(57)【要約】【課題】様々なｋｉｎｅｔｉｃ直径の小さな気体を高い分離性で分離することができ、特に４Å以下のような気体が含まれる混合気体の分離または濃縮方法を提供する。【解決手段】複数の気体成分を含有する混合気体を分離膜に接触させて、該混合気体のうち透過性の高い成分を透過させることにより、該混合気体から該透過性の高い成分を分離する、または、該混合気体から透過性の高い成分を透過させることにより、透過性の低い成分を濃縮する気体の分離または濃縮方法であって、該分離膜が、無機多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜であり、該ゼオライト膜は、酸素８員環以下の細孔構造を有するゼオライトを含み、該ゼオライト膜表面のＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比が２５以上である、気体の分離または濃縮方法。【選択図】図１
2018030130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気体成分を含有する混合気体を分離膜に接触させて、該混合気体のうち透過性の
高い成分を透過させることにより、該混合気体から該透過性の高い成分を分離する、また
は、該混合気体から透過性の高い成分を透過させることにより、透過性の低い成分を濃縮
する気体の分離または濃縮方法であって、
該分離膜が、無機多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜であり、該ゼオライト膜は
、酸素８員環以下の細孔構造を有するゼオライトを含み、該ゼオライト膜表面のＳｉＯ２
／Ａｌ２Ｏ３モル比が２５以上であることを特徴とする、気体の分離または濃縮方法。
【請求項２】
該混合気体が、酸素を含有する混合気体であり、該混合気体から酸素を分離する、また
は、該混合気体から酸素を透過させる、請求項１に記載の気体の分離または濃縮方法。
【請求項３】
該混合気体が、メタン及びヘリウムを含有する混合気体であり、該混合気体から、ヘリ
ウムを分離する、または、該混合気体からヘリウムを透過させる、請求項１に記載の気体
の分離または濃縮方法。
【請求項４】
該混合気体が、二酸化炭素及び窒素を含有する混合気体であり、該混合気体から、二酸
化炭素を分離する、または、該混合気体から二酸化炭素を透過させる、請求項１に記載の
気体の分離または濃縮方法。
【請求項５】
該ゼオライト膜は、水熱合成によりゼオライトを形成した後、Ｓｉ化合物を含む溶液中
で処理して得られたものである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の気体の分離または
濃縮方法。
【請求項６】
天然ガスを分離膜に接触させて、天然ガスのうち透過性の高い成分を透過させることに
より、天然ガスから該透過性の高い成分を分離する、または、天然ガスから透過性の高い
成分を透過させることにより、透過性の低い成分を濃縮する天然ガスの分離または濃縮方
法であって、
該分離膜が、無機多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜であり、該ゼオライト膜は
、酸素８員環以下の細孔構造を有するゼオライトを含み、該ゼオライト膜表面のＳｉＯ２
／Ａｌ２Ｏ３モル比が２５以上であることを特徴とする、天然ガスの分離または濃縮方法
。
【請求項７】
該透過性の高い成分がヘリウムである、請求項６に記載の天然ガスの分離または濃縮方
法。
【請求項８】
燃焼気体を分離膜に接触させて、燃焼気体のうち透過性の高い成分を透過させることに
より、燃焼気体から該透過性の高い成分を分離する、または、燃焼気体から透過性の高い
成分を透過させることにより、透過性の低い成分を濃縮する燃焼気体の分離または濃縮方
法であって、
該分離膜が、無機多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜であり、該ゼオライト膜は
、酸素８員環以下の細孔構造を有するゼオライトを含み、該ゼオライト膜表面のＳｉＯ２
／Ａｌ２Ｏ３モル比が２５以上であることを特徴とする、燃焼気体の分離または濃縮方法
。
【請求項９】
該透過性の高い成分が二酸化炭素である、請求項８に記載の燃焼気体の分離または濃縮
方法。
【請求項１０】
酸素を含有する混合気体を分離膜に接触させることにより、高酸素濃度の混合気体を製
造する方法であって、
該分離膜が、無機多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜であり、
該ゼオライト膜は、酸素８員環以下の細孔構造を有するゼオライトを含み、
該ゼオライト膜表面のＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比が２５以上であることを特徴とする
、高酸素濃度混合気体の製造方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゼオライト分離膜を用いて、複数の気体成分を含有する混合気体から、透過
性の高い物質を透過して分離し、透過性の低い物質を濃縮する、気体の分離または濃縮方
法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体の分離・濃縮の方法には、膜分離法、吸着分離法、吸収分離法、蒸留分離法、深冷
分離法等があるが、膜分離法は、分離の途中での相変化を殆ど伴わず、圧力差を駆動エネ
ルギーとして、膜を透過する気体の速度差によって分離する手法である。吸着・吸収によ
る分離は吸着・吸収した気体を脱離する工程が必要でありバッチ処理となるため、連続プ
ロセスにするには複数のユニットが必要となるが、膜分離法は連続的に分離が可能であり
設備規模も比較的小さくすることができる。蒸留・深冷分離法は連続処理が可能であるが
分離に相変化を伴い大量のエネルギーが必要となる。しかしながら、膜分離法では圧力差
を駆動力とした省エネルギーな分離が可能である。
【０００３】
膜による気体分離の方法としては、１９７０年代から高分子膜を用いた方法が提案され
ている。しかし、高分子膜は加工性に優れる特徴をもつ一方で、熱や化学物質、圧力によ
り劣化して性能が低下することが問題であり、使用できる条件範囲としては十分でなかっ
た。
これらの問題を解決すべく耐薬品性、耐酸化性、耐熱性、耐圧性が良好な無機膜が提案
されてきている。無機膜としてはＰｄ膜、複合酸化物膜などの緻密膜やシリカ膜、ゼオラ
イト膜等の多孔質膜がある。緻密膜では溶解拡散を原理とする分離であるが、多孔質膜で
は分子ふるい、吸着性を利用する分離であり、膜に溶解しない成分同士でも分離対象とす
ることができる。その中でもゼオライト膜は結晶性を有し、サブナノメートルの規則的な
細孔を持つため、細孔径が均一であり分子ふるい効果が高く、分離性能に優れている。ま
た組成を変えることなどで吸着性の制御も期待できる。さらに結晶性であるためにアモル
ファスな形態であるシリカ膜等と比較して安定性にも優れている。
【０００４】
気体分離用ゼオライト膜としては、Ａ型膜、ＦＡＵ膜、ＭＦＩ膜、ＳＡＰＯ−３４膜、
ＤＤＲ膜などのゼオライト膜が知られている。具体的な混合気体の膜分離の例としては、
気体状の化石資源の分離や火力発電所や石油化学工業などから排出される気体の分離など
で二酸化炭素と窒素、二酸化炭素とメタン、水素と炭化水素、水素と酸素、水素と二酸化
炭素、窒素と酸素、パラフィンとオレフィン、ヘリウムとメタンなどの分離などがある。
用い得るゼオライト膜の中で、Ａ型ゼオライト膜は水蒸気安定性に乏しく、また結晶間
隙のない膜にすることが難しいため結晶間隙を通過する気体が多く存在し分離性能は十分
でない。ＦＡＵ膜はゼオライトの細孔が０．６〜０．８ｎｍであり、水素などの小さな気
体分子２個分がゼオライト細孔内に入りうる大きさであり、上述した気体分離の多くの場
合で分子ふるい効果は期待できない。この膜は、ゼオライト細孔への吸着特性をもつ分子
ともたない分子の分離、例えば二酸化炭素と窒素の分離に向いている。しかし、吸着性の
ない分子は分離しにくく、適用範囲が狭い。ＭＦＩ膜の細孔径は０．５５ｎｍであり、こ
れもＦＡＵ膜同様に気体分子の分離には細孔がやや大きく分離性能も高くない。
細孔径が小さく、小さな気体の分離に適した膜としてＤＤＲ（特許文献１）、ＳＡＰＯ
−３４（非特許文献１）、ＳＳＺ−１３（非特許文献２）が知られている。また本発明者
らがこれらの膜の課題である透過性、耐水性、分離性に優れたゼオライト膜複合体とそれ
によるガス分離方法を見出し先に提案している（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１０５９４２号公報
【特許文献２】特開２０１２−０６６２４２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Shiguang Li et al., "Improved SAPO-34 Membranes or CO2/CH4 Separation", Adv. Mater. 2006, 18, 2601-2603
【非特許文献２】Halil Kalipcilar et al., "Synthesis and Separation Performance of SSZ-13 Zeolite Membranes on Tubular Supports", Chem. Mater. 2002, 14, 3458-3464
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの膜の細孔径としては、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｚｅｏｌｉｔｅ  Ａｓｓ
ｏｃｉａｔｉｏｎ（ＩＺＡ）が定める結晶学的なチャネル直径でＤＤＲが３．６×４．４
ÅでありＳＡＰＯ−３４、ＳＳＺ−１３の結晶構造であるＣＨＡでは３．８×３．８Åで
ある。一方、分離が期待される気体のｋｉｎｅｔｉｃ直径としては例えばヘリウム分子は
２．６Å、酸素分子は３．５Å、窒素分子は３．６Åであり、これらはＤＤＲ、ＣＨＡ膜
の細孔径の長径よりも小さい（ｋｉｎｅｔｉｃ直径（kinetic diameter）：Laurence W M
cKeen, Film Properties of Plastics and Elastomers Third Edition,Elsevier,2012）
。
【０００８】
このような細孔サイズと分子サイズの関係にある気体混合物を分離・濃縮する場合には
気体分子がいずれも膜を透過することができるため、分子の大きさの序列や拡散速度によ
る分離はできるものも分子ふるい効果が機能せず分離性能としては十分でなかった。
本発明は、かかる従来技術の問題が解決された、様々なｋｉｎｅｔｉｃ直径の小さな気
体を高い分離性で分離することができ、特に４Å以下のような気体が含まれる気体混合物
の分離または濃縮方法を提供することを課題とするものである。
また、本発明は、分離または濃縮方法を利用することで、高酸素濃度の混合気体の製造
方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、ある種の物性をもつゼオラ
イト膜複合体が、気体混合物の分離に優れた特性を持つことを見出し、本発明に到達した
。
即ち、本発明の要旨は、次の（１）〜（１５）に存する。
（１）  複数の気体成分を含有する混合気体を分離膜に接触させて、該混合気体のうち透
過性の高い成分を透過させることにより、該混合気体から該透過性の高い成分を分離する
、または、該混合気体から透過性の高い成分を透過させることにより、透過性の低い成分
を濃縮する気体の分離または濃縮方法であって、  該分離膜が、無機多孔質支持体上に形
成されたゼオライト膜であり、該ゼオライト膜は、酸素８員環以下の細孔構造を有するゼ
オライトを含み、該ゼオライト膜表面のＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比が２５以上であるこ
とを特徴とする、気体の分離または濃縮方法。
（２）  該混合気体が、酸素を含有する混合気体であり、該混合気体から酸素を分離する
、または、該混合気体から酸素を透過させる（１）に記載の気体の分離または濃縮方法。
（３）  該混合気体が、メタン及びヘリウムを含有する混合気体であり、該混合気体から
、ヘリウムを分離する、または、該混合気体からヘリウムを透過させる、請求項（１）に
記載の気体の分離または濃縮方法。
（４）  該混合気体が、二酸化炭素及び窒素を含有する混合気体であり、該混合気体から
、二酸化炭素を分離する、または、該混合気体から二酸化炭素を透過させる、（１）  に
記載の気体の分離または濃縮方法。
（５）    該ゼオライト膜は、水熱合成によりゼオライトを形成した後、Ｓｉ化合物を含
む溶液中で処理して得られたものである、（１）〜（４）のいずれかに記載の気体の分離
または濃縮方法。
（６）  天然ガスを分離膜に接触させて、天然ガスのうち透過性の高い成分を透過させる
ことにより、天然ガスから該透過性の高い成分を分離する、または、天然ガスから透過性
の高い成分を透過させることにより、透過性の低い成分を濃縮する天然ガスの分離または
濃縮方法であって、該分離膜が、無機多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜であり、
該ゼオライト膜は、酸素８員環以下の細孔構造を有するゼオライトを含み、該ゼオライト
膜表面のＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比が２５以上であることを特徴とする、天然ガスの分
離または濃縮方法。
（７）  該透過性の高い成分がヘリウムである、（６）に記載の天然ガスの分離または濃
縮方法。
（８）  燃焼気体を分離膜に接触させて、燃焼気体のうち透過性の高い成分を透過させる
ことにより、燃焼気体から該透過性の高い成分を分離する、または、燃焼気体から透過性
