(57)【要約】【課題】物質の分離性能を維持しつつ、透過抵抗を小さくして所定量以上の透過流束を確保することができるゼオライト膜エレメントを提供すること。【解決手段】本発明のゼオライト膜エレメント１１は、多孔質体製支持体１２、第１中間層３２及びゼオライト層４１を備える。第１中間層３２は、多孔質体製支持体１２の主面１６上に形成され、多孔質体製支持体１２よりも平均気孔径が小さくなる。ゼオライト層４１は、第１中間層３２の表面３４上に形成される。また、第１中間層３２には、ゼオライト層４１を構成するゼオライトが浸み込んだゼオライト浸み込み層４４が形成される。ゼオライト浸み込み層４４の厚さは、第１中間層３２の厚さと同等またはそれ以上の厚さに設定される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質体製支持体と、
前記多孔質体製支持体の主面上に形成され、前記多孔質体製支持体よりも平均気孔径が小さい第１中間層と、
前記第１中間層の表面上に形成されるゼオライト層と
を備え、
前記第１中間層に、前記ゼオライト層を構成するゼオライトが浸み込んだゼオライト浸み込み層が形成され、
前記ゼオライト浸み込み層の厚さが、前記第１中間層の厚さと同等またはそれ以上の厚さに設定されている
ことを特徴とするゼオライト膜エレメント。
【請求項２】
前記第１中間層の厚さが２μｍ以上１５μｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載のゼオライト膜エレメント。
【請求項３】
前記多孔質体製支持体及び前記第１中間層は、セラミック製であることを特徴とする請求項１または２に記載のゼオライト膜エレメント。
【請求項４】
前記多孔質体製支持体と前記第１中間層との間に、前記多孔質体製支持体よりも平均気孔径が小さく、かつ前記第１中間層よりも平均気孔径が大きい第２中間層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のゼオライト膜エレメント。
【請求項５】
前記第２中間層は、前記多孔質体製支持体よりも薄く、かつ前記第１中間層よりも厚いことを特徴とする請求項４に記載のゼオライト膜エレメント。
【請求項６】
前記第１中間層の平均気孔径が０．１μｍ以上０．３μｍ未満であり、前記第２中間層の平均気孔径が０．３μｍ以上２μｍ以下であることを特徴とする請求項４または５に記載のゼオライト膜エレメント。
【請求項７】
前記ゼオライト層の厚さが、前記第１中間層の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のゼオライト膜エレメント。
【請求項８】
前記ゼオライト層の厚さが１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載のゼオライト膜エレメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゼオライト層を備えたゼオライト膜エレメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ゼオライトは、分子と同程度の大きさの細孔を有する結晶性アルミノケイ酸塩である。そして、ゼオライトからなる膜（ゼオライト層）は、分子のサイズや形状の違いに応じて選択的に分子を透過させる性質を有するため、分子ふるいとして広く利用されている。しかしながら、ゼオライト層は、十分な機械的強度を有していないため、通常、セラミック等からなる多孔質体製支持体に支持された状態で使用されている。特に、ゼオライト層合成用のゾルまたはゲルを多孔質体製支持体に浸透させれば、機械的強度をさらに向上させることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところが、多孔質体製支持体にゼオライトが浸み込んだゼオライト浸み込み層が形成されると、ゼオライトが多孔質体製支持体の細孔を閉塞する虞があるため、透過抵抗が大きくなり、透過流束が減少する要因となる。よって、ゼオライト層の性能を向上させるためには、ゼオライト浸み込み層を薄くする必要がある。例えば、特許文献２には、多孔質体製支持体の表面の平均気孔径とゼオライト種結晶の平均径とを調整することにより、ゼオライト浸み込み層を薄くする技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１０９５３号公報（図１等）
