JPH0582B2 - - Google Patents

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JPH0582B2
JPH0582B2 JP11071688A JP11071688A JPH0582B2 JP H0582 B2 JPH0582 B2 JP H0582B2 JP 11071688 A JP11071688 A JP 11071688A JP 11071688 A JP11071688 A JP 11071688A JP H0582 B2 JPH0582 B2 JP H0582B2
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JP
Japan
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glass
porous
zirconia
tube
ceramic
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JP11071688A
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Tetsuo Yazawa
Hiroshi Nakamichi
Kyohisa Eguchi
Hiroshi Tanaka
Osamu Yamaguchi
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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  • Filtering Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ガラス・セラミツクス系濾過材及び
その製造方法に関する。
従来技術とその問題点 アルミニウムアルコキシドの溶液を多孔質セラ
ミツクス上に付与し、乾燥により加水分解し、焼
結して、多孔質のアルミナ膜を形成させて、複層
セラミツクス系濾過材を製造する方法は、公知で
ある。しかしながら、この方法により得られる濾
過材においては、乾燥−焼結工程でアルミナ膜に
ひび割れが生じるので、アルミニウムアルコキシ
ドの溶液塗布を10回以上繰返し行う必要があり、
工程が煩瑣となるばがりではなく、濾過材として
の透過速度も、低下する欠点がある。
問題点を解消するための手段 本発明者は、上記の如きセラミツクス系濾過材
の問題点に鑑みて種々研究を重ねた結果、多孔質
シリカージルコニア系ガラス膜を多孔質セラミツ
クス基材上に形成させる場合には、これらの問題
点が大巾に軽減されることを見出した。
すなわち、本発明は、下記のガラス・セラミツ
クス系濾過材及びその製造方法を提供するもので
ある: 多孔質セラミツクス基材上にシリカージルコ
ニア系多孔質ガラス膜を備えたガラス・セラミ
ツク系濾過材。
多孔質セラミツクス基材上にシリカ源及びジ
ルコニア源となるアルコキシドの混合溶液を付
与し、乾燥し、焼成することを特徴とするガラ
ス・セラミツクス系濾過材の製造方法。
本発明において使用する多孔質セラミツクス基
材は、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、炭
素、チツ化ケイ素などである。該基材の厚さ、細
孔径、細孔容積などは、特に限定されず、被濾過
物、液の種類などに応じて、適宜選択すれば良
いが、通常厚さ1〜2mm程度、細孔径0.1〜0.5μ
m程度、細孔容積0.3〜0.5c.c./g程度である。
多孔質セラミツクス基材上に形成されるシリカ
ージルコニア系多孔質ガラス膜は、シリカ20〜70
重量%とジルコニア80〜30重量%の割合とするこ
とが好ましい。該ガラス膜の厚さ、細孔径、細孔
容積なども、特に限定されず、やはり被濾過物、
液の種類などに応じて、適宜選択すれば良い
が、通常厚さ0.5〜15μm程度、細孔径2〜100nm
程度、細孔容積0.03〜0.3c.c./g程度である。こ
のようなガラス膜は、必要に応じて、複数層形成
しても良い。
本発明の複層ガラス・セラミツクス系濾過材
は、以下のようにして、製造される。まず、シリ
カ源及びジルコニア源となるアルコキシドの混合
溶液を調製する。シリカ源となるアルコキシドと
しては、Si(OCH)4、Si(OC2H54、Si(OC3H74
などが例示され、ジルコニア源となるアルコキシ
ドとしては、Zr(OC3H74、Zr(OC4H94、Zr