の高い成分を透過させることにより、透過性の低い成分を濃縮する燃焼気体の分離または
濃縮方法であって、
該分離膜が、無機多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜であり、該ゼオライト膜は
、酸素８員環以下の細孔構造を有するゼオライトを含み、該ゼオライト膜表面のＳｉＯ２
／Ａｌ２Ｏ３モル比が２５以上であることを特徴とする、燃焼気体の分離または濃縮方法
。
（９）  該透過性の高い成分が二酸化炭素である、（８）に記載の天然ガスの分離または
濃縮方法。
（１０）酸素を含有する混合気体を分離膜に接触させることにより、高酸素濃度の混合気
体を製造する方法であって、該分離膜が、無機多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜
であり、該ゼオライト膜は、酸素８員環以下の細孔構造を有するゼオライトを含み、該ゼ
オライト膜表面のＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比が２５以上であることを特徴とする、高酸
素濃度混合気体の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、複数の成分からなる気体から透過性の高い成分と透過性の低い成分の透
過度の差を大きくすることができ、特に成分の少なくとも一つにｋｉｎｅｔｉｃ直径が４
Å以下の成分を含む気体においても、透過性の高い成分の分離、または透過性の高い成分
を透過させることによる透過性の低い成分の濃縮を高い分離性能で行うことが可能となる
。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】気体分離に用いた測定装置の概略図
【図２】実施例３の無機多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜のＸＲＤパターン
【図３】粉末ＣＨＡ型ゼオライトのＸＲＤパターン
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について更に詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の
説明は、本発明の実施態様の一例であり、本発明はこれらの内容に限定されるものではな
く、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
本発明の気体の分離または濃縮方法は、複数の気体成分を含有する混合気体を分離膜に
接触させて、該混合気体のうち透過性の高い成分を透過させることにより、該混合気体か
ら該透過性の高い成分を分離する、または、該混合気体から透過性の高い成分を透過させ
ることにより、透過性の低い成分を濃縮する気体の分離または濃縮方法であって、該分離
膜が、無機多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜であり、該ゼオライト膜は、酸素８
員環以下の細孔構造を有するゼオライトを含み、該ゼオライト膜表面のＳｉＯ２／Ａｌ２
Ｏ３モル比が２５以上であることを特徴とする。
【００１３】
以下に、先ず、本発明の特徴となる、無機多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜に
ついて説明する。
なお、本明細書において、無機多孔質支持体と、その上に形成されたゼオライト膜を「
ゼオライト膜複合体」と言う場合があり、これを「膜複合体」と略称することがある。ま
た、「無機多孔質支持体」を「多孔質支持体」または「支持体」と略称することがある。
【００１４】
＜多孔質支持体＞
本発明において、多孔質支持体としては、その表面などにゼオライトを膜状に結晶化で
きるような化学的安定性があり、無機の多孔質よりなる支持体（無機多孔質支持体）であ
れば如何なるものであってもよい。例えば、シリカ、α−アルミナ、γ−アルミナ、ムラ
イト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックス焼結
体（セラッミクス支持体）、鉄、ブロンズ、ステンレス等の焼結金属や、ガラス、カーボ
ン成型体などが挙げられる。
【００１５】
これら多孔質支持体の中で、基本的成分あるいはその大部分が無機の非金属物質から構
成されている固体材料であるセラミックスを焼結したものを含む無機多孔質支持体（セラ
ミックス支持体）が好ましい。この支持体を用いれば、その一部がゼオライト膜合成中に
ゼオライト化することで界面の密着性を高める効果がある。
具体的には、例えば、シリカ、α−アルミナ、γ−アルミナ、ムライト、ジルコニア、
チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などを含むセラミックス焼結体（セラミック
ス支持体）が挙げられる。それらの中で、アルミナ、シリカ、ムライトのうち少なくとも
１種を含む無機多孔質支持体が好ましい。これらの支持体を用いれば、部分的なゼオライ
ト化が容易であるため、支持体とゼオライトの結合が強固になり緻密で分離性能の高い膜
が形成されやすくなる。
【００１６】
多孔質支持体の形状は、気体混合物を有効に分離できるものであれば特に制限されず、
具体的には、例えば、平板状、管状のもの、または円筒状、円柱状や角柱状の孔が多数存
在するハニカム状のものやモノリスなどが挙げられる。
本発明において、かかる多孔質支持体上、すなわち支持体の表面などにゼオライトを膜
状に形成させる。支持体の表面は、支持体の形状に応じて、どの表面であってもよく、複
数の面であってもよい。例えば、円筒管の支持体の場合には外側の表面でも内側の表面で
もよく、場合によっては外側と内側の両方の表面であってよい。
【００１７】
多孔質支持体表面の平均細孔径は特に制限されないが、細孔径が制御されているものが
好ましい。支持体表面の平均細孔径は、通常０．０２μｍ以上、好ましくは０．０５μｍ
以上、より好ましくは０．１μｍ以上であり、通常２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以
下、より好ましくは５μｍ以下である。平均細孔径が小さすぎると透過量が小さくなる傾
向があり、大きすぎると支持体自体の強度が不十分になり、支持体表面の細孔の割合が増
えて緻密なゼオライト膜が形成されにくくなる傾向がある。
【００１８】
多孔質支持体の平均厚さ（肉厚）は、通常０．１ｍｍ以上、好ましくは０．３ｍｍ以上
、より好ましくは０．５ｍｍ以上であり、通常７ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下、より
好ましくは３ｍｍ以下である。支持体はゼオライト膜に機械的強度を与える目的で使用し
ているが、支持体の平均厚さが薄すぎるとゼオライト膜複合体が十分な強度を持たずゼオ
ライト膜複合体が衝撃や振動等に弱くなる傾向がある。支持体の平均厚さが厚すぎると透
過した物質の拡散が悪くなり透過度が低くなる傾向がある。
【００１９】
多孔質支持体の気孔率は、通常２０％以上、好ましくは２５％以上、より好ましくは３
０％以上であり、通常７０％以下、好ましくは６０％以下、より好ましくは５０％以下で
ある。支持体の気孔率は、気体を分離する際の透過流量を左右し、下限未満では透過物の
拡散を阻害する傾向があり、上限を超えると支持体の強度が低下する傾向がある。
多孔質支持体は、必要に応じて表面をやすり等で研磨してもよい。なお、多孔質支持体
の表面とはゼオライトを結晶化させる無機多孔質支持体の表面部分を意味し、表面であれ
ばそれぞれの形状のどこの表面であってもよく、複数の面であってもよい。例えば円筒管
の支持体の場合には外側の表面でも内側の表面でもよく、場合によっては外側と内側の両
方の表面であってもよい。
【００２０】
＜ゼオライト膜複合体＞
本発明において、上記多孔質支持体上にゼオライト膜を形成させて、ゼオライト膜複合
体を得る。
ゼオライト膜を構成する成分としては、ゼオライト以外にシリカ、アルミナなどの無機
バインダー、ポリマーなどの有機化合物、あるいは下記詳述するようなゼオライト表面を
修飾するＳｉ化合物またはその反応物などを必要に応じ含んでいてもよい。また、本発明
におけるゼオライト膜は、一部アモルファス成分などを含んでいてもよいが、実質的にゼ
オライトのみで構成されるゼオライト膜が好ましい。
【００２１】
ゼオライト膜の厚さは特に制限されないが、通常０．１μｍ以上、好ましくは０．６μ
ｍ以上、より好ましくは１．０μｍ以上であり、通常１００μｍ以下、好ましくは６０μ
ｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下の範囲である。膜厚が大きすぎると透過量が低下す
る傾向があり、小さすぎると選択性が低下したり、膜強度が低下したりする傾向がある。
ゼオライトの粒子径は特に限定されないが、小さすぎると粒界が大きくなるなどして透
過選択性などを低下させる傾向がある。それゆえ、通常３０ｎｍ以上、好ましくは５０ｎ
ｍ以上、より好ましくは１００ｎｍ以上であり、上限は膜の厚さ以下である。さらに、ゼ
オライトの粒子径が膜の厚さと同じである場合が特に好ましい。ゼオライトの粒子径が膜
の厚さと同じであるとき、ゼオライトの粒界が最も小さくなる。後に述べる水熱合成で得
られたゼオライト膜は、ゼオライトの粒子径と膜の厚さが同じになる場合があるので特に
好ましい。
【００２２】
ゼオライト膜複合体の形状は特に限定されず、管状、中空糸状、モノリス型、ハニカム
型などあらゆる形状を採用できる。また大きさも特に限定されず、例えば、管状の場合は
、通常長さ２ｃｍ以上２００ｃｍ以下、内径０．０５ｃｍ以上２ｃｍ以下、厚さ０．５ｍ
ｍ以上４ｍｍ以下が実用的で好ましい。
ゼオライト膜の分離機能の一つは、分子ふるいとしての分離であり、用いるゼオライト
の有効細孔径以上の大きさを有する気体分子とそれ以下の気体とを好適に分離することが
できる。なお分離に供される分子に上限はないが、分子の大きさは、通常１００Å程度以
下である。
【００２３】
本発明において、ゼオライト膜表面のＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比（以下これを、「膜
表面のＳＡＲ」と称することがある。）が２５以上であることを特徴とする。
尚、ゼオライトとしては、アルミノ珪酸塩であるものが好ましい。
ゼオライト膜表面のＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）のよ
り得られる数値である。ＸＰＳは膜表面の情報を得る分析法であり、この分析法により、
膜表面のＳＡＲを求めることができる。
【００２４】
ゼオライト 膜表面のＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比は、２５以上であればよく、より好
ましくは２８以上、さらに好ましくは３０以上、よりさらに好ましくは３２以上、特に好
ましくは５０以上、最も好ましくは８０以上であり、また、好ましくは３０００以下、よ
り好ましくは２０００以下、さらに好ましくは１０００以下、特に好ましくは５００以下
、最も好ましくは３００以下である。ゼオライト 膜表面のＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比
が２５以上であることにより膜表面の膜表面の細孔径が狭小化しており分離性能が向上す
ると考えられる。また、膜表面のＳＡＲが上限以下であることにより、吸着性の点で、透
過度が小さくならないというメリットがある。
【００２５】
ゼオライト膜自体のＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比は、好ましくは５以上、より好ましく
は８以上、さらに好ましくは１０以上、特に好ましくは１２以上であり、好ましくは２０
００以下、より好ましくは１０００以下、さらに好ましくは５００以下、さらに好ましく
は１００以下、特に好ましくは５０以下である。膜自体のＳＡＲが下限以上であることに
より耐久性が向上する傾向があり、上限以下であることにより、吸着性の点で透過度が小
さくならないというメリットがある。
【００２６】
ゼオライト膜自体のＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比は、走査型電子顕微鏡−エネルギー分
散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ−ＥＤＸ）により得られた数値である。ＳＥＭ−ＥＤＸにおいて
、Ｘ線の加速電圧を１０ｋＶ程度として測定することにより、数ミクロンの膜のみの情報
を得ることができる。ゼオライト膜は均一に形成されているので、この測定により、膜自
体のＳＡＲを求めることができる。
【００２７】
また、本発明において、膜表面のＳＡＲは膜自体のＳＡＲより２０以上大きい値である
ことが好ましいが、この値（膜表面のＳＡＲから膜自体のＳＡＲを差し引いた値）は、よ
り好ましくは２２以上、さらに好ましくは２５以上、特に好ましくは３０以上である。ま
た、この値の上限は特に限定されないが、通常１０００以下、好ましくは７００以下、よ
り好ましくは５００以下、特に好ましくは４００以下である。
【００２８】
上記値（膜表面のＳＡＲから膜自体のＳＡＲを差し引いた値）が２０以上であることに
より、膜表面の細孔径が狭小化しており分離性能が向上すると考えられる。
ゼオライト膜を構成する主たるゼオライトは、酸素８員環以下の細孔構造を有するゼオ
ライトを含むものが好ましく、酸素６〜８員環の細孔構造を有するゼオライトを含むもの
がより好ましい。
【００２９】
ここでいう酸素ｎ員環を有するゼオライトのｎの値は、ゼオライト骨格を形成する酸素
とＴ元素（骨格を構成する酸素以外の元素）で構成される細孔の中で最も酸素の数が大き
いものを示す。例えば、ＭＯＲ型ゼオライトのように酸素１２員環と８員環の細孔が存在