【特許文献２】特開２００５−２６２１８９号公報（［００１２］等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献２に記載の従来技術では、ゼオライト種結晶の粒径を調整することにより、ゼオライト浸み込み層を薄くしているが、成長後のゼオライト結晶の粒径を調整することができない。その結果、ゼオライト結晶の粒径が種結晶の状態よりも大きくなるため、緻密なゼオライト層及びゼオライト浸み込み層を形成できなくなる。この場合、透過する物質とともに本来透過しない物質もゼオライトを透過してしまうため、ゼオライト層及びゼオライト浸み込み層を備えたゼオライト膜エレメントの分離性能が低下する虞がある。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、物質の分離性能を維持しつつ、透過抵抗を小さくして所定量以上の透過流束を確保することができるゼオライト膜エレメントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための手段（手段１）としては、多孔質体製支持体と、前記多孔質体製支持体の主面上に形成され、前記多孔質体製支持体よりも平均気孔径が小さい第１中間層と、前記第１中間層の表面上に形成されるゼオライト層とを備え、前記第１中間層に、前記ゼオライト層を構成するゼオライトが浸み込んだゼオライト浸み込み層が形成され、前記ゼオライト浸み込み層の厚さが、前記第１中間層の厚さと同等またはそれ以上の厚さに設定されていることを特徴とするゼオライト膜エレメントがある。
【０００８】
従って、上記手段１に記載の発明では、多孔質体製支持体の平均気孔径が第１中間層の平均気孔径よりも大きくなるため、第１中間層に浸み込んだゼオライトは、多孔質体製支持体側に侵入したとしても細孔を閉塞しにくくなる。その結果、ゼオライト浸み込み層のうち透過抵抗となりうる領域の厚さが第１中間層の厚さと同等の厚さになるため、透過抵抗となりうる領域を透過する物質の移動経路が短くなる。この場合、透過抵抗が小さくなるため、所定量以上の透過流束を確保することができる。また、上記手段１では、ゼオライトを構成するゼオライト結晶の粒径を変更することなく、ゼオライト浸み込み層を薄くしているため、透過させたい物質のみがゼオライト中を確実に透過するようになる。従って、ゼオライト浸み込み層を薄くしたとしても、ゼオライト膜エレメントの分離性能を維持することができる。
【０００９】
ここで、「ゼオライト浸み込み層の厚さが、第１中間層の厚さと同等の厚さに設定されている」状態とは、第１中間層に浸み込んだゼオライトの最深部が、第１中間層と多孔質体製支持体との界面（第１中間層と多孔質体製支持体との間に第２中間層が設けられている場合には、第１中間層と第２中間層との界面）と同じ位置に到達している状態や、第１中間層に浸み込んだゼオライトの最深部が、上記の界面よりも多孔質体製支持体側に０．１μｍ以上５μｍ以下だけ突出している状態や、第１中間層に浸み込んだゼオライトの最深部が、上記の界面よりも０．１μｍ以上０．５μｍ以下だけ第１中間層の表面寄りに位置している状態を含むものとする。
【００１０】
上記ゼオライト膜エレメントを構成する多孔質体製支持体は、主面及び裏面を有し、主面及び裏面を有する多数の細孔を内部に有するものであって、その多数の細孔を介して主面及び裏面間でガスまたは液体が透過可能な構造体である。
【００１１】
