができる。
【００５３】
ハウジング５１の材質としては、特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼等が挙げられる。また、シール材５４としては、特に限定されないが、例えば、Ｏ−リング等が挙げられる。また、シール材５４の材質としては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エチレン・プロピレンゴムを挙げることができる。これらの材質は、高温で長時間使用するのにも適している。
【００５４】
図５Ｂに、分離膜構造体１をハウジング５１に装着した他の実施形態を示す。図５Ｂに示すように、分離膜構造体１を、流体入口５２及び流体出口５３，５８を有する筒状のハウジング５１内に収納する。この実施形態では、ハウジング５１の流体入口５２から流入させた被処理流体Ｆ１を分離膜構造体１で分離し、分離された被処理流体（処理済流体Ｆ２）を流体出口５３から排出、残り（流体Ｆ３）を流体出口５８から排出することができる。流体出口５８から流体Ｆ３を排出することができるため、被処理流体Ｆ１の流速を大きく運転することができ、処理済流体Ｆ２の透過流速を大きくすることができる。一般的に、フィルタは膜表面にカットした成分の堆積層が形成されるため、処理済流体Ｆ２の透過量が低下する。またガス分離でも膜を透過しない成分の濃度が濃くなる濃度分極によって、処理済流体Ｆ２の透過量が低下する。しかし、被処理流体Ｆ１の流速が大きいと、カットした成分が流体出口５８へ流れるため、堆積層形成や濃度分極が緩和し、目詰まりしにくい。
【００５５】
３．製造方法
（基材）
次に、本発明に係る分離膜構造体１の製造方法について説明する。最初に、多孔質体９の原料を成形する。例えば、真空押出成形機を用い、押出成形する。これにより分離セル４ａと集水セル４ｂを有するハニカム形状の未焼成の基材３０を得る。他にプレス成形、鋳込み成形などがあり、適宜選択できる。
【００５６】
そして、得られた未焼成の基材３０に、その外周面６の一の部位から集水セル４ｂを貫通して他の部位まで連通する排出流路７を形成する。
【００５７】
次いで、得られた排出流路７付の未焼成の基材３０の集水セル４ｂの両端面２ａ，２ｂから、排出流路７に達するまでの空間内に、スラリー状態の目封止部材を充填する。
【００５８】
（中間層）
そして、基材３０の分離セル４ａの内壁面に、分離層３３の下地となる中間層３１を形成する。中間層３１を形成する（成膜する）ためには、先ず中間層用スラリーを調製する。中間層用スラリーは、基材３０と同材質の、所望の粒径の（例えば、平均粒径３．２μｍの）、アルミナ、ムライト、チタニア、コージェライト等のセラミックス原料１００質量部に、４００質量部の水を加えて調製することができる。
【００５９】
また、この中間層スラリーには、焼結後の膜強度を上げるために無機結合材を添加する。無機結合材として、チタニアを用いる。焼成前のチタニアの粒径は０．１〜１μｍが好ましく、より好ましくは０．２〜０．５μｍである。０．１μｍ以上であると、成膜時に中間層に十分残り、１μｍ以下であると結合材として機能しやすい。なお、粒径は、光学散乱粒度測定の値である。このような骨材と無機結合材のチタニアゾルを含む中間層用スラリーを（例えば特開昭６１−２３８３１５号公報において開示されている装置を用いて）、分離セル４ａの内壁面に付着させた後、乾燥させ、１２５０℃以上で１２時間以上焼成させることで中間層３１を形成する。焼成温度は、１５００℃以下であることが好ましい。焼成温度が、１２５０〜１５００℃であると、十分に焼結させることが可能であり、さらに焼結が進みすぎて細孔が閉塞することを防止することができる。
【００６０】
中間層３１は、平均粒径を変えた複数の種類のスラリーを用いて複数層に分けて成膜することもできる。第１の中間層の上に第２の中間層を配設することによって、多孔質体９の表面の凹凸の影響を減少させることができる。その結果、分離層３３を薄膜としても、分離膜構造体１としての欠陥を少なくすることが可能である。即ち、高フラックス、低コスト、高分離能を有する分離層３３が配設された分離膜構造体１を得ることができる。