する場合は、酸素１２員環のゼオライトとみなす。
【００３０】
酸素８員環以下の細孔構造を有するゼオライトとしては、例えば、ＡＥＩ、ＡＦＧ、Ａ
ＮＡ、ＢＲＥ、ＣＡＳ、ＣＤＯ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＤＯＨ、ＥＡＢ、ＥＰＩ、ＥＲＩ、Ｅ
ＳＶ、ＦＡＲ、ＦＲＡ、ＧＩＳ、ＧＩＵ、ＧＯＯ、ＩＴＥ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＬＩＯ、Ｌ
ＯＳ、ＬＴＮ、ＭＡＲ、ＭＥＰ、ＭＥＲ、ＭＥＬ、ＭＯＮ、ＭＳＯ、ＭＴＦ、ＭＴＮ、Ｎ
ＯＮ、ＰＡＵ、ＰＨＩ、ＲＨＯ、ＲＴＥ、ＲＴＨ、ＲＵＴ、ＳＧＴ、ＳＯＤ、ＴＯＬ、Ｔ
ＳＣ、ＵＦＩ、ＶＮＩ、ＹＵＧなどが挙げられる。
【００３１】
酸素６〜８員環構造を有するゼオライトとしては、例えば、ＡＥＩ、ＡＦＧ、ＡＮＡ、
ＣＨＡ、ＥＡＢ、ＥＲＩ、ＥＳＶ、ＦＡＲ、ＦＲＡ、ＧＩＳ、ＩＴＥ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、
ＬＩＯ、ＬＯＳ、ＬＴＮ、ＭＡＲ、ＰＡＵ、ＲＨＯ、ＲＴＨ、ＳＯＤ、ＴＯＬ、ＵＦＩな
どが挙げられる。
なお、本明細書において、ゼオライトの構造は、上記のとおり、International Zeolit
e Association（IZA）が定めるゼオライトの構造を規定するコードで示す。
【００３２】
酸素ｎ員環構造はゼオライトの細孔のサイズを決定するものであり、酸素６員環よりも
小さいゼオライトではＨ２Ｏ分子のＫｉｎｅｔｉｃ直径よりも細孔径が小さくなるため透
過度が小さくなり実用的でない場合がある。また、酸素８員環構造よりも大きい場合は細
孔径が大きくなり、サイズの小さな気体成分では分離性能が低下することがあり、用途が
限定的になる場合がある。
【００３３】
ゼオライトのフレームワーク密度（Ｔ／１０００Å３）は特に制限されないが、通常１
７以下、好ましくは１６以下、より好ましくは１５．５以下、特に好ましくは１５以下で
あり、通常１０以上、好ましくは１１以上、より好ましくは１２以上である。
フレームワーク密度とは、ゼオライトの１０００Å３あたりの、骨格を構成する酸素以
外の元素（Ｔ元素）の数を意味し、この値はゼオライトの構造により決まる。なおフレー
ムワーク密度とゼオライトとの構造の関係はATLAS OF ZEOLITE FRAMEWORK TYPES Fifth R
evised Edition 2001 ELSEVIERに示されている。
【００３４】
本発明において、好ましいゼオライトの構造は、ＡＥＩ、ＡＦＧ、ＣＨＡ、ＥＡＢ、Ｅ
ＲＩ、ＥＳＶ、ＦＡＲ、ＦＲＡ、ＧＩＳ、ＩＴＥ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＬＩＯ、ＬＯＳ、Ｌ
ＴＮ、ＭＡＲ、ＰＡＵ、ＲＨＯ、ＲＴＨ、ＳＯＤ、ＴＯＬ、ＵＦＩであり、より好ましい
構造は、ＡＥＩ、ＣＨＡ、ＥＲＩ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＰＡＵ、ＲＨＯ、ＲＴＨ、ＵＦＩで
あり、さらに好ましい構造は、ＣＨＡ、ＬＥＶであり、最も好ましい構造はＣＨＡである
。
【００３５】
ここで、本発明において、ＣＨＡ型のゼオライトとは、International Zeolite Associ
ation（IZA）が定めるゼオライトの構造を規定するコードでＣＨＡ構造のものを示す。こ
れは、天然に産出するチャバサイトと同等の結晶構造を有するゼオライトである。ＣＨＡ
型ゼオライトは３．８×３．８Åの径を有する酸素８員環からなる３次元細孔を有するこ
とを特徴とする構造をとり、その構造はＸ線回折データにより特徴付けられる。
【００３６】
ＣＨＡ型ゼオライトのフレームワーク密度（Ｔ／１０００Å３）は１４．５である。ま
た、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比は上記と同様である。
本発明において、ゼオライト膜複合体は、ゼオライト膜がＣＨＡ型ゼオライトを含む場
合、Ｘ線回折のパターンにおいて、２θ＝１７．９°付近のピークの強度が２θ＝２０．
８°付近のピークの強度の０．５倍以上の大きさであることが好ましい。
【００３７】
ここで、ピークの強度とは、測定値からバックグラウンドの値を引いたものをさす。（
２θ＝１７．９°付近のピークの強度）／（２θ＝２０．８°付近のピークの強度）で表
されるピーク強度比（以下これを「ピーク強度比Ａ」ということがある。）でいえば、通
常０．５以上、好ましくは１以上、より好ましくは１．２以上、特に好ましくは１．５以
上である。上限は特に限定されないが、通常１０００以下である。
【００３８】
また、ゼオライト膜複合体は、ゼオライト膜がＣＨＡ型ゼオライトを含む場合、Ｘ線回
折のパターンにおいて、２θ＝９．６°付近のピークの強度が２θ＝２０．８°付近のピ
ークの強度の２倍以上の大きさであることが好ましい。
（２θ＝９．６°付近のピークの強度）／（２θ＝２０．８°付近のピークの強度）で
表されるピーク強度比（以下これを「ピーク強度比Ｂ」ということがある。）でいえば、
通常２以上、好ましくは２．５以上、より好ましくは３以上、より好ましくは４以上、さ
らに好ましくは６以上、特に好ましくは８以上、もっとも好ましくは１０以上である。上
限は特に限定されないが、通常１０００以下である。
【００３９】
ここでいう、Ｘ線回折パターンとは、ゼオライトが主として付着している側の表面にＣ
ｕＫαを線源とするＸ線を照射して、走査軸をθ／２θとして得るものである。測定する
サンプルの形状としては、膜複合体のゼオライトが主として付着している側の表面にＸ線
が照射できるような形状なら何でもよく、膜複合体の特徴をよく表すものとして、作製し
た膜複合体そのままのもの、あるいは装置によって制約される適切な大きさに切断したも
のが好ましい。
【００４０】
ここで、Ｘ線回折パターンは、ゼオライト膜複合体の表面が曲面である場合には自動可
変スリットを用いて照射幅を固定して測定してもかまわない。自動可変スリットを用いた
場合のＸ線回折パターンとは、可変→固定スリット補正を実施したパターンを指す。
ここで、２θ＝１７．９°付近のピークとは、基材に由来しないピークのうち１７．９
°±０．６°の範囲に存在するピークのうち最大のものを指す。
【００４１】
２θ＝２０．８°付近のピークとは、基材に由来しないピークのうち２０．８°±０．
６°の範囲に存在するピークで最大のものを指す。
２θ＝９．６°付近のピークとは、基材に由来しないピークのうち９．６°±０．６°
の範囲に存在するピークのうち最大のものを指す。
Ｘ線回折パターンで２θ＝９．６°付近のピークは、COLLECTION OF SIMULATED XRD PO
WDER PATTERNS FOR ZEOLITE Third Revised Edition 1996 ELSEVIER（以下これを、「非
特許文献１」ということがある。）によればrhombohedral settingで空間群を
【００４２】
【数１】
2018030130.tif 000003
【００４３】
（Ｎｏ．１６６）とした時にＣＨＡ構造において指数が（１，０，０）の面に由来するピ
ークである。
また、Ｘ線回折パターンで２θ＝１７．９°付近のピークは、非特許文献１によればrh
ombohedral settingで空間群を
【００４４】
【数２】
2018030130.tif 000004
【００４５】
（Ｎｏ．１６６）とした時にＣＨＡ構造において指数が（１，１，１）の面に由来するピ
ークである。
Ｘ線回折パターンで２θ＝２０．８°付近のピークは、非特許文献１によればrhombohe
dral settingで空間群を
【００４６】
【数３】
2018030130.tif 000005
【００４７】
（Ｎｏ．１６６）とした時にＣＨＡ構造において指数が（２，０，−１）の面に由来する
ピークである。
ＣＨＡ型アルミノ珪酸塩のゼオライト膜における（１，０，０）面由来のピークの強度
の（２，０，−１）の面に由来のピーク強度の典型的な比（ピーク強度比Ｂ）は、Halil 
Kalipcilar et al., "Synthesis and Separation Performance of SSZ-13 Zeolite Membr
anes on Tubular Supports", Chem. Mater. 2002, 14, 3458-3464（以下これを、「非特
許文献２」ということがある。）よれば２未満である。
【００４８】
それゆえ、この比が２以上であるということは、例えば、ＣＨＡ構造をhombohedral se
ttingとした場合の（１，０，０）面が膜複合体の表面と平行に近い向きになるようにゼ
オライト結晶が配向して成長していることを意味すると考えられる。ゼオライト膜複合体
においてゼオライト結晶が配向して成長することは分離性能の高い緻密な膜が出来るとい
う点で有利である。
【００４９】
ＣＨＡ型アルミノ珪酸塩のゼオライト膜における（１，１，１）面由来のピークの強度
と（２，０，−１）の面に由来のピーク強度の典型的な比（ピーク強度比Ａ）は、非特許
文献２によれば０．５未満である。
そのため、この比が０．５以上であるということは、例えば、ＣＨＡ構造をrhombohedr
al settingとした場合の（１，１，１）面が膜複合体の表面と平行に近い向きになるよう
にゼオライト結晶が配向して成長していることを意味すると考えられる。ゼオライト膜複
合体においてゼオライト結晶が配向して成長することは分離性能の高い緻密な膜が出来る
という点で有利である。
【００５０】
このように、ピーク強度比Ａ、Ｂのいずれかが、上記した特定の範囲の値であるという
ことは、ゼオライト結晶が配向して成長し、分離性能の高い緻密な膜が形成されているこ
とを示すものである。
ピーク強度比Ａ、Ｂはその値が大きいほど配向の程度が強いことを示し、一般的に配向
の程度が強いほど緻密な膜が形成されていることを示す。一般的には配向が強いほど分離
性能が高い傾向があるが、分離対象の混合物によっては分離性能が高くなる最適な配向の
程度は異なるので分離対象の混合物によって適宜、配向の程度が最適なゼオライト膜複合
体を選択して使用することが望ましい。
【００５１】
＜ゼオライト膜複合体の製造方法＞
本発明において、多孔質支持体−ゼオライト膜複合体の製造方法は特に限定されないが
、例えば、水熱合成により、無機多孔質支持体上にゼオライトを形成させた後、Ｓｉ化合
物を含む溶液中で浸漬などの処理をする方法が好ましい。
具体的には、例えば、ゼオライト膜複合体は、組成を調整して均一化した水熱合成用の
反応混合物（以下これを「水性反応混合物」ということがある。）を、多孔質支持体を内
部に緩やかに固定した、オートクレーブなどの耐熱耐圧容器に入れて密閉して、一定時間
加熱することにより調製できる。
【００５２】
水性反応混合物としては、Ｓｉ元素源、Ａｌ元素源、アルカリ源、および水を含み、さ
らに必要に応じて有機テンプレートを含むものが好ましい。
水性反応混合物に用いるＳｉ元素源としては、例えば、無定形シリカ、コロイダルシリ
カ、シリカゲル、ケイ酸ナトリウム、無定形アルミのシリケートゲル、テトラエトキシシ
ラン（ＴＥＯＳ）、トリメチルエトキシシラン等を用いることができる。
【００５３】
Ａｌ元素源としては、例えば、アルミン酸ナトリウム、水酸化アルミニウム、硫酸アル
ミニウム、硝酸アルミニウム、酸化アルミニウム、無定形アルミノシリケートゲル等を用
いることができる。なお、Ａｌ元素源以外に他の元素源、例えばＧａ、Ｆｅ、Ｂ、Ｔｉ、
Ｚｒ、Ｓｎ、Ｚｎなどの元素源を含んでいてもよい。
ゼオライトの結晶化において、必要に応じて有機テンプレート（構造規定剤）を用いる
ことができるが、有機テンプレートを用いて合成したものが好ましい。有機テンプレート
を用いて合成することにより、結晶化したゼオライトのアルミニウム原子に対するケイ素
原子の割合が高くなり、耐酸性、耐水蒸気性が向上する。
【００５４】
有機テンプレートとしては、所望のゼオライト膜を形成し得るものであれば種類は問わ
ず、如何なるものであってもよい。また、テンプレートは１種類でも、２種類以上を組み
合わせて使用してもよい。
ゼオライトがＣＨＡ型の場合、有機テンプレートとしては、通常、アミン類、４級アン
モニウム塩が用いられる。例えば、米国特許第４５４４５３８号明細書、米国特許公開第
２００８／００７５６５６号明細書に記載の有機テンプレートが好ましいものとして挙げ
られる。
【００５５】
具体的には、例えば、１−アダマンタンアミンから誘導されるカチオン、３−キナクリ
ジナールから誘導されるカチオン、３−ｅｘｏ−アミノノルボルネンから誘導されるカチ
オン等の脂環式アミンから誘導されるカチオンが挙げられる。これらの中で、１−アダマ
ンタンアミンから誘導されるカチオンがより好ましい。１−アダマンタンアミンから誘導
されるカチオンを有機テンプレートとしたとき、緻密な膜を形成し得るＣＨＡ型ゼオライ
トが結晶化する。緻密な膜となることにより、分離性能が高いＣＨＡ型ゼオライトが得ら
れる。
【００５６】
１−アダマンタンアミンから誘導されるカチオンのうち、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリアルキル−
１−アダマンタンアンモニウムカチオンがさらに好ましい。Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリアルキル−
１−アダマンタンアンモニウムカチオンの３つのアルキル基は、通常、それぞれ独立した
アルキル基であり、好ましくは低級アルキル基、より好ましくはメチル基である。それら
の中で最も好ましい化合物は、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−１−アダマンタンアンモニウム
カチオンである。
【００５７】
このようなカチオンは、ＣＨＡ型ゼオライトの形成に害を及ぼさないアニオンを伴う。