(OC5H114などが例示される。これらのアルコキ
シドを含有する溶液は、常法に従つて、メタノー
ル、エタノール、プロパノール、ブタノールなど
のアルコールと水との混合溶媒にアルコキシドを
加えることにより、調製される。溶液の調製に際
しては、必要ならば、塩酸、硫酸、硝酸などを添
加しても良い。次いで、該溶液を多孔質セラミツ
クス基材上に塗布するか、該溶液に多孔質セラミ
ツクス基材上を浸漬するなどの任意の手段によ
り、基材上にアルコキシド溶液を付与した後、室
温〜150℃程度で乾燥し、300〜800℃程度で焼成
する。必要ならば、乾燥速度を制御するために、
乾燥工程中に湿度調整を行なつても良い。シリカ
ージルコニアガラス膜の厚さ及び強度が不足する
場合には、溶液の付与、乾燥及び焼成を複数回繰
り返せば良い。通常この繰返し操作は、5〜6回
程度で十分である。
発明の効果 本発明による複層ガラス・セラミツクス系濾過
材は、機械的強度の大きな多孔質セラミツクス基
材上に分離性に優れたシリカージルコニアガラス
膜を備えており、透過速度が大きいので、各種気
体及び液体の濾過用、分離用の濾過材として有用
である。また、化学的耐久性にも、極めて優れて
いる。更に、その製造方法も、従来法に比して、
簡便なものである。
実施例 以下実施例を示し、本発明の特徴とするところ
をより一層明確にする。
実施例 1 シリカ源としてのSi(OC2H54130g、ジルコニ
ア源としてのZr(OC3H7487g、0.15モル/の
塩酸水溶液11g及びC2H5OH 526gからなる混合
溶液を調製した後、表面層の平均細孔径が0.2μm
である多孔質アルミナ管を該混合溶液に浸漬し
た。次いで、これを温度98℃、相対湿度95%の恒
温恒湿器に入れ、60分間保持した後、電気炉中
300℃で10分間焼成した。この様な溶液の付与、
乾燥及び焼成をさらに4回繰返した。ただし、最
終回の焼成は、500℃で20分間行つた。
かくして、多孔質アルミナ管の表面にZrO230
モル%−SiO270モル%のガラス膜を備えた複合
多孔質ガラス・セラミツクス管が得られた。ガラ
ス膜の付着量は、0.20g/dm2であつた。
実施例 2 シリカ源としてのSi(OC2H5480g、ジルコニ
ア源としてのZr(OC3H74125g、0.15モル/の
塩酸水溶液7g及びC2H5OH 448gからなる混合
溶液を調製した後、表面層の平均細孔径が0.2μm
である多孔質アルミナ管を該混合溶液に浸漬し
た。次いで、これを温度100℃、相対湿度100%の
恒温恒湿器に入れ、120分間保持した後、電気炉
中300℃で10分間焼成した。この様な溶液の付与、
乾燥及び焼成をさらに4回繰返した。ただし、最
終回の焼成は、500℃で20分間行つた。
かくして、多孔質アルミナ管の表面にZrO250
モル%−SiO250モル%のガラス膜を備えた複合
多孔質ガラス・セラミツクス管が得られた。ガラ
ス膜の付着量は、0.25g/dm2であつた。
実施例 3 シリカ源としてのSi(OC2H54161g、ジルコニ
ア源としてのZr(OC3H7463g、0.15モル/の
塩酸水溶液14g及びC2H5OH 574gからなる混合
溶液を調製した後、表面層の平均細孔径が0.2μm
である多孔質アルミナ管を該混合溶液に浸漬し
た。次いで、これを温度120℃の恒温器に入れ、
10分間保持した後、電気炉中300℃で10分間焼成
した。この様な溶液の付与、乾燥及び焼成をさら
に4回繰返した。ただし、最終回の焼成は、500
℃で20分間行つた。
かくして、多孔質アルミナ管の表面にZrO220
モル%−SiO280モル%のガラス膜を備えた複合
多孔質ガラス・セラミツクス管が得られた。ガラ
ス膜の付着量は、0.18g/dm2であつた。
実施例 4 シリカ源としてのSi(OC2H5442g、ジルコニ
ア源としてのZr(OC3H74154g、0.15モル/の
塩酸水溶液4g及びC2H5OH 390gからなる混合
溶液を調製した後、表面層の平均細孔径が0.2μm
である多孔質アルミナ管を該混合溶液に浸漬し
た。
次いで、これを温度98℃、相対湿度95%の恒温
恒湿器に入れ、120分間保持した後、電気炉中300
℃で10分間焼成した。この様な溶液の付与、乾燥
及び焼成をさらに4回繰返した。ただし、最終回
の焼成は、500℃で20分間行つた。
かくして、多孔質アルミナ管の表面にZrO270
モル%−SiO230モル%のガラス膜を備えた複合
多孔質ガラス・セラミツクス管が得られた。ガラ
ス膜の付着量は、0.30g/dm2であつた。
実験例 1 実施例3の方法で得たZrO220モル%−SiO280