【００６１】
（アルミナ表面層）
次に中間層３１の上に、アルミナ表面層３２を形成する。アルミナ表面層３２を形成する（成膜する）ためには、先ずアルミナ表面層用スラリーを調製する。アルミナ表面層用スラリーは、アルミナ微粒子を水などの分散溶媒中に分散し、必要に応じ、焼結助剤、有機バインダ、ｐＨ調整剤、界面活性剤等を添加することにより調製することができる。そして膜形成工程において、このアルミナ表面層用スラリーを自重により多孔質体９の表面上で流下させることでアルミナ表面層３２を形成することができる。あるいは、セル４内にアルミナ表面層用スラリーを流通させ、ポンプ等で多孔質体９の外側から吸引することでアルミナ表面層３２を形成することができる。次に、このアルミナ表面層３２を乾燥機にて乾燥させる。あるいは、通風乾燥を行なう。特にマグネシウム系化合物を添加したアルミナ表面層用スラリーを用いた場合、通風乾燥工程を含むことが好ましい。アルミナ表面層用スラリーの付着した多孔質体９の表面に通風することにより、多孔質体９の表面の乾燥速度が上がり、液体が蒸発するときの液体の動きと共にマグネシウムイオンが移動し表面に集まりやすくすることができる。次に、アルミナ表面層３２を焼成する。アルミナ表面層３２は、１１５０〜１４５０℃で焼成して形成することが好ましい。１１５０℃以上で焼成することにより、アルミナを焼結させて強度を十分なものとすることができる。また、１４５０℃以下とすることにより、アルミナの細孔を閉塞させずにガス透過量を十分なものとすることができる。アルミナ表面層３２がＭｇ成分を含むようにするときには、例えば、ＭｇＣｌ２、ＭｇＣＯ３、Ｍｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ＭｇＳＯ４、Ｍｇ（ＮＯ３）２、Ｍｇ（ＯＨ）２などを添加することができる。
【００６２】
（分離層）
次に中間層３１の上に（アルミナ表面層３２を形成した場合は、アルミナ表面層３２上に）、分離層３３を形成する。分離層３３としてゼオライト膜を配設する場合について説明する。ゼオライト膜の製造方法は、種となるゼオライト粒子を分散させたスラリーを自重により多孔質体９の表面上を流下させることでゼオライト粒子を多孔質体９に付着させる粒子付着工程と、ゼオライト粒子を付着させた多孔質体９をゾル中に浸漬して水熱合成し、多孔質体９上にゼオライト膜を形成する膜形成工程と、を含む。粒子付着工程における流下とは、スラリーを多孔質体９上にて自重によって自由落下させることにより、スラリーが多孔質体９の表面上を流れることをいう。流下法では、例えば、円筒状に穴の開いた多孔質体９のその穴の中にスラリーを流し込むことにより、面に対して平行に多量の液を流す。このようにすると、流下されたスラリーは自重によって多孔質体９の表面を流れる。このため多孔質体９の中への染込みが少ない。一方、従来知られている滴下法は、例えば、平板の上から垂直に少量のスラリーを滴下する方法であり、滴下されたスラリーは自重によって平板の中へ染込む。このため膜厚が厚くなる。
【００６３】
［１］種付け用スラリー液の作製・種付け（粒子付着工程）
ＤＤＲ型ゼオライト結晶粉末を製造し、これをそのまま、または必要に応じて粉砕して種結晶として使用する。ＤＤＲ型ゼオライト粉末（これが種結晶となる）を溶媒に分散させ、スラリー６４（種付け用スラリー液）とする。種付け用スラリー液は、これに含まれる固形分濃度が１質量％以下になるように溶媒で希釈することが好ましい。希釈用の溶媒には水またはエタノール、もしくはエタノール水溶液が好ましい。希釈に使用する溶媒には、水やエタノール以外にも、アセトン、ＩＰＡ等の有機溶剤、または有機溶剤水溶液を使用することもできる。揮発性の高い有機溶剤を使用することで、乾燥時間を短縮することができ、同時に種付け用のスラリー６４の染込み量も少なくすることができるため、より薄いゼオライト膜を形成することが可能になる。スラリー液にＤＤＲ型ゼオライト粉末を分散させる方法としては、一般的な攪拌方法を採用すればよいが、超音波処理等の方法を採用してもよい。
【００６４】