このようなアニオンを代表するものには、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−などのハロゲンイオンや
水酸化物イオン、酢酸塩、硫酸塩、およびカルボン酸塩が含まれる。これらの中で、水酸
化物イオンが特に好適に用いられる。
その他の有機テンプレートとしては、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリアルキルベンジルアンモニウム
カチオンも用いることができる。この場合もアルキル基は、それぞれ独立したアルキル基
であり、好ましくは低級アルキル基、より好ましくはメチル基である。それらの中で、最
も好ましい化合物は、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルベンジルアンモニウムカチオンである。ま
た、このカチオンが伴うアニオンは上記と同様である。
【００５８】
水性反応混合物に用いるアルカリ源としては、有機テンプレートのカウンターアニオン
の水酸化物イオン、ＮａＯＨ、ＫＯＨなどのアルカリ金属水酸化物、Ｃａ（ＯＨ）２など
のアルカリ土類金属水酸化物などを用いることができる。アルカリの種類は特に限定され
ず、通常、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａなどが用いられる。こ
れらの中で、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋが好ましく、Ｋがより好ましい。また、アルカリは２種類以
上を併用してもよく、具体的には、ＮａとＫ、ＬｉとＫ を併用するのが好ましい。
【００５９】
水性反応混合物中のＳｉ元素源とＡｌ元素源の比は、通常、それぞれの元素の酸化物の
モル比、すなわちＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比として表わす。ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル
比は特に限定されないが、通常５以上、好ましくは８以上、より好ましくは１０以上、更
に好ましくは１５以上である。また、通常１００００以下、好ましくは１０００以下、よ
り好ましくは３００以下、更に好ましくは１００以下である。
【００６０】
ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比がこの範囲内にあるときゼオライト膜が緻密に生成し・BR
>A分離性能が高い膜となる。更に生成したゼオライトに適度にＡｌ原子が存在するため、
Ａｌに対して吸着性を示す気体成分では分離能が向上する。またＡｌがこの範囲にある場
合には耐酸性、耐水蒸気が高いゼオライト膜が得られる。
水性反応混合物中のシリカ源と有機テンプレートの比は、ＳｉＯ２に対する有機テンプ
レートのモル比（有機テンプレート／ＳｉＯ２モル比）で、通常０．００５以上、好まし
くは０．０１以上、より好ましくは０．０２以上であり、通常１以下、好ましくは０．４
以下、より好ましくは０．２以下である。
【００６１】
有機テンプレート／ＳｉＯ２モル比が上記範囲にあるとき、緻密なゼオライト膜が生成
し得ることに加えて、生成したゼオライトが耐酸性、耐水蒸気性に強くなる。
Ｓｉ元素源とアルカリ源の比は、Ｍ（２／ｎ）Ｏ／ＳｉＯ２（ここで、Ｍはアルカリ金
属またはアルカリ土類金属を示し、ｎはその価数１または２を示す。）モル比で、通常０
．０２以上、好ましくは０．０４以上、より好ましくは０．０５以上であり、通常０．５
以下、好ましくは０．４以下、より好ましくは０．３以下である。
【００６２】
ＣＨＡ型ゼオライト膜を形成する場合、アルカリ金属の中でＫを含む場合がより緻密で
結晶性の高い膜を生成させるという点で好ましい。その場合のＫと、Ｋを含むすべてのア
ルカリ金属および／またはアルカリ土類金属とのモル比は、通常０．０１以上１以下、好
ましくは０．１以上１以下、さらに好ましくは０．３以上１以下である。
水性反応混合物中へのＫの添加は、前記のとおり、rhombohedral settingで空間群を
【００６３】
【数４】
2018030130.tif 000006
【００６４】
（Ｎｏ．１６６）とした時に、ＣＨＡ構造において指数が（１，０，０）の面に由来する
ピークである２θ＝９．６°付近のピーク強度と（２，０，−１）の面に由来するピーク
である２θ＝２０．８°付近のピーク強度の比（ピーク強度比Ｂ）、または、（１，１，
１）の面に由来するピークである２θ＝１７．９°付近のピーク強度と（２，０，−１）
の面に由来するピークである２θ＝２０．８°付近のピーク強度の比（ピーク強度比Ａ）
を大きくする傾向がある。
【００６５】
Ｓｉ元素源と水の比は、ＳｉＯ２に対する水のモル比（Ｈ２Ｏ／ＳｉＯ２モル比）で、
通常１０以上、好ましくは３０以上、より好ましくは４０以上、特に好ましくは５０以上
であり、通常１０００以下、好ましくは５００以下、より好ましくは２００以下、特に好
ましくは１５０以下である。
水性反応混合物中の物質のモル比がこれらの範囲にあるとき、緻密なゼオライト膜が生
成し得る。水の量は緻密なゼオライト膜の生成においてとくに重要であり、粉末合成法の
一般的な条件よりも水がシリカに対して多い条件のほうが緻密な膜ができやすい傾向にあ
る。
【００６６】
一般的に、粉末のＣＨＡ型ゼオライトを合成する際の水の量は、Ｈ２Ｏ／ＳｉＯ２モル
比で、１５〜５０程度である。Ｈ２Ｏ／ＳｉＯ２モル比が高い（５０以上１０００以下）
、すなわち水が多い条件にすることにより、支持体上にＣＨＡ型ゼオライトが緻密な膜状
に結晶化した分離性能の高いゼオライト膜複合体を得ることができる。
さらに、水熱合成に際して、必ずしも反応系内に種結晶を存在させる必要は無いが、種
結晶を加えることで、支持体上にゼオライトの結晶化を促進できる。種結晶を加える方法
としては特に限定されず、粉末のゼオライトの合成時のように、水性反応混合物中に種結
晶を加える方法や、支持体上に種結晶を付着させておく方法などを用いることができる。
【００６７】
ゼオライト膜複合体を製造する場合は、支持体上に種結晶を付着させておくことが好ま
しい。支持体上に予め種結晶を付着させておくことで緻密で分離性能良好なゼオライト膜
が生成しやすくなる。
使用する種結晶としては、結晶化を促進するゼオライトであれば種類は問わないが、効
率よく結晶化させるためには形成するゼオライト膜と同じ結晶型であることが好ましい。
ＣＨＡ型ゼオライト膜を形成する場合は、ＣＨＡ型ゼオライトの種結晶を用いることが好
ましい。
【００６８】
種結晶の粒子径は、通常０．５ｎｍ以上、好ましくは１ｎｍ以上、より好ましくは２ｎ
ｍ以上であり、通常２０μｍ以下、好ましくは１５μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以
下である。
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。種結晶の付着量を制御し、再現性よく膜複合体を製造するにはディップ法が望
ましい。
【００６９】
種結晶を分散させる溶媒は特に限定されないが、特に水が好ましい。
分散させる種結晶の量は特に限定されず、分散液の全質量に対して、通常０．０１質量
％以上、好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは０．３質量％以上であり、通常２
０質量％以下、好ましくは１０質量％以下、より好ましくは５質量％以下、さらに好まし
くは４質量％以下、とくに好ましくは３質量％以下である。
【００７０】
分散させる種結晶の量が少なすぎると、支持体上に付着する種結晶の量が少ないため、
水熱合成時に支持体上に部分的にゼオライトが生成しない箇所ができ、欠陥のある膜とな
る可能性がある。ディップ法によって支持体上に付着する種結晶の量は分散液中の種結晶
の量がある程度以上でほぼ一定となるため、分散液中の種結晶の量が多すぎると、種結晶
の無駄が多くなりコスト面で不利である。
【００７１】
支持体にディップ法あるいはスラリーの塗りこみによって種結晶を付着させ、乾燥した
後にゼオライト膜の形成を行うことが望ましい。
支持体上に予め付着させておく種結晶の量は特に限定されず、基材１ｍ２あたりの質量
で、通常０．０１ｇ以上、好ましくは０．０５ｇ以上、より好ましくは０．１ｇ以上であ
り、通常１００ｇ以下、好ましくは５０ｇ以下、より好ましくは１０ｇ以下、更に好まし
くは８ｇ以下である。
【００７２】
種結晶の量が下限未満の場合には、結晶ができにくくなり、膜の成長が不十分になる場
合や、膜の成長が不均一になったりする傾向がある。また、種結晶の量が上限を超える場
合には、表面の凹凸が種結晶によって増長されたり、支持体から落ちた種結晶によって自
発核が成長しやすくなって支持体上の膜成長が阻害されたりする場合がある。何れの場合
も、緻密なゼオライト膜が生成しにくくなる傾向となる。
【００７３】
水熱合成により支持体上にゼオライト膜を形成する場合、支持体の固定化方法に特に制
限はなく、縦置き、横置きなどあらゆる形態をとることができる。この場合、静置法でゼ
オライト膜を形成させてもよいし、水性反応混合物を攪拌させてゼオライト膜を形成させ
てもよい。
ゼオライト膜を形成させる際の温度は特に限定されないが、通常１００℃以上、好まし
くは１２０℃以上、更に好ましくは１５０℃以上であり、通常２００℃以下、好ましくは
１９０℃以下、さらに好ましくは１８０℃以下である。反応温度が低すぎると、ゼオライ
トが結晶化し難くなることがある。また、反応温度が高すぎると、本発明におけるゼオラ
イトとは異なるタイプのゼオライトが生成し易くなることがある。
【００７４】
加熱時間は特に限定されないが、通常１時間以上、好ましくは５時間以上、更に好まし
くは１０時間以上であり、通常１０日間以下、好ましくは５日以下、より好ましくは３日
以下、さらに好ましくは２日以下である。反応時間が短すぎるとゼオライトが結晶化し難
くなることがある。反応時間が長すぎると、求めるゼオライトとは異なるタイプのゼオラ
イトが生成し易くなることがある。
【００７５】
ゼオライト膜形成時の圧力は特に限定されず、密閉容器中に入れた水性反応混合物を、
この温度範囲に加熱したときに生じる自生圧力で十分である。さらに必要に応じて、窒素
などの不活性気体を加えても差し支えない。
水熱合成により得られたゼオライト膜複合体は、水洗した後に、加熱処理して、乾燥さ
せる。ここで、加熱処理とは、熱をかけてゼオライト膜複合体を乾燥又はテンプレートを
使用した場合にテンプレートを焼成することを意味する。
【００７６】
加熱処理の温度は、乾燥を目的とする場合、通常５０℃以上、好ましくは８０℃以上、
より好ましくは１００℃以上であり、通常２００℃以下、好ましくは１５０℃以下である
。また、テンプレートの焼成を目的とする場合、通常３５０℃以上、好ましくは４００℃
以上、より好ましくは４３０℃以上、さらに好ましくは４８０℃以上であり、通常９００
℃以下、好ましくは８５０℃以下、より好ましくは８００℃以下、さらに好ましくは７５
０℃以下である。
【００７７】
テンプレートの焼成を目的とする場合には、加熱処理の温度が低すぎると有機テンプレ
ートが残っている割合が多くなる傾向があり、ゼオライトの細孔が少なく、そのために分
離・濃縮の際の透過流束が減少する可能性がある。加熱処理温度が高すぎると支持体とゼ
オライトの熱膨張率の差が大きくなるためゼオライト膜に亀裂が生じやすくなる可能性が
あり、ゼオライト膜の緻密性が失われ分離性能が低くなることがある。
【００７８】
加熱時間は、ゼオライト膜が十分に乾燥、またはテンプレートが焼成する時間であれば
特に限定されず、好ましくは０．５時間以上、より好ましくは１時間以上である。上限は
特に限定されず、通常２００時間以内、好ましくは１５０時間以内、より好ましくは１０
０時間以内である。テンプレートの焼成を目的とする場合の加熱処理は空気雰囲気で行え
ばよいが、Ｎ２などの不活性気体や酸素を付加した雰囲気で行ってもよい。
【００７９】
水熱合成を有機テンプレートの存在下で行った場合、得られたゼオライト膜複合体を、
水洗した後に、例えば、加熱処理や抽出などにより、好ましくは加熱処理、すなわち焼成
により有機テンプレートを取り除くことが適当である。
テンプレートの焼成を目的とする加熱処理の際の昇温速度は、支持体とゼオライトの熱
膨張率の差がゼオライト膜に亀裂を生じさせることを少なくするために、なるべく遅くす
ることが望ましい。昇温速度は、通常５℃／分以下、好ましくは２℃／分以下、さらに好
ましくは１℃／分以下、特に好ましくは０．５℃／分以下である。通常、作業性を考慮し
０．１℃／分以上である。
【００８０】
また、焼成後の降温速度もゼオライト膜に亀裂が生じることを避けるためにコントロー
ルする必要がある。昇温速度と同様、遅ければ遅いほど望ましい。降温速度は、通常５℃
／分以下、好ましくは２℃／分以下、より好ましくは１℃／分以下、特に好ましくは０．
５℃／分以下である。通常、作業性を考慮し０．１℃／分以上である。
ゼオライト膜は、必要に応じてイオン交換してもよい。イオン交換は、テンプレートを
用いて合成した場合は、通常、テンプレートを除去した後に行う。イオン交換するイオン
としては、プロトン、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｌｉ＋などのアルカリ金属イオン、Ｃａ２＋、Ｍｇ
２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋などの第２族元素イオン、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎなどの遷移金属の
イオンなどが挙げられる。これらの中で、プロトン、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｌｉ＋などのアルカ