また、上記ゼオライト膜エレメントを構成する第１中間層は、多孔質体製支持体の主面上に形成され、多孔質体製支持体よりも平均気孔径が小さい層である。ここで、第１中間層の厚さは特に限定されないが、例えば２μｍ以上１５μｍ未満であることが好ましい。仮に、第１中間層の厚さが２μｍ未満になると、多孔質体製支持体の表面が露出する等の欠陥が発生する虞がある。一方、第１中間層の厚さが１５μｍ以上になると、ゼオライト浸み込み層が厚くなってしまう。その結果、ゼオライト浸み込み層のうち透過抵抗となりうる領域を透過する物質の移動経路が長くなるため、透過抵抗が大きくなり、透過流束が減少する要因となる。
【００１２】
なお、多孔質体製支持体及び第１中間層は、セラミック製であることが好ましい。このようにすれば、多孔質体製支持体及び第１中間層の内部に多数の細孔を容易に形成することができる。多孔質体製支持体及び第１中間層を構成するセラミック材料としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、ジルコニア、チタニア、ムライト、マグネシア、セリア、ドープドセリア及びこれらの混合物などを挙げることができる。また、多孔質体製支持体及び第１中間層の形成材料としては、上記のようなセラミックのほか、例えばガラスや金属（ステンレス等）などを用いてもよく、導電性の有無を問わず材料を選択することができる。また、これらのような無機材料だけではなく、例えば合成樹脂のような有機材料を用いることもできる。
【００１３】
さらに、多孔質体製支持体と第１中間層との間には、多孔質体製支持体よりも平均気孔径が小さく、かつ第１中間層よりも平均気孔径が大きい第２中間層が設けられていることが好ましい。このようにすれば、第１中間層を薄膜化した際に、第１中間層での欠陥の発生を抑えることができ、ひいては、ゼオライト層での欠陥の発生を抑えることができるため、透過させたい物質のみがゼオライト中を確実に透過するようになる。
【００１４】
ここで、第２中間層の厚さは特に限定されないが、例えば、多孔質体製支持体よりも薄く、かつ第１中間層よりも厚いことが好ましい。仮に、第２中間層の厚さが多孔質体製支持体よりも厚くなると、第２中間層の透過抵抗が大きくなってしまう。また、第２中間層の厚さが第１中間層よりも薄くなると、第１中間層に欠陥が生じてしまう虞がある。
【００１５】
また、第１中間層及び第２中間層の平均気孔径は特に限定されないが、例えば、第１中間層の平均気孔径が０．１μｍ以上０．３μｍ未満であり、第２中間層の平均気孔径が０．３μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。なお、第１中間層の平均気孔径が小さすぎると、第１中間層の透過抵抗が大きくなる。一方、第１中間層の平均気孔径が大きすぎると、ゼオライト層を構成するゼオライトが膜化せずに欠陥が生じる虞がある。また、第２中間層の平均気孔径が小さすぎると、第１中間層に浸み込んだゼオライトが第２中間層に侵入した際に細孔を閉塞してしまう虞がある。一方、第２中間層の平均気孔径が大きすぎると、第１中間層の形成が困難になる虞や、ゼオライト膜エレメントの機械的強度が低下して破損しやすくなる虞がある。
【００１６】
上記ゼオライト膜エレメントは、第１中間層の表面上に形成されるゼオライト層を備えている。ゼオライト層の厚さは、透過させたい物質のみを透過して透過させたくない物質を透過させないという基本的性質を担保できるのであれば、任意の厚さに設定することができる。この場合、ゼオライト層の厚さは、第１中間層の厚さよりも薄いことが好ましく、具体的には、１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。ゼオライト層の厚さが１μｍ未満であると、透過させたい物質のみを透過して透過させたくない物質を透過させないという基本的性質が担保できなくなる虞がある。一方、ゼオライト層の厚さが５μｍよりも厚くなると、透過する物質の透過性が悪くなる可能性がある。また、ゼオライト層を構成するゼオライトの使用量が増加するため、製造コストが上昇する虞がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は本実施形態のゼオライト膜エレメントを示す概略断面図、（ｂ）はゼオライト膜エレメントにねじ部と真空排気管とを接続した状態を示す概略正面図。