図６に、流下法による種付け（粒子付着工程）の一実施形態を示す。広口ロート６２の下端に多孔質体９を固着し、コック６３を開けることにより多孔質体９上部から種付けスラリー６４を流し込み、セル４内を通過させて粒子付着工程を行うことができる。
【００６５】
種付け（粒子付着工程）のスラリー６４中の固形分濃度は、０．００００１〜１質量％の範囲であることが好ましく、０．０００１〜０．５質量％の範囲であることがより好ましく、０．０００５〜０．２質量％の範囲であることが更に好ましい。濃度範囲の下限値よりも濃度が薄い場合は工程数が増えて高コストの原因となる。また、１質量％を超えると、多孔質体９の表面に厚いゼオライト粒子層が形成し、厚膜になることから低フラックスとなる。
【００６６】
粒子付着工程におけるスラリー６４には、ゼオライト粒子を分散させる溶媒として、水を使用することができる。また、有機溶剤、有機溶剤水溶液を使用することもできる。さらに、エタノール、エタノール水溶液等を使用することもでき、特に溶媒を揮発性の高いエタノールとする場合には、流下直後に、揮発したエタノールにより多孔質体９の内部が加圧されるため、流下液が多孔質体９の表面へ押し出され、より種付け用スラリーの染込み量を少なくする事ができる。
【００６７】
粒子付着工程において、種となるゼオライト粒子を含むスラリー６４を流下させる工程（図６）を複数回行うことが好ましい。複数回とは、２〜１０回程度である。複数回行うことにより、多孔質体９の表面に、ゼオライト粒子をむらなく全面に付着させることができる。
【００６８】
ゼオライト膜の製造方法は、種となるゼオライト粒子を含むスラリー６４を流下させた後、通風乾燥工程を含むことが好ましい。通風乾燥とは、ゼオライト粒子を含むスラリー６４の付着した多孔質体９の表面に通風することにより、スラリー６４を乾燥させることである。通風乾燥を行うことにより、乾燥速度が上がり、液体が蒸発するときの液体の動きと共にゼオライト粒子が移動し表面に集まりやすくすることができる。
【００６９】
また、通風乾燥は加湿した風で行うことが好ましい。通風乾燥を加湿した風で行うことにより、多孔質体９上に種をより強く固着することができる。多孔質体９上に種を強く固着することにより、その後の水熱合成時におけるゼオライト粒子の脱離を防ぐことができ、より欠陥の少ないゼオライト膜を安定して作製することができる。なお、スラリー６４の流下種付け後、加湿しない風にて通風乾燥を行った多孔質体９を通風乾燥後に水蒸気中に暴露する暴露工程を含むことでも、同様の効果が得られる。
【００７０】
［２］原料溶液（ゾル）の調製
次に、エチレンジアミンに溶解させた１−アダマンタンアミンを含む、所定の組成を有する原料溶液を調製する。
【００７１】
１−アダマンタンアミンは、ＤＤＲ型ゼオライトの合成におけるＳＤＡ（構造規定剤）、即ち、ＤＤＲ型ゼオライトの結晶構造を形成させるための鋳型となる物質であるため、ＤＤＲ型ゼオライトの原料であるＳｉＯ２（シリカ）とのモル比が重要である。１−アダマンタンアミン／ＳｉＯ２モル比は０．００２〜０．５の範囲内であることが必要であり、０．００２〜０．２の範囲内であることが好ましく、０．００２〜０．０３の範囲内であることが更に好ましい。１−アダマンタンアミン／ＳｉＯ２モル比がこの範囲未満であると、ＳＤＡの１−アダマンタンアミンが不足してＤＤＲ型ゼオライトを形成することが困難である。一方、この範囲を超えると高価な１−アダマンタンアミンを必要以上に添加することになり、製造コストの面から好ましくない。
【００７２】
１−アダマンタンアミンは、水熱合成の溶媒である水に対して難溶性であるため、エチレンジアミンに溶解させた後、原料溶液の調製に供する。１−アダマンタンアミンをエチレンジアミンに完全に溶解させ、均一な状態の原料溶液を調製することにより、均一な結晶サイズを有するＤＤＲ型ゼオライトを形成させることが可能となる。エチレンジアミン／１−アダマンタンアミンのモル比は４〜３５の範囲内であることが必要であり、８〜２４の範囲内であることが好ましく、１０〜２０の範囲内であることが更に好ましい。エチレンジアミン／１−アダマンタンアミンモル比がこの範囲未満であると、１−アダマンタンアミンを完全に溶解させるための量としては不充分である一方、この範囲を超えると、エチレンジアミンを必要以上に使用することになり、製造コストの面から好ましくない。