リ金属イオンが好ましい。
【００８１】
イオン交換は、焼成後（テンプレートを使用した場合など）のゼオライト膜を、ＮＨ４
ＮＯ３、ＮａＮＯ３などアンモニウム塩あるいは交換するイオンを含む水溶液、場合によ
っては塩酸などの酸で、通常、室温から１００℃の温度で処理後、水洗する方法などによ
り行えばよい。さらに、必要に応じて２００℃〜５００℃で焼成してもよい。
かくして得られる多孔質支持体−ゼオライト膜複合体（加熱処理後のゼオライト膜複合
体）の空気透過量［Ｌ／（ｍ２・ｈ）］は、通常１４００Ｌ／（ｍ２・ｈ）以下、好まし
くは１０００Ｌ／（ｍ２・ｈ）以下、より好ましくは７００Ｌ／（ｍ２・ｈ）以下、より
好ましくは６００Ｌ／（ｍ２・ｈ）以下、さらに好ましくは５００Ｌ／（ｍ２・ｈ）以下
、特に好ましくは３００Ｌ／（ｍ２・ｈ）以下、もっとも好ましくは２００Ｌ／（ｍ２・
ｈ）以下である。透過量の下限は特に限定されないが、通常０．０１Ｌ／（ｍ２・ｈ）以
上、好ましくは０．１Ｌ／（ｍ２・ｈ）以上、より好ましくは１Ｌ／（ｍ２・ｈ）以上で
ある。
【００８２】
ここで、空気透過量とは、後述するとおり、ゼオライト膜複合体を絶対圧５ｋＰａの真
空ラインに接続した時の空気の透過量［Ｌ／（ｍ２・ｈ）］である。
続いて、ゼオライト膜複合体を、Ｓｉ原子を１原子以上含む化合物である、Ｓｉ化合物
を含む液体で浸漬等の処理をする。これにより、ゼオライト膜表面がＳｉ化合物により修
飾されて、上記した特定の物理化学的性質を有するものとすることができる。例えば、ゼ
オライト膜表面にＳｉ層を形成することにより、ゼオライトが本来もつ細孔径よりも小さ
い開口径となり、分離性能が向上させることができると考えられる。また、ゼオライト膜
表面をＳｉ化合物により修飾することで膜表面に存在する微細な欠陥をふさぐ効果が副次
的に得られることがある。
【００８３】
この表面処理に用いる液体は、表面処理の条件下でゼオライト膜複合体が処理可能な状
態のものであれば特に制限されず、Ｓｉ化合物に溶媒を加えた溶液であってもよく、溶媒
を加えない液体であってもよく、ゾルまたはゲルであってもよい。ここで、溶媒は、水で
あっても有機溶媒であってもよい。また、沸点以上の温度では、加圧下で液状となってい
るものも溶媒に含まれる。この場合の圧力は、自生圧でも加圧でもよい。さらに、表面処
理用の液体には、少なくともＳｉ化合物を含んでいればよく、その他の元素源（化合物）
として、例えばＡｌ化合物を含んでいてもよい。
【００８４】
Ｓｉ化合物としては、例えば、メチルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリエ
トキシシラン、１,１,３,３−テトラメトキシ−１,３−ジメチルプロパンジシロキサンな
どのアルキルアルコキシシラン、ヘキサメチルジシロキサンなどのシロキサンを有する有
機ケイ素化合物、ヘキサメチルジシラザンのようなシラザンを有する有機ケイ素化合物、
テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランなどのシリケート、メチルシリケートオリ
ゴマー、エチルシリケートオリゴマーなどのシリケートオリゴマー、無定形シリカ、ヒュ
ームドシリカ、コロイダルシリカ、シリカゲル、ケイ酸ナトリウム、シリカゾルなどを用
いることができる。
【００８５】
これらの中で、反応性の面でシリケートまたはシリケートオリゴマーが好ましく、テト
ラエトキシシラン、メチルシリケートオリゴマーが特に好ましい。
これらのＳｉ化合物は、１種を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合せて使用して
もよい。
処理の方法としては液に浸漬し、浸漬した液の中でＳｉ化合物との化学的な結合を形成
させてもよいし、浸漬した後にゼオライト膜を液から出して表面にＳｉ化合物が付着した
状態で化学的な結合を形成してもよいし、浸漬中、浸漬後の両方で化学的な結合の形成を
してもよい。
【００８６】
先ず、溶媒として水を用いる場合について説明する。
水を溶媒として用いる場合、溶液の温度は、通常２０℃以上、好ましくは６０℃以上、
より好ましくは８０℃以上であり、通常２００℃以下、好ましくは１５０℃以下、より好
ましくは１３０℃以下である。温度が低すぎると、Ｓｉ化合物と膜表面およびＳｉ化合物
間で行われる脱水縮合反応、加水分解反応の進行が不十分でＳｉ化合物による修飾が十分
に行われず膜表面の親水性が十分に向上しないことがある。温度が高すぎると、ゼオライ
トが一部水中に溶出してゼオライト膜が壊れる可能性がある。
【００８７】
浸漬時間は、通常１時間以上、好ましくは４時間以上、より好ましくは８時間以上であ
り、通常１００時間以下、好ましくは５０時間以下、より好ましくは２４時間以下である
。浸漬時間が短すぎると、膜表面の変化が十分に進行せず、十分な効果が得られないこと
がある。浸漬時間が長すぎると、ゼオライトが一部水中に溶出してゼオライトが壊れる可
能性がある。
【００８８】
表面処理時の圧力は特に限定されず、大気圧あるいは、密閉容器中に入れた処理溶液を
、上記温度範囲に加熱したときに生じる自生圧力で十分である。さらに必要に応じて、窒
素などの不活性気体を加えても差し支えない。
溶液中のＳｉ化合物の含有量は、Ｓｉ化合物のモル濃度として、通常０．０１質量％以
上、好ましくは０．１質量％以上であり、通常２０質量％以下、好ましくは１０質量％以
下、より好ましくは５質量％以下である。また、Ｓｉ元素の場合の濃度としては、通常０
．０１質量％以上、好ましくは０．０５質量％以上、より好ましくは０．１質量％以上で
あり、通常１０質量％以下、好ましくは５質量％以下、より好ましくは２質量％以下であ
る。
【００８９】
溶液中には、ゼオライト表面ＯＨ基とＳｉ化合物、Ｓｉ化合物間の脱水縮合反応、アル
コキシ基の加水分解反応の触媒として、酸または塩基を存在させることが好ましい。従っ
て、溶液のｐＨは、通常０〜１２、好ましくは０．５〜１０、より好ましくは１〜８程度
であればよい。
水中に例えば、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、アミン等の塩基性物質を添加することで微量のＯＨ
−１イオンを積極的に存在させてもよく、その場合、水溶液中のＯＨ−１イオン濃度は、
通常０．０１ｍｏｌ／ｌ以下、より好ましくは０．００５ｍｏｌ／ｌ以下であり、通常０
．０００１ｍｏｌ／ｌ以上、好ましくは０．０００５ｍｏｌ／ｌ以上、より好ましくは０
．００１ｍｏｌ／ｌ以上である。水中にＯＨ−１イオンが存在することによって、存在し
ない場合よりも短時間で同等の効果を得ることが可能になる。水中のＯＨ−１イオン濃度
が高すぎると、ゼオライト膜が溶解して破壊されやすくなり処理時間の厳密なコントロー
ルが必要となる。
【００９０】
水溶液中に存在させる酸としては、例えば、カルボン酸、スルホン酸などの有機酸や、
硫酸、燐酸などの無機酸等が挙げられる。これらの中で、特にカルボン酸、無機酸が好ま
しい。
カルボン酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、マレ
イン酸、フタル酸、乳酸、クエン酸、アクリル酸などが好ましく、ギ酸、酢酸、乳酸がよ
り好ましく、酢酸が特に好ましい。無機酸としては、例えば、硫酸、硝酸、燐酸、塩酸な
どが好ましく、硫酸、硝酸、燐酸がより好ましい。
【００９１】
水溶液中の酸性物質の濃度は、好ましくは０．０１ｍｏｌ／ｌ以上、より好ましくは０
．０５ｍｏｌ／ｌ以上であり、さらに好ましくは１０ｍｏｌ／ｌ以下、特に好ましくは１
ｍｏｌ／ｌ以下である。
また、Ｈ＋濃度は、通常１×１０−１０ｍｏｌ／ｌ以上、好ましくは１×１０−８ｍｏ
ｌ／ｌ以上、より好ましくは１×１０−７ｍｏｌ／ｌ以上、特に好ましくは１×１０−５
ｍｏｌ／ｌ以上であり、通常１０ｍｏｌ／ｌ以下、好ましくは５ｍｏｌ／ｌ以下、より好
ましくは１ｍｏｌ／ｌ以下である。
【００９２】
Ｈ＋濃度が上記の範囲となるように塩基性物質を共存させてもよい。塩基性物質として
は、例えば、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、アミン等が挙げられる。
次に有機溶媒を用いる浸漬処理について説明する。
この場合、溶液の温度は、通常２０℃以上、好ましくは６０℃以上、より好ましくは８
０℃以上であり、通常２００℃以下、好ましくは１５０℃以下、より好ましくは１１０℃
以下である。温度が低すぎると、Ｓｉ化合物と膜表面およびＳｉ化合物間で行われる脱水
縮合反応、加水分解反応の進行が不十分でＳｉ化合物による修飾が十分に行われず分離性
能が十分に向上しないことがある。温度が高すぎるとゼオライト膜が壊れる可能性がある
。
【００９３】
浸漬時間は、通常０．５時間以上、好ましくは１時間以上、より好ましくは３時間以上
であり、通常５０時間以下、好ましくは２４時間以下、より好ましくは１０時間以下であ
る。浸漬時間が短すぎると、膜表面の変化が十分に進行せず、十分な効果が得られないこ
とがある。浸漬時間が長すぎると、ゼオライトが一部水中に溶出してゼオライトが壊れる
可能性がある。
【００９４】
表面処理時の圧力は特に限定されず、必要に応じて還流条件下で大気圧行うことが出来
る。あるいは必要に応じて密閉容器中に入れた処理溶液を、上記温度範囲に加熱したとき
に生じる自生圧力下で処理を行ってもよい。さらに必要に応じて、窒素などの不活性気体
加えても差し支えない。
用い得る有機溶媒としては、例えば、トルエン、ヘキサン等の非極性溶媒、アニソール
、イソプロピルアルコール等のアルコール溶媒、および、アセトンなどの極性溶媒が挙げ
られる。これらの中で、トルエン、イソプロピルアルコールが特に好ましい。これらの有
機溶媒は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合せて用いてもよい。
【００９５】
さらに、有機溶媒を用いる場合には、水を系内に添加してもよい。添加し得る水の濃度
は、通常０．００１質量％以上、好ましくは０．０５質量％以上、より好ましくは０．２
質量％以上であり、通常５質量％以下、好ましくは３質量％以下、より好ましくは２質量
％以下である。
溶液中のＳｉ化合物の含有量は、Ｓｉ元素濃度として、通常０．０１質量％以上、好ま
しくは０．０５質量％以上、より好ましくは０．１質量％以上であり、通常１０質量％以
下、好ましくは５質量％以下、より好ましくは２質量％以下である。また、Ａｌ化合物の
含有量は、Ａｌ元素濃度として、通常０．０１質量％以上、好ましくは０．０５質量％以
上、より好ましくは０．１質量％以上であり、通常１０質量％以下、好ましくは５質量％
以下、より好ましくは１質量％以下である。
【００９６】
表面処理においては、Ｓｉ化合物を少なくとも含む液体に浸漬し、その後加熱を行って
処理することもできる。この場合には溶媒を加えずに処理することも出来る。特に、Ｓｉ
化合物としてシリケートオリゴマーを用いる場合には、溶媒をさらに加えなくてもよい。
溶媒をさらに加えない場合においてもその他の元素源（化合物）として、例えばＡｌ化合
物を含んでいてもよい。
【００９７】
溶媒を加えずに表面処理を行う場合の浸漬温度は、通常１℃以上、好ましくは５℃以上
、より好ましくは１０℃以上、特に好ましくは１５℃以上であり、通常２００℃以下、好
ましくは１５０℃以下、より好ましくは１３０℃以下、特に好ましくは１００℃以下、最
も好ましくは８０℃以下である。温度が低すぎると、Ｓｉ化合物の流動性が低くなり、ゼ
オライト膜複合体表面に均一にＳｉ化合物が付着せずに、修飾が部分的になることがある
。温度が高すぎると、Ｓｉ化合物同士の反応が早く進行し、ゼオライト膜複合体表面への
付着、反応が十分進行しない場合がある。
【００９８】
浸漬時間は、通常０．５秒以上、好ましくは１秒以上、より好ましくは２秒以上、特に
好ましくは３秒以上であり、通常１０時間以下、好ましくは７時間以下、より好ましくは
５時間以下、さらに好ましくは３時間以下、特に好ましくは１時間以下である。
表面処理時の圧力は特に限定されず、大気圧、あるいは密閉容器中に入れた処理溶液を
、上記温度範囲に加熱したときに生じる自生圧力で十分である。さらに必要に応じて、窒
素などの不活性気体を加えても差し支えない。
【００９９】
Ｓｉ化合物を含む液体に浸漬後に加熱処理をする場合には、ゼオライト膜複合体を、Ｓ
ｉ化合物を含む液体に浸漬する際に、管状のゼオライト膜複合体の場合、下のみあるいは
上下をシリコンゴム栓やテフロン（登録商標）テープなどでふさぐことにより、支持体に
多量のＳｉ化合物が浸透するのを妨げることが望ましい。ゼオライト膜の表面のみにＳｉ
化合物を接触させ、支持体部分への浸透を防ぐことで、高い透過量を維持したまま、効率
的にゼオライト膜の表面を表面処理できる。
【０１００】
浸漬後の加熱温度としては、通常３０℃以上、好ましくは５０℃以上、より好ましくは
７０℃以上であり、通常３００℃以下、好ましくは２５０℃以下、より好ましくは２００
℃以下、特に好ましくは１５０℃以下である。温度がこの範囲より低い場合にはゼオライ
ト膜表面のＳｉ化合物による修飾が十分に固定化されない場合がある。温度がこの範囲よ
り高い場合にはＳｉ化合物の沸点にもよるがＳｉ化合物が表面から揮発し修飾が十分行わ
れなくなる場合がある。
【０１０１】
浸漬後に加熱する際には、加熱時間は通常３０分以上、好ましくは１時間以上、より好
ましくは１．５時間以上、さらに好ましくは２時間以上であり、通常３０時間以下、好ま
しくは２５時間以下、より好ましくは２０時間以下、さらに好ましくは１５時間以下であ
る。時間がこの範囲より短い場合にはゼオライト膜表面のＳｉ化合物による修飾が十分に
固定化されない場合がある。時間がこの範囲より長い場合には、Ｓｉ化合物による修飾が
十分に固定化される以上に加熱することになりエネルギー的に不利である。
【０１０２】
浸漬後に加熱する際には、加熱する系内に水を共存させることが好ましい。水を共存さ
せることでシリケートオリゴマーなどに含まれるアルコキシシランの加水分解が進行しや