【図２】ゼオライト膜エレメントを示す要部拡大断面図。
【図３】本実施形態（及び実施例）におけるゼオライト膜エレメントを示すＳＥＭ写真。
【図４】（ａ）は、多孔質体製支持体上に透過層を形成する前の状態を示す要部断面図、（ｂ）は、多孔質体製支持体上に透過層を形成した後の状態を示す要部断面図。
【図５】比較例におけるゼオライト膜エレメントを示すＳＥＭ写真。
【図６】第１中間層の厚さとゼオライト浸み込み層の厚さとの関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１９】
図１（ａ）に示される本実施形態のゼオライト膜エレメント１１は、エタノールから同エタノールに含まれている水を分離するためのフィルタであって、多孔質体製支持体１２、金属管２１、金属ロッド２２及び透過層３１等を備えている。
【００２０】
多孔質体製支持体１２は、第１端（図１（ａ）では上端）において開口する第１開口部１３と第２端（図１（ａ）では下端）において開口する第２開口部１４とを有する円筒状の部材である。この多孔質体製支持体１２は、外面１６（主面）と内面１７（裏面）との間でエタノールを透過しうる性質を有する多孔質セラミックを用いて形成されている。本実施形態では、厚さが１．５ｍｍ、気孔率が４３％、平均気孔径が３μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いて、多孔質体製支持体１２を形成している。また、多孔質体製支持体１２は、外面１６及び外面１７を連通する多数の細孔１８（図２参照）を内部に有することから、好適な液体透過性を有している。
【００２１】
多孔質体製支持体１２の第１開口部１３には、円筒状の金属管２１が熱収縮チューブ２３によって接合されている。一方、多孔質体製支持体１２の第２開口部１４には、略円柱状の金属ロッド２２が熱収縮チューブ２４によって接合されている。なお、多孔質体製支持体１２の外面１６と熱収縮チューブ２３の内側面との間や、多孔質体製支持体１２の外面１６と熱収縮チューブ２４の内側面との間には、グリス２５（図１（ａ）参照）が介在している。その結果、多孔質体製支持体１２と金属管２１と金属ロッド２２とによって基体２０が構成され、多孔質体製支持体１２の内側に内部空間２６が形成される。なお、金属管２１及び金属ロッド２２は、液体透過性を有しない金属材料（本実施形態では、ステンレス）を用いて形成されている。熱収縮チューブ２３，２４は、熱収縮性を有するシート状の樹脂材料（例えば、ポリオレフィン、フッ素系ポリマー、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）など）を用いて形成された２重構造のチューブである。また、本実施形態のグリス２５としては、フッ素グリスやシリコーングリスなどが用いられている。
【００２２】
また、図１（ｂ）に示されるように、金属管２１には、モジュールなどに取り付けるねじ部５１と、真空排気するための管（即ち、真空排気管５２）とが接続されている。一方、金属ロッド２２は、多孔質体製支持体１２の第２開口部１４を封止するためのものである。
【００２３】