【００７３】
本発明の製造方法においては、シリカ源としてコロイダルシリカを用いる。コロイダルシリカは市販のコロイダルシリカを好適に用いることができるが、微粉末状シリカを水に溶解し、或いは、アルコキシドを加水分解することにより調製することもできる。
【００７４】
原料溶液中に含まれる水とＳｉＯ２（シリカ）とのモル比（水／ＳｉＯ２モル比）は１０〜５００の範囲内であることが必要であり、１４〜２５０の範囲内であることが好ましく、１４〜１１２の範囲内であることが更に好ましい。水／ＳｉＯ２モル比がこの範囲未満であると、原料溶液のＳｉＯ２濃度が高すぎるために、結晶化しない未反応のＳｉＯ２が多量に残存する点において好ましくない一方、この範囲を超えると、原料溶液のＳｉＯ２濃度が低すぎるためにＤＤＲ型ゼオライトを形成することができなくなる点において好ましくない。
【００７５】
本発明の製造方法によれば、オールシリカ型のＤＤＲ型ゼオライトの他、その骨格にアルミニウムと金属カチオンを含むＤＤＲ型ゼオライト（以下、「ローシリカ型のＤＤＲ型ゼオライト」と記す）を製造することもできる。このローシリカ型のＤＤＲ型ゼオライトは、細孔にカチオンを有するために、吸着性能や触媒性能がオールシリカ型のＤＤＲ型ゼオライトとは異なる。ローシリカ型のＤＤＲ型ゼオライトを製造する場合には、溶媒である水とシリカ源であるコロイダルシリカの他、アルミニウム源、カチオン源を添加して原料溶液を調製する。
【００７６】
アルミニウム源としては、硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、金属アルミニウム等を用いることができる。アルミニウムを酸化物として換算した場合におけるＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比は５０〜１０００の範囲内であることが必要であり、７０〜３００の範囲内であることが好ましく、９０〜２００の範囲内であることが更に好ましい。ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比がこの範囲未満であると、ＤＤＲ型ゼオライト以外のアモルファスＳｉＯ２の比率が多くなってしまう点において好ましくない。一方、この範囲を超えると、ＤＤＲ型ゼオライトは製造することができるものの、アルミニウム及びカチオン量が著しく少なくなることに起因して、ローシリカ型のＤＤＲ型ゼオライトとしての特性を発揮することができず、オールシリカ型のゼオライトと何ら違いがなくなってしまう点において好ましくない。
【００７７】
カチオンとしては、アルカリ金属、即ち、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｃｓの何れかのカチオンが挙げられ、カチオン源としては、Ｎａの例で説明すると、水酸化ナトリウム、アルミン酸ナトリウム等を挙げることができる。アルカリ金属を酸化物として換算した場合におけるＸ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３モル比は１〜２５の範囲内であることが必要であり、３〜２０の範囲内であることが好ましく、６〜１５の範囲内であることが更に好ましい。Ｘ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３モル比がこの範囲未満であると、目的とするＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比のＤＤＲ型ゼオライトが得難くなる点において好ましくない一方、この範囲を超えると、生成物にアモルファスＳｉＯ２が混入してしまう点において好ましくない。
【００７８】
以上に原料溶液の調製について説明したが、特に好ましい態様としては、１−アダマンタンアミンをエチレンジアミンに溶解した溶液、溶媒である水、コロイダルシリカ（ローシリカ型のＤＤＲを合成する場合にあっては、更に、アルミニウム源である硫酸アルミニウム、及びカチオン源である水酸化ナトリウム）を所定の比率で混合し、溶解することにより、原料溶液を調製する方法が挙げられる。