すくなり、ゼオライト膜表面の修飾が十分に行われやすくなる。
浸漬後の加熱は通常の乾燥機などで行うことも出来るし、密閉容器中に浸漬後の膜を入
れて加熱してもよい。密閉容器中に浸漬後の膜を入れる際には少量の水を膜に接触しない
ように共存させてもよい。
かくして製造されるゼオライト膜複合体は、上記のとおり優れた特性をもつものであり
、本発明の分離または濃縮方法における膜分離手段として好適に用いることができる。
【０１０３】
＜分離または濃縮方法＞
本発明の分離または濃縮方法は、複数の気体成分を含有する混合気体を上記詳述した分
離膜に接触させて、該混合気体のうち透過性の高い成分を透過させることにより、該混合
気体から該透過性の高い成分を分離する、または、該混合気体から透過性の高い成分を透
過させることにより、透過性の低い成分を濃縮する。
【０１０４】
本発明の分離または濃縮方法において、ゼオライト膜を備えた無機多孔質支持体を介し
、支持体側又はゼオライト膜側の一方の側に複数の成分からなる複数の気体成分を含有す
る混合気体を接触させ、その逆側を混合気体が接触している側よりも低い圧力とすること
によって混合気体から、ゼオライト膜に透過性が高い成分（透過性が相対的に高い混合物
中の物質）を選択的に、すなわち透過物質の主成分として透過させる。これにより、混合
気体から透過性の高い物質を分離することができる。その結果、混合気体中の特定の成分
（透過性が相対的に低い混合気体中の物質）の濃度を高めることで、特定の成分を分離回
収、あるいは濃縮することができる。
【０１０５】
分離または濃縮の対象となる混合気体としては、本発明における多孔質支持体−ゼオラ
イト膜複合体によって、分離または濃縮が可能な混合気体であれば特に制限はない。
本発明の方法において、分離または濃縮の対象となる混合気体としては、例えば、二酸
化炭素、酸素、窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ノルマルブタ
ン、イソブタン、１−ブテン、２-ブテン、イソブテン、六フッ化硫黄、ヘリウム、一酸
化炭素、一酸化窒素、水などから選ばれる少なくとも１種の成分を含むものが挙げられる
。これらの気体成分のうち、パーミエンスの高い気体成分は、ゼオライト膜複合体を透過
し分離され、パーミエンスの低い気体成分は供給気体側に濃縮される。
【０１０６】
特に混合気体としては、ｋｉｎｅｔｉｃ直径が４Å以下の気体分子を少なくとも１種類
含有することが好ましい。本発明によれば、特に成分の少なくとも一つにｋｉｎｅｔｉｃ
直径が４Å以下の成分を含む気体においても、透過性の高い成分の分離、または透過性の
高い成分を透過させることによる透過性の低い成分の濃縮を高い分離性能で行うことが可
能となる。
【０１０７】
混合気体としては、上記成分の少なくとも２種の成分を含む。この場合、２種の成分と
しては、パーミエンスの高い成分とパーミエンスの低い成分の組合せが好ましい。
ここで、パーミエンス（Permeance、「透過度」ともいう）とは透過する物質量を、膜
面積と時間と透過する物質の供給側と透過側の分圧差の積で割ったものであり、単位は、
［ｍｏｌ・（ｍ２・ｓ・Ｐａ）−１］である。
【０１０８】
混合気体として具体的には、酸素を含有する混合気体、メタン及びヘリウムを含有する
混合気体、二酸化炭素及び窒素を含有する混合気体などが挙げられ、空気、天然ガス、燃
焼気体やコークスオーブンガス、ごみ埋め立て場から発生するランドファィルガスなどの
バイオガス、石油化学工業で生成、排出されるメタンの水蒸気改質ガスなどの分離または
濃縮に使用することができる。
【０１０９】
酸素を含有する混合気体を用いる場合は、該混合気体から酸素を分離する、または、該
混合気体から酸素を透過させるために使用されることが好ましい。酸素を含有する混合気
体としては空気などが挙げられる。
メタン及びヘリウムを含有する混合気体を用いる場合は、該混合気体から、ヘリウムを
分離する、または、該混合気体からヘリウムを透過させるために使用されることが好まし
い。メタン及びヘリウムを含有する混合気体としては、天然ガスなどが挙げられる。
【０１１０】
二酸化炭素及び窒素を含有する混合気体を用いる場合は、該混合気体から、二酸化炭素
を分離する、または、該混合気体から二酸化炭素を透過させるために使用されることが好
ましい。二酸化炭素及び窒素を含有する混合気体としては、燃焼気体などが挙げられる。
本発明で用いるゼオライト膜に対して、酸素は高い透過性を有する。そのため、このゼ
オライト膜に酸素を含有する混合気体を接触させ分離させることにより、酸素を含有する
混合気体、例えば空気中の酸素濃度を高めることができ、高酸素濃度の混合気体を製造す
ることができる。
【０１１１】
例えば、混合気体として空気を用いた場合、酸素濃度を３０％以上、さらには３５％以
上とすることが可能である。
また、本発明で用いるゼオライト膜に対して、ヘリウムは高い透過性を有する。そのた
め、このゼオライト膜に、例えばヘリウムやメタンを含有する天然ガスを接触させること
により、ヘリウムを分離することができる。
【０１１２】
また、本発明で用いるゼオライト膜に対して、二酸化炭素は高い透過性を有する。その
ため、このゼオライト膜に、例えば二酸化炭素や窒素を含有する燃焼気体を接触させるこ
とにより、二酸化炭素を分離することができる。
これら混合気体の分離や濃縮の条件は、対象とする気体種や組成等に応じて、それ自体
既知の条件を採用すればよい。
【０１１３】
混合気体の分離に用いるゼオライト膜複合体を有する分離膜モジュールの形態としては
、平膜型、スパイラル型、ホロウファーバー型、円筒型、ハニカム型等が考えられ、適用
対象に合わせて最適な形態が選ばれる。
その一つである円筒型分離膜モジュールを説明する。
図１において、円筒型のゼオライト膜複合体１は、ステンレス製の耐圧容器２に格納さ
れた状態で恒温槽（図示せず）に設置されている。恒温槽には、試料気体の温度調整が可
能なように、温度制御装置が付設されている。
【０１１４】
円筒型のゼオライト膜複合体１の一端は、円柱状のエンドピン３で密封されている。他
端は接続部４で接続され、接続部４の他端は、耐圧容器２と接続されている。円筒型のゼ
オライト膜複合体の内側と、透過気体８を排出する配管１１が、接続部４を介して接続さ
れており、配管１１は、耐圧容器２の外側に伸びている。耐圧容器２には、試料気体の供
給側の圧力を測る圧力計５が接続されている。各接続部は気密性よく接続されている。
【０１１５】
図１において、円筒型のゼオライト膜複合体１は、ステンレス製の耐圧容器２に格納さ
れた状態で、恒温槽（図示せず）に設置されている。恒温槽には、試料気体の温度調整が
可能なように、温度制御装置が付設されている。
円筒型のゼオライト膜複合体１の一端は、円形のエンドピン３で密封されている。他端
は、接続部４で接続され、接続部４の他端は耐圧容器２と接続されている。円筒型のゼオ
ライト膜複合体１の内側と透過気体８を排出する配管１１が、接続部４を介して接続され
ており、配管１１は、耐圧容器２の外側に伸びている。また、ゼオライト膜複合体１には
、配管１１を経由して、スイープ気体９を供給する配管１２が挿入されている。さらに、
耐圧容器２に通ずるいずれかの箇所には、試料気体（混合気体）の供給側の圧力を測る圧
力計５、供給側の圧力を調整する背圧弁６が接続されている。各接続部は気密性よく接続
されている。
【０１１６】
試料気体（供給気体７）を、一定の流量で耐圧容器２とゼオライト膜複合体１の間に供
給し、背圧弁６により供給側の圧力を一定とする。気体は膜１の内外の分圧差に応じて膜
１を透過し、配管１１を通じて排出される。
混合気体からの気体分離温度としては、０から５００℃の範囲内で行なわれる。膜の分
離特性から考えると室温から１００℃の範囲内が望ましい。
【実施例】
【０１１７】
以下、実験例（実施例、比較例）に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、本発明
はその要旨を越えない限り、以下の実験例により限定されるものではない。
なお、以下の実施例における各種の製造条件や評価結果の値は、本発明の実施態様にお
ける上限または下限の好ましい値としての意味をもつものであり、好ましい範囲は、前記
上限または下限の値と下記実施例の値または実施例同士の値との組合せで規定される範囲
であってもよい。
【０１１８】
＜物性及び分離性能の測定＞
以下の実験例において、物性や分離性能等の測定は、特に明記しない限り次のとおり行
った。
（１）Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定
ゼオライト膜のＸＲＤ測定を、以下の条件で行った。
・装置名：オランダＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製Ｘ’ＰｅｒｔＰｒｏ  ＭＰＤ
・光学系仕様  入射側：封入式Ｘ線管球（ＣｕＫα）
Ｓｏｌｌｅｒ  Ｓｌｉｔ  （０．０４ｒａｄ）
Ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ  Ｓｌｉｔ  （Ｖａｌｉａｂｌｅ  Ｓｌｉ
ｔ）
試料台：ＸＹＺステージ
受光側：半導体アレイ検出器（Ｘ’  Ｃｅｌｅｒａｔｏｒ）
Ｎｉ−ｆｉｌｔｅｒ
Ｓｏｌｌｅｒ  Ｓｌｉｔ  （０．０４ｒａｄ）
ゴニオメーター半径：２４０ｍｍ
・測定条件    Ｘ線出力（ＣｕＫα）：４５ｋＶ、４０ｍＡ
走査軸：θ／２θ
走査範囲（２θ）：５．０−７０．０°
測定モード：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ
読込幅：０．０５°
計数時間：９９．７ｓｅｃ
自動可変スリット（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ−ＤＳ）：１ｍｍ（照射幅）
横発散マスク：１０ｍｍ（照射幅）
【０１１９】
なお、Ｘ線は円筒管の軸方向に対して垂直な方向に照射した。またＸ線は、できるだけ
ノイズ等が入らないように、試料台においた円筒管状の膜複合体と、試料台表面と平行な
面とが接する２つのラインのうち、試料台表面ではなく、試料台表面より上部にあるもう
一方のライン上に主にあたるようにした。
また、照射幅を自動可変スリットによって１ｍｍに固定して測定し、Ｍａｔｅｒｉａｌ
ｓ  Ｄａｔａ，  Ｉｎｃ．のＸＲＤ解析ソフトＪＡＤＥ  ７．５．２（日本語版）を用い
て可変スリット→固定スリット変換を行ってＸＲＤパターンを得た。
【０１２０】
（２）ＳＥＭ−ＥＤＸ測定
ゼオライト膜のＳＥＭ−ＥＤＸ測定を、以下の条件で行った。
・装置名：ＳＥＭ：ＦＥ−ＳＥＭ  Ｈｉｔａｃｈｉ：Ｓ−４８００
ＥＤＸ：ＥＤＡＸ  Ｇｅｎｅｓｉｓ
・加速電圧：１０ｋＶ
倍率５０００倍での視野全面（２５μｍ×１８μｍ）を走査し、Ｘ線定量分析を行った
。
このＳＥＭ−ＥＤＸ測定により、生成したゼオラ・BR>Cト膜自体のＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ
３モル比を求めた。なお、ＳＥＭ−ＥＤＸ測定において、Ｘ線の照射エネルギーを１０ｋ
Ｖ程度とすることにより数ミクロンのゼオライト膜のみの情報を得ることができる。
【０１２１】
（３）ＸＰＳ測定
ゼオライト膜表面のＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）測定を、以下の条件で行った。
・装置名：ＰＨＩ社製  Ｑｕａｎｔｕｍ２０００
・Ｘ線源：単色化Ａｌ−Ｋα、出力  １６ｋＶ−３４Ｗ（Ｘ線発生面積１７０μｍφ）
・帯電中和：電子銃（５μＡ）、イオン銃（２Ｖ）併用
・分光系：パルスエネルギー  １８７．８５ｅＶ＠ワイドスペクトル
１１７．４０ｅＶ＠ナロースペクトル（Ａｌ２ｐ）
２９．３５ｅＶ＠ナロースペクトル（Ｃ１ｓ,Ｏ１ｓ,Ｓｉ
２ｐ）
・測定領域：スポット照射（照射面積＜３４０μｍφ）
・取り出し角：４５°（表面より）
このＸＰＳ測定により、生成したゼオライト膜表面のＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比を求
めた。
【０１２２】
（４）空気透過量
大気圧下で、ゼオライト膜複合体の一端を封止し、他端を、気密性を保持した状態で５
ｋＰａの真空ラインに接続して、真空ラインとゼオライト膜複合体の間に設置したマスフ
ローメーターでゼオライト膜複合体を透過した空気の流量を測定し、空気透過量［Ｌ／（
ｍ２・ｈ）］とした。マスフローメーターとしてはＫＯＦＬＯＣ社製８３００、Ｎ２気体
用、最大流量５００ｍｌ／ｍｉｎ（２０℃、１気圧換算）を用いた。ＫＯＦＬＯＣ社製８
３００においてマスフローメーターの表示が１０ｍｌ／ｍｉｎ（２０℃、１気圧換算）以
下であるときはＬｉｎｔｅｃ社製ＭＭ−２１００Ｍ、Ａｉｒ気体用、最大流量２０ｍｌ／
ｍｉｎ（０℃、１気圧換算）を用いて測定した。
【０１２３】
（５）単成分気体透過評価
単成分気体透過試験は、図１に模式的に示す装置を用いて、以下のとおり行った。用い
た試料気体は、二酸化炭素（純度９９．９％、高圧気体工業社製）、メタン（純度９９．
９９９％、ジャパンファインプロダクツ製）、窒素（純度９９.９９％、東邦酸素工業製
）、ヘリウム（純度９９.９９、ジャパンヘリウムセンター製）である。
【０１２４】
図１において、円筒型のゼオライト膜複合体１は、ステンレス製の耐圧容器２に格納さ
れた状態で恒温槽（図示せず）に設置されている。恒温槽には、試料気体の温度調整が可
能なように、温度制御装置が付設されている。
円筒型のゼオライト膜複合体１の一端は、円柱状のエンドピン３で密封されている。他
端は接続部４で接続され、接続部４の他端は、耐圧容器２と接続されている。円筒型のゼ
オライト膜複合体の内側と、透過気体８を排出する配管１１が、接続部４を介して接続さ
れており、配管１１は、耐圧容器２の外側に伸びている。耐圧容器２には、試料気体の供
給側の圧力を測る圧力計５が接続されている。各接続部は気密性よく接続されている。