また、多孔質体製支持体１２の外面１６上には、同外面１６全体を被覆する透過層３１が形成されている。図２，図３に示されるように、透過層３１は、第１中間層３２、第２中間層３３及びゼオライト層４１を備えている。第１中間層３２は、多孔質体製支持体１２の外面１６上に形成されている。第１中間層３２は、厚さが２μｍ以上１５μｍ未満（本実施形態では２μｍ）、気孔率が４０％、平均気孔径が０．１μｍ以上０．３μｍ未満（本実施形態では０．１５μｍ）のアルミナを用いて形成されている。このため、第１中間層３２の平均気孔径は、多孔質体製支持体１２の平均気孔径（３μｍ）よりも小さくなっている。なお、第１中間層３２は、第１主面３４（表面）及び第１裏面３５を連通する多数の細孔３６を内部に有することから、多孔質体製支持体１２と同様に好適な液体透過性を有している。
【００２４】
また、第２中間層３３は、多孔質体製支持体１２と第１中間層３２との間に配置されている。第２中間層３３は、厚さが５０μｍ、気孔率が４０％、平均気孔径が０．３μｍ以上２μｍ以下（本実施形態では０．４μｍ）のアルミナを用いて形成されている。このため、第２中間層３３の厚さは、多孔質体製支持体１２の厚さ（１．５ｍｍ）よりも薄く、かつ第１中間層３２の厚さ（２μｍ）よりも厚くなっている。また、第２中間層３３の平均気孔径は、多孔質体製支持体１２の平均気孔径（３μｍ）よりも小さく、かつ第１中間層３２の平均気孔径（０．１５μｍ）よりも大きくなっている。なお、第２中間層３３は、第２主面３７及び第２裏面３８を連通する多数の細孔３９を内部に有することから、多孔質体製支持体１２及び第１中間層３２と同様に好適な液体透過性を有している。
【００２５】
図２，図３に示されるように、ゼオライト層４１は、第１中間層３２の第１主面３４上に形成されている。ゼオライト層４１は、ゼオライト膜エレメント１１の外側に供給されたエタノールから水を分離し、分離した水を蒸気の状態で表面４３側から裏面４２側に透過させるためのものである。そして、ゼオライト層４１を透過した水（透過液）は、第１中間層３２→第２中間層３３→多孔質体製支持体１２の順番に通過する。なお、ゼオライト層４１の厚さは、第１中間層３２の厚さ（２μｍ）、第２中間層３３の厚さ（５０μｍ）及び多孔質体製支持体１２の厚さ（１．５ｍｍ）よりも薄くなっており、１μｍ以上５μｍ以下（本実施形態では１．５μｍ）に設定されている。
【００２６】
そして、第１中間層３２には、ゼオライト層４１を構成するゼオライトが第１中間層３２の細孔３６を閉塞するように浸み込んでなるゼオライト浸み込み層４４が形成されている。ゼオライト浸み込み層４４の厚さは、第１中間層３２の厚さと等しく、本実施形態では２μｍとなっている。つまり、第１中間層３２に浸み込んだゼオライトの最深部は、第１中間層３２と第２中間層３３との界面と同じ位置に到達している。
【００２７】
なお、上述したように、本実施形態のゼオライト膜エレメント１１は、エタノールから同エタノールに含まれている水を分離するようになっている。詳述すると、まず、ゼオライト膜エレメント１１をエタノールに浸漬する。このとき、ゼオライト層４１によってエタノールから水が分離され、分離された水はゼオライト層４１を表面４３側から裏面４２側に透過する。そして、ゼオライト層４１を透過した水（透過液）は、第１中間層３２に形成されたゼオライト浸み込み層４４、第２中間層３３及び多孔質体製支持体１２を順番に通過する。
【００２８】
ところで、本実施形態のゼオライト層４１（及びゼオライト浸み込み層４４）を構成するゼオライトは、内径が０．４ｎｍ程度の細孔を内部に有している。また、エタノールに含まれている水の分子径は、ゼオライトの細孔の内径よりも小さく、０．３５ｎｍ程度である。一方、エタノールの分子径は、ゼオライトの細孔の内径よりも大きく、０．４５ｎｍ程度である。よって、ゼオライト層４１に接したエタノールにおいては、エタノールに含まれている水のみが蒸気の状態になってゼオライト層４１、ゼオライト浸み込み層４４（第１中間層３２）、第２中間層３３及び多孔質体製支持体１２を順番に透過し、ゼオライト膜エレメント１１の内部に吸入される。一方、エタノール分子は、ゼオライトの細孔の内径よりも大きいため、ゼオライト層４１を透過することができない。その結果、エタノールは脱水される。
【００２９】
次に、ゼオライト膜エレメント１１の製造方法を説明する。