【００７９】
［３］膜化（膜形成工程）
原料溶液を入れた容器（例えば、広口瓶）をホモジナイザーにセットし攪拌し、水熱合成に用いるゾル６７とする。次に、図７に示すように、流下法により種付けを行った多孔質体９を耐圧容器６５内に入れ、さらに調合したゾル６７を入れた後、これらを乾燥器６８に入れ、１１０〜２００℃にて１６〜１２０時間、加熱処理（水熱合成）を行うことにより、ゼオライト膜を製造する。
【００８０】
加熱処理の温度（合成温度）は、１１０〜２００℃の範囲内とすることが好ましく、１２０〜１８０℃の範囲内とすることが更に好ましく、１２０〜１７０℃の範囲内とすることが特に好ましい。加熱処理の温度がこの範囲未満であると、ＤＤＲ型ゼオライトを形成することができない点において好ましくない一方、この範囲を超えると、相転移により、目的物ではないＤＯＨ型ゼオライトが形成されてしまう点において好ましくない。
【００８１】
本発明の製造方法における加熱処理の時間（合成時間）は、数時間〜５日間という極めて短時間で足りる。本発明の製造方法においては、ＤＤＲ型ゼオライト粉末を流下法により基材に添加しているため、ＤＤＲ型ゼオライトの結晶化が促進される。
【００８２】
本発明の製造方法においては、加熱処理に際し、原料溶液（ゾル６７）を常時攪拌する必要はない。原料溶液に含ませる１−アダマンタンアミンをエチレンジアミンに溶解させたため、原料溶液が均一な状態に保持されていることによる。なお、従来の方法では、原料溶液を常時撹拌しないと、ＤＤＲとＤＯＨとの混晶が形成されてしまう場合があるが、本発明の製造方法によれば、原料溶液を常時攪拌をしなくとも、ＤＯＨは形成されず、ＤＤＲの単相結晶を形成させることができる。
【００８３】
［４］洗浄・構造規定剤除去
次に、ゼオライト膜が形成された多孔質体９を、水洗または、８０〜１００℃にて煮沸洗浄し、それを取り出して、８０〜１００℃にて乾燥する。そして、多孔質体９を電気炉に入れ、大気中で、４００〜８００℃、１〜２００時間加熱することにより、ゼオライト膜の細孔内の１−アダマンタンアミンを燃焼除去する。以上により、従来よりも欠陥が少なく薄く均一な、膜厚１０μｍ以下のゼオライト膜を形成することができる。
【００８４】
ゼオライト膜の製造方法は、ＬＴＡ、ＭＦＩ、ＭＯＲ、ＦＥＲ、ＦＡＵ、ＤＤＲといった結晶構造のゼオライトについて適用することができる。
【００８５】
なお、分離膜構造体１として、端面２を目封止部材で目封止して目封止部８を形成し、分離セル４ａ、集水セル４ｂ、排出流路７を設ける実施形態を説明したが、図８に示すように、目封止を施さず、ハニカム形状の多孔質体９のすべてのセル４内に分離層３３を設け、集水セル４ｂ、排出流路７を設けないように構成してもよい。
【実施例】
【００８６】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。【００８７】
（基材）
平均粒径５０μｍのアルミナ粒子（骨材粒子）１００質量部に対して無機結合材２０質量部を添加し、更に、水、分散剤、及び増粘剤を加えて混合し混練することにより坏土を調製した。得られた坏土を押出成形し、ハニカム形状の未焼成の基材３０を作成した。【００８８】
無機結合材としては、ＳｉＯ２（８０モル％）、Ａｌ２Ｏ３（１０モル％）、アルカリ土類（８モル％）を含有するガラス原料を、１６００℃で溶融して均一化し、これを冷却した後に平均粒径１μｍとなるように粉砕したものを用いた。【００８９】
未焼成の基材３０に、その外周面６の一の部位から集水セル４ｂを貫通して他の部位まで連通する排出流路７を形成した。【００９０】
次いで、基材３０の両端面２ａ，２ｂから、排出流路７に達するまでの空間内に、スラリー状態の目封止部材を充填した。そして、基材３０を焼成した。焼成条件は１２５０℃、１時間とし、昇温ないし降温の速度はいずれも１００℃／時間とした。基材の平均細孔径は、２０μｍであった。【００９１】
（中間層）
次に、基材３０のセル４内の壁面に、厚さ１５０〜２５０μｍ、平均細孔径０．５μｍの、アルミナ多孔質体からなる中間層３１を以下のようにして形成した。平均細孔径は、ＡＳＴＭ  Ｆ３１６に記載のエアフロー法により測定された値である。【００９２】