【０１２５】
図１において、円筒型のゼオライト膜複合体１は、ステンレス製の耐圧容器２に格納さ
れた状態で、恒温槽（図示せず）に設置されている。恒温槽には、試料気体の温度調整が
可能なように、温度制御装置が付設されている。
円筒型のゼオライト膜複合体１の一端は、円形のエンドピン３で密封されている。他端
は、接続部４で接続され、接続部４の他端は耐圧容器２と接続されている。円筒型のゼオ
ライト膜複合体１の内側と透過気体８を排出する配管１１が、接続部４を介して接続され
ており、配管１１は、耐圧容器２の外側に伸びている。また、ゼオライト膜複合体１には
、配管１１を経由して、スイープ気体９を供給する配管（スイープ気体導入用配管）１２
が挿入されている。さらに、耐圧容器２に通ずるいずれかの箇所には、試料気体の供給側
の圧力を測る圧力計５、供給側の圧力を調整する背圧弁６が接続されている。各接続部は
気密性よく接続されている。
【０１２６】
図１の装置において、単成分気体透過試験を行う場合は、試料気体（供給気体７）を、
一定の流量で耐圧容器２とゼオライト膜複合体１の間に供給し、背圧弁６により供給側の
圧力を一定とする。配管１１から排出される排出気体１０の流量を測定する。
さらに具体的には、水分や空気などの成分を除去するため、測定温度以上での乾燥、及
び、排気若しくは使用する供給気体によるパージ処理をした後、試料温度及びゼオライト
膜複合体１の供給気体７側と透過気体８側の差圧を一定として、透過気体流量が安定した
のちに、ゼオライト膜複合体１を透過した試料気体（透過気体８）の流量を測定し、気体
のパーミエンス［ｍｏｌ・（ｍ２・ｓ・Ｐａ）−１］を算出する。パーミエンスを計算す
る際の圧力は、供給気体の供給側と透過側の圧力差（差圧）を用いる。
【０１２７】
上記測定結果に基づき、理想分離係数αを下記式（１）により算出する。
α＝（Ｑ１／Ｑ２）／（Ｐ１／Ｐ２）      （１）
〔式（１）中、Ｑ１およびＱ２は、それぞれ、透過性の高い気体および透過性の低い気体
の透過量［ｍｏｌ・（ｍ２・ｓ）−１］を示し、Ｐ１およびＰ２は、それぞれ、供給気体
である透過性の高い気体および透過性の低い気体の圧力［Ｐａ］を示す。〕
【０１２８】
（６）混合気体透過試験
ゼオライト膜複合体の混合気体透過試験は、図１に模式的に示す装置を用いて、以下の
とおり行った。用いた試料気体は、圧縮空気である。
図１において、円筒型のゼオライト膜複合体１は、ステンレス製の耐圧容器２に格納さ
れた状態で、恒温槽（図示せず）に設置されている。高温槽には、試料気体の温度調整が
可能なように、温度制御装置が付設されている。
【０１２９】
円筒型のゼオライト膜複合体１の一端は、円形のエンドピン３で密封されている。他端
は、接続部４で接続され、接続部４の他端は耐圧容器２と接続されている。円筒型のゼオ
ライト膜複合体の内側と透過気体８を排出する配管１１が、接続部４を介して接続されて
おり、配管１１は、耐圧容器２の外側に伸びている。また、ゼオライト膜複合体１には、
配管１１を経由して、スイープ気体９を供給する配管１２が挿入されている。さらに、耐
圧容器２には、試料気体の供給側の圧力を測る圧力計５、供給側の圧力を調整する背圧弁
６が接続されている。各接続部は気密性よく接続されている。
【０１３０】
図１の装置において、試料気体（供給気体７）を、一定の流量で耐圧容器２とゼオライ
ト膜複合体１の間に供給し、背圧弁６により供給側の圧力を一定とする。一方、スイープ
気体９を配管１２から、ゼオライト膜複合体１の内側に流し、配管１１から排出される排
出気体（スイープ気体９の排出気体及び同伴された透過気体８）の流量を測定するととも
に、排出気体を分取して気体クロマトグラフによる成分分析を行う。
【０１３１】
このときの、ゼオライト膜複合体１を透過した各成分気体の流速を、上記のとおり測定
し、気体の透過量［ｍｏｌ・（ｍ２・ｓ）−１］を算出する。
上記測定結果に基づき、分離係数α’を下記式（２）により算出する。
α’＝（Ｑ’１／Ｑ’２）／（Ｐ’１／Ｐ’２）    （２）
〔式（２）中、Ｑ’１およびＱ’２は、それぞれ、透過性の高い気体および透過性の低い
気体の透過量［ｍｏｌ・（ｍ２・ｓ）−１］を示し、Ｐ’１およびＰ’２は、それぞれ、
供給気体中の透過性の高い気体および透過性の低い気体の分圧［Ｐａ］を示す。〕
【０１３２】
（比較例１）
無機多孔質支持体とＣＨＡ型ゼオライト膜の膜複合体は、ＣＨＡ型ゼオライトを無機多
孔質支持体上に直接水熱合成することで次のとおり作製した。
水熱合成用の反応混合物として、以下のものを調製した。
水酸化リチウム１水和物０．２９ｇと１ｍｏｌ／Ｌ−ＫＯＨ水溶液１３．９ｇと水１０
４．０ｇを混合したものに水酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３  ５３．５質量％含有、アル
ドリッチ社製）１．３２ｇを加えて撹拌し溶解させ、透明溶液とした。これに有機テンプ
レートとして、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−１−アダマンタンアンモニウムヒドロキシド（
以下これを「ＴＭＡＤＡＯＨ」という。）水溶液（ＴＭＡＤＡＯＨ  ２５質量％含有、セ
イケム社製）２．３５ｇを加え、さらにコロイダルシリカ（日産化学社製  スノーテック
−４０）１０．４ｇを加えて２時間撹拌し、反応混合物とした。
【０１３３】
この反応混合物の組成（モル比）は、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３／ＬｉＯＨ／ＫＯＨ／Ｈ２
Ｏ／ＴＭＡＤＡＯＨ＝１／０．１／０．１／０．２／１００／０．０４、ＳｉＯ２／Ａｌ
２Ｏ３＝１０である。
無機多孔質支持体としてアルミナチューブ（外径１２ｍｍ、内径９ｍｍ）を８０ｍｍの
長さに切断し、超音波洗浄機で洗浄したのち乾燥させたものを用いた。
【０１３４】
種結晶として、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３／ＮａＯＨ／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ／ＴＭＡＤＡＯＨ＝
１／０．０３３／０．１／０．０６／４０／０．０７のゲル組成（モル比）で１６０℃、
２日間水熱合成して結晶化させたＣＨＡ型ゼオライトを用いた。
この種結晶を１質量％水中に分散させた分散液に、上記支持体を所定時間浸漬した後、
１００℃で５時間乾燥させて、種結晶を付着させた。付着した種結晶の質量は１．２ｇ／
ｍ２であった。
【０１３５】
このように種結晶を付着させた支持体と、同様に種結晶を付着させた支持体２本の合計
３本を、上記反応混合物の入ったテフロン（登録商標）製内筒（２００ｍｌ）に垂直方向
に浸漬してオートクレーブを密閉し、静置状態で、１６０℃、４８時間、自生圧力下で加
熱した。所定時間経過後、放冷した後に支持体−ゼオライト膜複合体を反応混合物から取
り出し、洗浄後１００℃で２時間以上乾燥させた。
【０１３６】
テンプレート焼成前のゼオライトの膜複合体を電気炉で５００℃、５時間焼成した。焼
成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したＣＨＡ型ゼ
オライトの質量は１４５ｇ／ｍ２であった。
焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は１７７Ｌ／（ｍ２・ｈ）であった。
生成した膜のＸＲＤを測定したところＣＨＡ型ゼオライトが生成していることがわかっ
た。
【０１３７】
このゼオライト膜複合体について、ＸＰＳにより測定したゼオライト膜表面のＳｉＯ２
／Ａｌ２Ｏ３モル比は１１．４であった。
得られた無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を用いて、図１に示した装置
を用いて５０℃で単成分気体透過評価を行なった。前処理として、ゼオライト膜複合体を
、１４０℃で、供給気体７として二酸化炭素を、耐圧容器２とゼオライト膜複合体１との
円筒の間に導入して、二酸化炭素の透過量が安定するまで乾燥した。評価した気体は二酸
化炭素、メタン、窒素、ヘリウムである。
【０１３８】
このようにして得られたＣＯ２／Ｎ２、Ｈｅ／ＣＨ４のパーミエンス比、Ｈｅのパーミ
エンスを表１に示す。ＣＯ２／Ｎ２のパーミエンス比は１２、Ｈｅ／ＣＨ４パーミエンス
比は１３であり、分離性能としては不十分であった。
得られた無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を用いて、図１に示した装置
を用いて、５０℃で空気の分離評価を行なった。空気を配管７から供給し、背圧が０．１
ＭＰａとなるように背圧弁６を調整し、空気分離を行った。
得られた分離結果を表１に示す。分離後の酸素濃度は２８％であり、分離前よりも酸素
濃度は高くなっているもののその濃度は十分でなかった。
【０１３９】
（比較例２）
加熱時間を２４時間とした以外は比較例１と同様に無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオラ
イト膜複合体を作製した。付着した種結晶の質量は１．０ｇ／ｍ２であり、焼成後の膜複
合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したＣＨＡ型ゼオライトの
質量は１２６ｇ／ｍ２であった。
【０１４０】
焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は１５５Ｌ／（ｍ２・ｈ）であった。
このゼオライト膜複合体について、ＸＰＳにより測定したゼオライト膜表面のＳｉＯ２
／Ａｌ２Ｏ３モル比は１９．０であった。
得られた無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を用いて比較例１と同様に５
０℃で単成分気体透過評価を行なった。このようにして得られたＣＯ２／Ｎ２、Ｈｅ／Ｃ
Ｈ４のパーミエンス比、Ｈｅのパーミエンスを表１に示す。ＣＯ２／Ｎ２のパーミエンス
比は１５、Ｈｅ／ＣＨ４パーミエンス比は１６であり、分離性能としては不十分であった
。
【０１４１】
得られた無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を用いて、図１に示した装置
を用いて、５０℃で空気の分離評価を行なった。得られた分離結果を表１に示す。分離後
の酸素濃度は２７％であり、分離前よりも酸素濃度は高くなっているもののその濃度は十
分でなかった。
【０１４２】
（比較例３）
無機多孔支持体としてムライトチューブを使用した以外は比較例１と同様に無機多孔質
支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を作製した。付着した種結晶の質量は０．７ｇ／ｍ
２であり、焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化し
たＣＨＡ型ゼオライトの質量は１４０ｇ／ｍ２であった。
【０１４３】
このように得たゼオライト膜複合体を次のように表面処理した。テトラエトキシシラン
に、上部の端面には空気孔を設けた栓をし、下部の端面には孔のない栓をしたゼオライト
膜複合体を室温で５秒程度漬けて引き上げた。その後風乾し、さらに底に水約１ｇを入れ
たテフロン（登録商標）製内筒に治具を用いて垂直に立てていれオートクレーブを密閉し
、１００℃で６時間加熱し、所定時間経過後、放冷した後でゼオライト膜複合体を取り出
し、さらに１５０℃で１ｈ加熱処理した。
【０１４４】
このゼオライト膜複合体について、ＸＰＳにより測定したゼオライト膜表面のＳｉＯ２
／Ａｌ２Ｏ３モル比は２３．０でありテトラエトキシシランで処理することで表面のＳｉ
の割合が増加したため値が大きくなっていると考えられる。
得られた無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を用いて比較例２と同様に５
０℃で単成分気体透過評価を行なった。得られたＣＯ２／Ｎ２、Ｈｅ／ＣＨ４のパーミエ
ンス比、Ｈｅのパーミエンスを表１に示す。ＣＯ２／Ｎ２のパーミエンス比は１７、Ｈｅ
／ＣＨ４パーミエンス比は１７であり、分離性能が向上している傾向にあるものの不十分
であった。
【０１４５】
得られた無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を用いて、図１に示した装置
を用いて、５０℃で空気の分離評価を行なった。得られた分離結果を表１に示す。分離後
の酸素濃度は２７％であり、分離前よりも酸素濃度は高くなっているもののその濃度は十
分でなかった。
【０１４６】
（実施例１）
水熱合成用の反応混合物として、以下のものを調製した。
１ｍｏｌ／Ｌ−ＮａＯＨ水溶液１０．８ｇと１ｍｏｌ／Ｌ−ＫＯＨ水溶液７．２ｇと水
１０３．３ｇを混合したものに水酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３  ５３．５質量％含有、
アルドリッチ社製）０．９１ｇを加えて撹拌し溶解させ、透明溶液とした。これに有機テ
ンプレートとして、ＴＭＡＤＡＯＨ水溶液（ＴＭＡＤＡＯＨ  ２５質量％含有、セイケム
社製）２．４３ｇを加え、さらにコロイダルシリカ（日産化学社製  スノーテック−４０
）１０．８ｇを加えて２時間撹拌し、反応混合物とした。
【０１４７】
この反応混合物の組成（モル比）は、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３／ＮａＯＨ／ＫＯＨ／Ｈ２
Ｏ／ＴＭＡＤＡＯＨ＝１／０．０６７／０．１５／０．１／１００／０．０４、ＳｉＯ２
／Ａｌ２Ｏ３＝１５である。
無機多孔質支持体として比較例１と同様のアルミナチューブを用いた。
種結晶 として、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３／ＮａＯＨ／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ／ＴＭＡＤＡＯＨ