【００３０】
まず、ゼオライト膜エレメント１１を構成する多孔質体製支持体１２を押出成形により作製する。具体的には、所定量のアルミナ粉末、メチルセルロース、水、潤滑剤等をミキサーで混合、混錬し、押出成形用坏土を得る。次に、押出成形機を用いて円筒形状の多孔質構造体の前駆体を成形する。そして、成形した前駆体を、温風乾燥機を用いて乾燥することにより、多孔質体製支持体１２の形状（即ち円筒状）と同じ形状の成形体を得る。その後、成形体を大気雰囲気下にて１５００℃で焼成することにより、セラミック焼結体７２（多孔質体製支持体１２）を得る（図４（ａ）参照）。
【００３１】
次に、中間層形成工程を行う。具体的には、平均粒径０．３μｍ〜３μｍのアルミナ粉末を水、分散剤、バインダとともに混合し、アルミナ含有スラリーを調製する。次に、得られたアルミナ含有スラリーを、セラミック焼結体７２における多孔質体製支持体１２の外面１６全体に塗布する。そして、アルミナ含有スラリーを乾燥させた後、１３００℃で焼き付けを行うことにより、アルミナ含有スラリーが第２中間層３３となる。次に、平均粒径０．１μｍ〜０．３μｍのアルミナ粉末を分散させてなるアルミナ含有スラリーを第２中間層３３の第２主面３７全体に塗布して焼き付けを行うことにより、第２中間層３３上に第１中間層３２を形成する。なお、第１中間層３２及び第２中間層３３の厚さは、アルミナ含有スラリーの濃度を変更することによって調整される。
【００３２】
その後、ゼオライト層形成工程を行う。平均粒径２００ｎｍのゼオライト粉末を純水と混合し、ゼオライト含有スラリーを調製する。次に、得られたゼオライト含有スラリーを、第１中間層３２の第１主面３４全体に塗布する。このとき、第１中間層３２の平均気孔径は０．１５μｍ（＝１５０ｎｍ）と比較的小さいため、ゼオライト含有スラリーに含まれるゼオライトの種結晶は、第１中間層３２の第１主面３４から浸透し、第１中間層３２を構成する微粒子４５の外面に付着する。次に、ゼオライト含有スラリーが塗布された多孔質体製支持体１２を５０℃の温風乾燥機中で１２時間乾燥する。この時点で、第１中間層３２及び第２中間層３３が形成された多孔質体製支持体１２が、種結晶が付着した種結晶担持支持体となる。
【００３３】
次に、純水に水酸化ナトリウム、フッ化ナトリウム及びアルミン酸ナトリウムを溶解し、これを撹拌しながらコロイダルシリカを添加して、合成組成の水溶液を調製する。次に、得られた水溶液を室温で６時間撹拌し、合成液を生成する。そして、オートクレーブに合成液を充填し、合成液に種結晶担持支持体を浸漬し、オートクレーブを密閉状態にする。次に、オートクレーブを、１６５℃で６時間、自生圧力下で加熱する。その結果、第１中間層３２を構成する微粒子４５の外面に付着した種結晶がゼオライト結晶になり、第１中間層３２全体に、ゼオライトが浸み込んだゼオライト浸み込み層４４が形成される。それとともに、第１中間層３２の第１主面３４に付着した種結晶がゼオライト結晶になり、第１主面３４上に、ゼオライト結晶からなるゼオライト層４１が形成される（図４（ｂ）参照）。
【００３４】
その後、透過層３１の外側面と金属管２１の外周面とにグリス２５を塗布する（図１（ａ）参照）。同様に、透過層３１の外側面と金属ロッド２２の外周面とにグリス２５を塗布する。さらに、熱収縮チューブ２３の両端開口部に対して多孔質体製支持体１２と金属管２１とをそれぞれ挿入し、グリス２５の塗布部を覆うように熱収縮チューブ２３を熱収縮させる。その結果、多孔質体製支持体１２の第１開口部１３に金属管２１が接合される。また、多孔質体製支持体１２の孔部（第２開口部１４）に対して金属ロッド２２の凸部２７を嵌め込んだ後、多孔質体製支持体１２と金属ロッド２２との接続部分を熱収縮チューブ２４に挿入し、グリス２５の塗布部を覆うように熱収縮チューブ２４を熱収縮させる。その結果、多孔質体製支持体１２の第２開口部１４に金属ロッド２２が接合される。なお、この時点で、ゼオライト膜エレメント１１が完成する。