まず、平均粒径３１μｍのアルミナ粒子（骨材粒子）に無機結合材を添加し、更に、水、分散剤、及び増粘剤を加えて混合することによりスラリーを調製した。【００９３】
実施例１〜６では、スラリーの調整のための無機結合材として、チタニアの純度が９９．９質量％以上、チタニアの粒径が０．１〜１μｍ、チタニアの割合が固形分（アルミナ骨材＋チタニア結合材）中に１０〜３０質量％の原料を用いた。【００９４】
比較例１では、スラリーの調整のための無機結合材として、ＳｉＯ２（７７モル％）、ＺｒＯ２（１０モル％）、Ｌｉ２Ｏ（３．５モル％）、Ｎａ２Ｏ（４モル％）、Ｋ２Ｏ（４モル％）、ＣａＯ（０．７モル％）及びＭｇＯ（０．８モル％）を含有するガラス原料を、１６００℃で溶融して均一化し、これを冷却した後に平均粒径１μｍとなるように粉砕したものを用いた。
【００９５】
上記のスラリーを、特公昭６３−６６５６６号公報に記載の濾過成膜法により、基材３０の内周面に付着させた。その後、大気雰囲気下、電気炉にて焼成を行い、中間層３１を形成した。焼成条件は、実施例１〜６では、１２５０℃１２時間、比較例１は、１１５０℃１時間とし、昇温ないし降温の速度はいずれも１００℃／時間とした。【００９６】
（アルミナ表面層）
次に、実施例１〜６、及び比較例１の多孔質体９の内周面に、厚さ２０μｍ、平均細孔径０．１μｍの、アルミナ多孔体からなるアルミナ表面層３２を形成した。平均細孔径は、ＡＳＴＭ  Ｆ３１６に記載のエアフロー法により測定された値である。【００９７】
形成された中間層３１に含まれるチタニアの割合をＥＤＳで測定した。チタニアの割合、中間層厚み等を表１に示す。【００９８】
多孔質体９は、外形が円柱形であり、その外径が３０ｍｍ、長さが１６０ｍｍであった。【００９９】
（ガラスシールの形成）
次に、基材３０の両端面２ａ，２ｂに、セル４の開口部を塞がない状態でガラスシール３５を配設した。【０１００】
（ＤＤＲ膜の形成）
以下のようにして、分離層３３（分離膜）としてＤＤＲ膜をアルミナ表面層３２上に形成した（図２参照）。【０１０１】
（１）種結晶の作製
Ｍ．  Ｊ．  ｄｅｎ  Ｅｘｔｅｒ，  Ｊ．  Ｃ．  Ｊａｎｓｅｎ，  Ｈ．  ｖａｎ  Ｂｅｋｋｕｍ，  Ｓｔｕｄｉｅｓ  ｉｎ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｃａｔａｌｙｓｉｓ  ｖｏｌ．８４，  Ｅｄ．  ｂｙ  Ｊ．  Ｗｅｉｔｋａｍｐ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｅｌｓｅｖｉｅｒ（１９９４）１１５９−１１６６、または特開２００４−０８３３７５に記載のＤＤＲ型ゼオライトを製造する方法を基に、ＤＤＲ型ゼオライト結晶粉末を製造し、これをそのまま、または必要に応じて粉砕して種結晶として使用した。合成後または粉砕後の種結晶を水に分散させた後、粗い粒子を除去し、種結晶分散液を作製した。【０１０２】
（２）種付け（粒子付着工程）
（１）で作製した種結晶分散液をイオン交換水またはエタノールで希釈し、ＤＤＲ濃度０．００１〜０．３６質量％（スラリー６４中の固形分濃度）になるように調整し、スターラーで３００ｒｐｍで攪拌し、種付け用スラリー液（スラリー６４）とした。広口ロート６２の下端に多孔質の多孔質体９を固着し、多孔質体９の上部から１６０ｍｌの種付け用スラリー液を流し込みセル内を通過させた（図６参照）。このとき多孔質体９の外周面６をテフロン（登録商標）テープでマスキングした後に種付けを行った。スラリー６４を流下させた多孔質体９は室温または８０℃、風速３〜６ｍ／ｓの条件で１０〜３０ｍｉｎセル内を通風乾燥させた。スラリー６４の流下、通風乾燥を１〜６回繰り返してサンプルを得た。乾燥させた後、電子顕微鏡による微構造観察を行った。ＤＤＲ粒子が多孔質体９の表面に付着していることを確認した。【０１０３】
（３）膜化（膜形成工程：水熱合成）
フッ素樹脂製の１００ｍｌの広口瓶に７．３５ｇのエチレンジアミン（和光純薬工業製