＝１／０．０３３／０．１／０．０６／２０／０．０７のゲル組成（モル比）で１６０℃
、２日間水熱合成して結晶化させたＣＨＡ型ゼオライトを用いた。  この種結晶を０．３
質量％水中に分散させた分散液に、上記支持体を所定時間浸漬した後、１００℃で５時間
乾燥させて、種結晶を付着させた。付着した種結晶の質量は０．６ｇ／ｍ２であった。
【０１４８】
このように種結晶を付着させた支持体を比較例２と同様に加熱、洗浄、乾燥した。焼成
後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したＣＨＡ型ゼオ
ライトの質量は１２５ｇ／ｍ２であった。焼成後のゼオライト膜複合体の空気透過量は１
７Ｌ／（ｍ２・ｈ）であった。
【０１４９】
このように得たゼオライト膜複合体を、次のように表面処理した。イソプロピルアルコ
ールにメチルシリケートオリゴマー（ＭＫＣ（登録商標）シリケート、ＭＳ−５１、三菱
化学社製）を３０質量％で混合した溶液に、上部の端面には空気孔を設けた栓をし、下部
の端面には孔のない栓をしたゼオライト膜複合体を室温で５秒程度漬けて引き上げた。そ
の後風乾し、さらに底に水約１ｇを入れたテフロン（登録商標）製内筒に治具を用いて垂
直に立てていれオートクレーブを密閉し、１００℃で６時間加熱し、所定時間経過後、放
冷した後でゼオライト膜複合体を取り出し、さらに１５０℃で１ｈ加熱処理した。
【０１５０】
このゼオライト膜複合体について、ＸＰＳにより測定したゼオライト膜表面のＳｉＯ２
／Ａｌ２Ｏ３モル比は６９．０であった。
得られた無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を用いて比較例１と同様に５
０℃で単成分気体透過評価を行なった。得られたＣＯ２／Ｎ２、Ｈｅ／ＣＨ４のパーミエ
ンス比、Ｈｅのパーミエンスを表１に示す。ＣＯ２／Ｎ２のパーミエンス比は１７、Ｈｅ
／ＣＨ４パーミエンス比は１７であり、分離性能が向上している傾向にあるものの不十分
であった。
【０１５１】
得られた無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を用いて、図１に示した装置
を用いて、５０℃で空気の分離評価を行なった。得られた分離結果を表１に示す。分離後
の酸素濃度は４０％であり、比較例１、２および３と比べて高い濃度の酸素が得られるこ
とがわかった。
【０１５２】
（実施例２）
比較例３と同様に無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を作成した。付着し
た種結晶の質量は１．９ｇ／ｍ２であり、焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差か
ら求めた、支持体上に結晶化したＣＨＡ型ゼオライトの質量は１４６ｇ／ｍ２であった。
このように得た膜複合体に実施例１同様に表面処理を実施した。
【０１５３】
このゼオライト膜複合体について、ＳＥＭ−ＥＤＸにより測定したゼオライト膜自体の
ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比は３３．６、ＸＰＳにより測定したゼオライト膜表面のＳｉ
Ｏ２／Ａｌ２Ｏ３モル比は２００であり表面のＳｉの割合が高いことがわかる。
得られた無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を用いて比較例１と同様に５
０℃で単成分気体透過評価を行なった。得られたＣＯ２／Ｎ２、Ｈｅ／ＣＨ４のパーミエ
ンス比、Ｈｅのパーミエンスを表１に示す。ＣＯ２／Ｎ２のパーミエンス比は３５、Ｈｅ
／ＣＨ４パーミエンス比は１４５であり、高い分離性能の膜となっていることがわかった
。
【０１５４】
得られた無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を用いて、図１に示した装置
を用いて、５０℃で空気の分離評価を行なった。得られた分離結果を表１に示す。分離後
の酸素濃度は４４％であり、比較例１、２および３と比べて高い濃度の酸素が得られるこ
とがわかった。
【０１５５】
（実施例３）
種結晶の分散液の濃度を０．３質量％とした以外は比較例１と同様に無機多孔質支持体
−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を作成した。付着した種結晶の質量は０．５ｇ／ｍ２であ
り、焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したＣＨ
Ａ型ゼオライトの質量は１４６ｇ／ｍ２であった。
【０１５６】
生成したゼオライト膜のＸＲＤパターンを図２に示す。図中の「＊」は支持体由来のピ
ークである。ＸＲＤ測定からＣＨＡ型ゼオライトが生成していることがわかった。また（
２θ＝９．６°付近のピークの強度）／（２θ＝２０.８°付近のピークの強度）＝２．
４、（２θ＝１７．９°付近のピークの強度）／（２θ＝２０.８°付近のピークの強度
）＝５．９であった。
【０１５７】
粉末のＣＨＡ型ゼオライト（米国特許第４５４４５３８号明細書においてＳＳＺ−１３
と一般に呼称されるゼオライト、以下これを「ＳＳＺ−１３」と称する。）のＸＲＤパタ
ーンを図３に示す。（２θ＝９．６°付近のピークの強度）／（２θ＝２０.８°付近の
ピークの強度）＝０．９１、（２θ＝１７．９°付近のピークの強度）／（２θ＝２０.
８°付近のピークの強度）＝０．３２であった。
【０１５８】
粉末のＣＨＡ型ゼオライトに比べて、実施例３で得られたゼオライト膜は（２θ＝９．
６°付近のピークの強度）／（２θ＝２０.８°付近のピークの強度）、（２θ＝１７．
９°付近のピークの強度）／（２θ＝２０.８°付近のピークの強度）ともに高く、rhomb
ohedral settingにおける（１，０，０）面、（１，１，１）面への配向が推測された。
このように得た膜複合体にメチルシリケートオリゴマーの濃度を１０質量％とした以外
は実施例１と同様に表面処理を実施した。
【０１５９】
このゼオライト膜複合体について、ＸＰＳにより測定したゼオライト膜表面のＳｉＯ２
／Ａｌ２Ｏ３モル比は１９０であり表面のＳｉの割合が高いことがわかった。
得られた無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を用いて比較例１と同様に５
０℃で単成分気体透過評価を行なった。得られたＣＯ２／Ｎ２、Ｈｅ／ＣＨ４のパーミエ
ンス比、Ｈｅのパーミエンスを表１に示す。ＣＯ２／Ｎ２のパーミエンス比は２６、Ｈｅ
／ＣＨ４パーミエンス比は２６であり、高い分離性能の膜となっていることがわかった。
【０１６０】
得られた無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を用いて、図１に示した装置
を用いて、５０℃で空気の分離評価を行なった。得られた分離結果を表１に示す。分離後
の酸素濃度は３３％であり、比較例１、２および３と比べて高い濃度の酸素が得られるこ
とがわかった。
【０１６１】
（実施例４）
オートクレーブを密閉し、自生圧力下で加熱する条件を１８０℃、１８ｈとした以外は
実施例３と同様に無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を作成した。付着した
種結晶の質量は０．５ｇ／ｍ２であり、焼成後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から
求めた、支持体上に結晶化したＣＨＡ型ゼオライトの質量は１２３ｇ／ｍ２であった。こ
のように得た膜複合体にメチルシリケートオリゴマーの濃度を２５質量％とし、液温を４
０℃とした以外は実施例１と同様に表面処理を実施した。
【０１６２】
このゼオライト膜複合体について、ＸＰＳにより測定したゼオライト膜表面のＳｉＯ２
／Ａｌ２Ｏ３モル比は１６８であり表面のＳｉの割合が高いことがわかった。  
得られた無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を用いて比較例１と同様に５
０℃で単成分気体透過評価を行なった。得られたＣＯ２／Ｎ２、Ｈｅ／ＣＨ４のパーミエ
ンス比、Ｈｅのパーミエンスを表１に示す。ＣＯ２／Ｎ２のパーミエンス比は４２、Ｈｅ
／ＣＨ４パーミエンス比は１８０であり、高い分離性能の膜となっていることがわかった
。
【０１６３】
得られた無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を用いて、図１に示した装置
を用いて、５０℃で空気の分離評価を行なった。得られた分離結果を表１に示す。分離後
の酸素濃度は４３％であり、比較例１、２および３と比べて高い濃度の酸素が得られるこ
とがわかった。
【０１６４】
（実施例５）
水熱合成用の反応混合物として、以下のものを調製した。
水酸化リチウム１水和物０．２３ｇと１ｍｏｌ／Ｌ−ＫＯＨ水溶液１１．０ｇと水１１
０ｇを混合したものに水酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３  ５３．５質量％含有、アルドリ
ッチ社製）０．８９ｇを加えて撹拌し溶解させ、透明溶液とした。これに有機テンプレー
トとして、ＴＭＡＤＡＯＨ水溶液（ＴＭＡＤＡＯＨ  ２５質量％含有、セイケム社製）２
．３８ｇを加え、さらにコロイダルシリカ（日産化学社製  スノーテック−４０）７．０
５ｇを加えて２時間撹拌し、反応混合物とした。
【０１６５】
この反応混合物の組成（モル比）は、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３／LiＯＨ／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ
／ＴＭＡＤＡＯＨ＝１／０．１／０．１２／０．２３／１５０／０．０６、ＳｉＯ２／Ａ
ｌ２Ｏ３＝１０である。
その後、加熱時間を１８時間とした以外は実施例１と同様に無機多孔質支持体−ＣＨＡ
型ゼオライト膜複合体を作成した。付着した種結晶の質量は０．３ｇ／ｍ２であり、焼成
後の膜複合体の質量と支持体の質量の差から求めた、支持体上に結晶化したＣＨＡ型ゼオ
ライトの質量は９６ｇ／ｍ２であった。
【０１６６】
このように得た膜複合体にメチルシリケートオリゴマーの濃度を５質量％とし、希釈液
をアセトンとした以外は実施例１と同様に表面処理を実施した。
このゼオライト膜複合体について、ＳＥＭ−ＥＤＸにより測定したゼオライト膜自体の
ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３モル比は１７．６、ＸＰＳにより測定したゼオライト膜表面のＳｉ
Ｏ２／Ａｌ２Ｏ３３モル比は７６．２であり表面のＳｉの割合が高いことがわかる。
【０１６７】
得られた無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を用いて比較例１と同様に５
０℃で単成分気体透過評価を行なった。得られてＣＯ２／Ｎ２、Ｈｅ／ＣＨ４のパーミエ
ンス比、Ｈｅのパーミエンスを表１に示す。ＣＯ２／Ｎ２のパーミエンス比は２３、Ｈｅ
／ＣＨ４パーミエンス比は８８であり、高い分離性能の膜となっていることがわかった。
得られた無機多孔質支持体−ＣＨＡ型ゼオライト膜複合体を用いて、図１に示した装置
を用いて、５０℃で空気の分離評価を行なった。得られた分離結果を表１に示す。分離後
の酸素濃度は３４％であり、比較例１、２および３と比べて高い濃度の酸素が得られるこ
とがわかった。
比較例１〜３、実施例１〜５の結果を表１に示す。
【０１６８】
【表１】
2018030130.tif 000007
【産業上の利用可能性】
【０１６９】
本発明は産業上の任意の分野に使用可能であるが、例えば、空気、天然ガス、燃焼気体や
コークスオーブンガス、ごみ埋め立て場から発生するランドファィルガスなどのバイオガ
ス、石油化学工業で生成、排出されるメタンの水蒸気改質ガスなどの分離または濃縮に使
用することができる。また、例えば、化学プラント、ゴミ処理場、自動車などの酸素を富
加した高酸素濃度の気体が必要とされている分野でも好適に使用できる。
【符号の説明】
【０１７０】
１．  ゼオライト膜複合体
２．  耐圧容器
３．  エンドピン
４．  接続部
５．  圧力計
６．  背圧弁
７．  供給気体
８．  透過気体
９．  スイープ気体
１０．  排出気体
１１．  配管
１２．  配管
【図１】
2018030130.tif 000008
【図２】
2018030130.tif 000009
【図３】
2018030130.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月18日(2017.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気体成分を含有する混合気体を接触させて、該混合気体のうち透過性の高い成分
を透過させることにより、該混合気体から該透過性の高い成分を分離する、または、該混
合気体から透過性の高い成分を透過させることにより、透過性の低い成分を濃縮する気体
の分離または濃縮に用いられる分離膜であって、
該分離膜は無機多孔質支持体上にゼオライト膜を有するゼオライト膜複合体であり、
該ゼオライト膜は、酸素８員環以下の細孔構造を有するゼオライトを含み、
Ｘ線光電子分析法（ＸＰＳ）により得られる数値である該ゼオライト膜表面のＳｉＯ２／
Ａｌ２Ｏ３モル比が５０以上であることを特徴とする、分離膜。
【請求項２】
該ゼオライト膜の厚さが２０μｍ以下である、請求項１に記載の分離膜。
【請求項３】
空気透過量が１４００Ｌ／（ｍ２・ｈ）以下である、請求項１または２に記載の分離膜
。
【請求項４】
透過性の高い成分が二酸化炭素である、請求項１または２に記載の分離膜。