【００３５】
次に、ゼオライト膜エレメントの評価方法及びその結果を説明する。
【００３６】
まず、測定用サンプルを次のように準備した。本実施形態のゼオライト膜エレメント１１とほぼ同じゼオライト膜エレメント、即ち、第１中間層の厚さを２μｍとしたゼオライト膜エレメントを準備し、これを実施例とした。また、第１中間層の厚さを２５μｍとしたゼオライト膜エレメントを準備し、これを比較例とした。
【００３７】
次に、各測定用サンプル（実施例、比較例）のゼオライト膜エレメントを厚さ方向に切断し、その切断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した。なお、図３は、実施例におけるゼオライト膜エレメントの切断面を示すＳＥＭ写真であり、図５は、比較例におけるゼオライト膜エレメントの切断面を示すＳＥＭ写真である。
【００３８】
その結果、比較例では、ゼオライト浸み込み層８１の厚さが、第１中間層８２の厚さよりも薄いことが確認された。一方、実施例では、ゼオライト浸み込み層４４の厚さが、第１中間層３２の厚さと等しくなっていることが確認された。以上のことから、第１中間層を薄く（実施例では２μｍ）したとしても、ゼオライトの下層側（第２中間層側）への侵入が抑えられることが証明された。
【００３９】
また、ゼオライト層に最近接する多孔質層（第１中間層）の厚さを５μｍ、７μｍ、８μｍ、１５μｍ、２５μｍとしたゼオライト膜エレメントを準備し、これらをサンプル１〜５とした。次に、各サンプル１〜５に対して、浸透気化分離を行い、ゼオライト膜エレメントの分離性能を評価した。具体的には、各サンプル１〜５に対して、７０℃のエタノール水溶液（エタノール：９０重量％、水：１０重量％）を浸透させ、ゼオライト浸み込み層の厚さと透過流束とを測定した。以上の結果を図６に示す。
【００４０】
その結果、第１中間層の厚さが１５μｍとなるサンプル４や、第１中間層の厚さが２５μｍとなるサンプル５では、ゼオライトの浸み込みを第１中間層と第２中間層との界面で抑えることができず、ゼオライトの浸み込みが進みゼオライト浸み込み層が厚くなる。この場合、ゼオライトを透過する物質（ここでは水蒸気）の移動経路が長くなるため、透過抵抗が大きくなり、透過流束が減少することが確認された。
【００４１】
一方、サンプル１〜３では、ゼオライト浸み込み層の厚さが第１中間層の厚さと等しくなっている。また、第１中間層の厚さが２μｍとなる上記した実施例においては、第２中間層まで浸み込んだゼオライトが細孔を閉塞していないことが確認されている。よって、これらの場合、ゼオライトを透過する物質の移動経路が短くなるため、透過抵抗が小さくなり、透過流束が増加することが確認された。
【００４２】
以上のことから、第１中間層の厚さを２μｍ以上１５μｍ未満とすれば、分離性能を保ったまま、透過抵抗が小さくなって透過流束が増加することが証明された。
【００４３】
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００４４】
（１）本実施形態のゼオライト膜エレメント１１では、ゼオライト浸み込み層４４のうち透過抵抗となりうる領域の厚さが第１中間層３２の厚さと等しくなるため、透過抵抗となりうる領域を透過する物質（ここでは水蒸気）の移動経路が短くなる。その結果、透過抵抗が小さくなり、所定量以上の透過流束が確保されるため、ゼオライト膜エレメント１１の性能が向上する。また、本実施形態では、ゼオライトを構成するゼオライト結晶の粒径を変更することなく、ゼオライト浸み込み層４４を薄くしているため、透過させたい物質（水蒸気）のみがゼオライト中を確実に透過し、透過させたくない物質（ここではエタノール分子）がゼオライト中を透過することはない。従って、ゼオライト浸み込み層４４を薄くしたとしても、ゼオライト膜エレメント１１の分離性能を維持することができる。
【００４５】