）を入れた後、１．１５６ｇの１−アダマンタンアミン（アルドリッチ製）を加え、１−アダマンタンアミンの沈殿が残らないように溶解した。別の容器に９８．０ｇの３０質量％のコロイダルシリカ（スノーテックスＳ，日産化学製）と１１６．５５ｇのイオン交換水を入れ軽く攪拌した後、これをエチレンジアミンと１−アダマンタンアミンを混ぜておいた広口瓶に加えて強く振り混ぜ、原料溶液を調製した。原料溶液の各成分のモル比は１−アダマンタンアミン／ＳｉＯ２＝０．０１６、水／ＳｉＯ２＝２１である。その後、原料溶液を入れた広口瓶をホモジナイザーにセットし、１時間攪拌した。内容積３００ｍｌのフッ素樹脂製内筒付きステンレス製耐圧容器６５内に（２）でＤＤＲ粒子を付着させた多孔質体９を配置し、調合した原料溶液（ゾル６７）を入れ、１３８℃にて３０時間、加熱処理（水熱合成）を行った（図７参照）。なお、水熱合成時は、原料のコロイダルシリカとエチレンジアミンによって、アルカリ性（ｐＨ１１）であった。走査型電子顕微鏡で膜化させた多孔質体９の破断面を観察したところ、ＤＤＲ膜の膜厚は、１０μｍ以下であった。【０１０４】
（４）構造規定剤除去
被覆できた膜を電気炉で大気中４５０℃で５０時間加熱し、細孔内の１−アダマンタンアミンを燃焼除去した。Ｘ線回折により、結晶相を同定し、ＤＤＲ型ゼオライトであることを確認した。また膜化後、多孔質体９がＤＤＲ型ゼオライトで被覆されていることを確認した。【０１０５】
図５Ａに示すように、分離膜構造体１を、流体入口５２及び流体出口５３を有する筒状のハウジング５１内に収納し、ハウジング５１の流体入口５２から水を流入させて水により加圧して、ＤＤＲ型ゼオライト膜を成膜する前の多孔質体９と、ＤＤＲ型ゼオライト膜を成膜した後の分離膜構造体１（すなわち、多孔質基体９＋分離層３３（ゼオライト膜））が破壊される内圧破壊強度を調べた。水が透過して圧力が上がらない場合は、セル４の内面に天然ラテックスゴムをコーティング、乾燥することで、水の透過を防止し、内圧破壊強度を測定した。この結果を、表１中に強度比として表した。強度比が１より大きければ、ＤＤＲ型ゼオライト膜を成膜した後、強度が強くなったことを意味する。一方、強度比が１より小さければ、ＤＤＲ型ゼオライト膜を成膜した後、強度が弱くなったことを意味する。【０１０６】
【表１】
0006046697.tif 000002
【０１０７】
中間層の無機結合材がガラスの比較例１は、水熱合成（ゼオライト膜形成）により強度が低下した。一方、中間層３１の無機結合材がチタニアである実施例１〜６は、水熱合成（ゼオライト膜形成）により強度が向上した。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明の多孔質体、分離膜構造体は、混合流体から一部の成分を分離する手段として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１：（ハニカム形状セラミック）分離膜構造体、２，２ａ，２ｂ：端面、３：隔壁、４：セル、４ａ：分離セル、４ｂ：集水セル、６：外周面、７：排出流路、８：目封止部、９：（ハニカム形状セラミック）多孔質体、３０：基材、３１：中間層、３２：アルミナ表面層、３３：分離層（分離膜）、３５：ガラスシール、４０：基材厚み、４１：中間層厚み、４２：セル径、５１：ハウジング、５２：流体入口、５３，５８：流体出口、５４：シール材、６２：広口ロート、６３：コック、６５：耐圧容器、６７：ゾル、６８：乾燥器。
【図１】
0006046697.tif 000003
【図２】
0006046697.tif 000004
【図３】
0006046697.tif 000005
【図４Ａ】
0006046697.tif 000006
【図４Ｂ】
0006046697.tif 000007
【図４Ｃ】
0006046697.tif 000008
【図４Ｄ】
0006046697.tif 000009
【図５Ａ】
0006046697.tif 000010
【図５Ｂ】
0006046697.tif 000011
【図６】
0006046697.tif 000012
【図７】
0006046697.tif 000013
【図８】
0006046697.tif 000014