モル%のガラス膜を備えた複合多孔質セラミツク
ス管を使用して、H250モル%−N250モル%の混
合ガスの分離を行つた。
第1図に得られた結果を曲線Aとして示す。
なお、第1図には、分相法により作成された多
孔質ガラス管(厚み0.5mm)を使用して同様の混
合ガスの分離を行つた場合の結果を曲線Bとして
併せて示す。
第1図に示す結果から明らかな様に、本発明の
複合多孔質ガラス・セラミツクス管の分離比は、
分相法により作成された多孔質ガラス管のそれと
実質的に変わらない。
しかるに、H2の透過係数は、本発明の複合多
孔質ガラス・セラミツクス管の場合には、360×
10-9(m3/m2・Pa・sec)であつたのに対し、分相
法により作成された多孔質ガラス管の場合には、
僅か18×10-9(m3/m2・Pa・sec)に過ぎなかつ
た。
実験例 2 実施例1の方法に準じて、下記第1表に示す割
合(モル%)のジルコニアとシリカとからなるガ
ラス膜を多孔質セラミツクス管上に形成した。次
いで、該ガラス膜を100℃の蒸留水1000mlに浸漬
し、48時間還流して、液中のZrとSiの濃度を測定
したところ、Zrは、検出されず、Siの溶出量は、
第1表に示す通りであつた。
第1表 ZrO2:SiO2 Si (モル比) (ppm) 10:90 67.05 30:70 27.05 50:50 7.65 70:30 2.93 実験例 3 実施例2の方法に準じて得たZrO250モル%−
SiO250モル%のガラス膜を備えた複合多孔質セ
ラミツクス管の耐熱性を調べるために、各種の条
件で熱処理した後、実験例1と同様にして、
H250モル%−N250モル%の混合ガスの分離を行
つた。
第2図に得られた結果を曲線C〜Eとして示
す。
第2図には、同様の複合多孔質ガラス・セラミ
ツクス管を熱処理することなく使用して同様の混
合ガスの分離を行つた場合の結果を曲線Fとして
併せて示す。
なお、各曲線と熱処理条件との関係及びそれぞ
れの処理後のH2の透過係数は、以下の通りであ
る。
曲線C…500℃×1時間、透過係数=420×10-9
(m3/m2・Pa・sec) 曲線D…500℃×5時間、透過係数=489×10-9
(m3/m2・Pa・sec) 曲線E…500℃×21時間、透過係数=492×10-9
(m3/m2・Pa・sec) 曲線F…熱処理なし。透過係数=282×10-9(m3
m2・Pa・sec) 第2図に示す結果から明らかな様に、本発明の
複合多化質ガラス・セラミツクス管の分離比は、
熱処理しても、実質的に変わらない。
しかるに、H2の透過速度は、むしろ向上して
いる。
このような事実から、本発明による複層セラミ
ツクス計過材は、500℃で十分な耐熱性を備え
ていることが明らかである。
実験例 4 実施例1と同様にして得たZrO230モル%−
SiO270モル%のガラス膜を備えた複合多孔質ガ
ラス・セラミツクス管を使用して、0.5%食塩水
の脱塩処理を圧力50Kg/cm2の条件下に行つた。
第3図に脱塩率[曲線()]及び透過流量
[曲線()]を示す。
第3図に示す結果から明らかなように、本発明
による複合多孔質ガラス・セラミツクス管は、逆
浸透及び限外過膜としての機能をも有してい
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による複合多孔質ガラス・セ
ラミツクス管のH2−N2混合ガスのH2分離比を多
孔質ガラス管のそれと対比して示すグラフであ
る。 第2図は、本発明による複合多孔質ガラス・セ
ラミツクス管のH2−N2混合ガスのH2分離比に及
ぼす熱処理の影響を示すグラフである。 第3図は、本発明による複合多孔質ガラス・セ
ラミツクス管の逆浸透膜及び限外過膜としての
性能を示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 多孔質セラミツクス基材上にシリカージルコ
    ニア系多孔質ガラス膜を備えたガラス・セラミツ
    ク系濾過材。 2 多孔質セラミツクス基材上にシリカ源及びジ
    ルコニア源となるアルコキシドの混合溶液を付与
    し、乾燥し、焼成することを特徴とするガラス・
    セラミツクス系濾過材の製造方法。
JP11071688A 1988-05-06 1988-05-06 ガラス・セラミックス系濾過材及びその製造方法 Granted JPH01281119A (ja)

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