（２）本実施形態のゼオライト膜エレメント１１は、多孔質体製支持体１２の外面１６上に透過層３１を支持させることにより形成されている。ゆえに、多孔質体製支持体１２によってゼオライト膜エレメント１１全体に必要な強度が付与された状態で、透過層３１が支持される。このため、透過層３１には必要最小限の強度を付与すればよくなり、透過層３１を構成する第１中間層３２やゼオライト層４１等を薄いものとすることができる。
【００４６】
なお、上記実施形態を以下のように変更してもよい。
【００４７】
・上記実施形態では、ゼオライト浸み込み層４４の厚さが、第１中間層３２の厚さと等しくなるように設定されていた。しかし、ゼオライト浸み込み層４４の厚さが第１中間層３２の厚さと同等の厚さとなる範囲で、ゼオライト浸み込み層４４の厚さを多少変更してもよい。具体的に言うと、第１中間層３２に浸み込んだゼオライトの最深部が、第１中間層３２と第２中間層３３との界面よりも第２中間層３３側に０．１μｍ以上５μｍ以下だけ突出した状態となるように、ゼオライト浸み込み層４４の厚さを規定してもよい。また、第１中間層３２に浸み込んだゼオライトの最深部が、第１中間層３２と第２中間層３３との界面よりも０．１μｍ以上０．５μｍ以下だけ第１中間層３２の第１主面３４寄りに位置した状態となるように、ゼオライト浸み込み層４４の厚さを規定してもよい。
【００４８】
・上記実施形態のゼオライト膜エレメント１１は、多孔質体製支持体１２、第１中間層３２、第２中間層３３及びゼオライト層４１を積層することにより構成されていたが、第２中間層３３は省略されていてもよい。また、第２中間層３３と多孔質体製支持体１２との間に、第３中間層や第４中間層等が存在していてもよい。
【００４９】
・上記実施形態のゼオライト膜エレメント１１は、同ゼオライト膜エレメント１１の外部にあるエタノールに含まれている水を透過させて内部空間２６に導くことにより、エタノールから水を分離するようになっていた。しかし、ゼオライト膜エレメント１１は、多孔質体製支持体１２の内部空間２６に導入されたエタノールに含まれている水を透過させて多孔質体製支持体１２の外部に放出することにより、エタノールから水を分離するものであってもよい。
【００５０】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００５１】
（１）上記手段１において、前記ゼオライト浸み込み層の厚さが、前記第１中間層の厚さと等しくまたはそれ以上に設定されていることを特徴とするゼオライト膜エレメント。
【００５２】
（２）上記手段１において、前記多孔質体製支持体は、前記主面及び裏面を有し、前記主面及び前記裏面を連通する多数の細孔を内部に有するものであることを特徴とするゼオライト膜エレメント。
【００５３】
（３）上記手段１において、前記第１中間層は、第１主面及び第１裏面を有し、前記第１主面及び前記第１裏面を連通する多数の細孔を内部に有するものであることを特徴とするゼオライト膜エレメント。
【００５４】
（４）上記手段１において、前記ゼオライト層は、エタノール中の水を選択的に透過させるものであることを特徴とするゼオライト膜エレメント。
【００５５】
（５）上記手段１において、前記多孔質体製支持体と前記第１中間層との間に第２中間層が設けられ、前記第２中間層は、第２主面及び第２裏面を有し、前記第２主面及び前記第２裏面を連通する多数の細孔を内部に有するものであることを特徴とするゼオライト膜エレメント。
【符号の説明】
【００５６】
１１…ゼオライト膜エレメント
１２…多孔質体製支持体
１６…多孔質体製支持体の主面としての外面
３２…第１中間層
３３…第２中間層
３４…第１中間層の表面としての第１主面
４１…ゼオライト層
４４…ゼオライト浸み込み層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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