JPH0679122A - 多孔質構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 混合ガス又は混合液体から特定のガス又は液
体を分離するための多孔質構造体及びその製造方法を提
供する。 【構成】 セラミック製の多孔質支持体１上に、ゼオラ
イト結晶２及び微粒子状セラミック又はゼオライトを混
合して結合剤で接着し、ゼオライト層を設ける。微粒子
状セラミック又はゼオライトはゼオライト層中で充填層
３を形成している。充填層３の表面部は通気を遮断する
ために、間隙をシール材によって埋めたシール部４とし
てある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、混合ガスまたは混合液
体から特定のガス又は液体を分離することの出来る多孔
質構造体及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ゼオライトを利用したガス分離用の多孔
質構造体については、例えば特開昭63ー221815号公報に
記載されるように、ゼオライト合成原料ゾルを多孔質支
持体上にコーティングし、これを水熱処理した後焼成し
てゼオライト結晶を析出させる技術、特開昭59-213615
号公報に記載されるように、ガラス化合物を出発原料と
してオートクレーブ中でガラス表面にゼオライトを析出
させる技術、或いは、特開昭60-129119号公報に記載さ
れるように、多孔質担体の細孔の中にゼオライトの粉末
を埋め込む技術等がある。また、ゼオライト原料を多孔
質支持体上に次々にコーティングし、これらをゾル化し
た後水熱処理を行ってゼオライトを膜面上に析出させる
技術等も知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術はい
ずれも多孔質支持体上にゼオライト原料をコーティング
し、その後、水熱処理によってゼオライトを析出させよ
うとしている。しかし、一般に水熱処理は高圧水蒸気や
熱水によって行われるため、多孔質支持体上の原料ゾル
が流されてしまい、ゼオライトが均一に析出しないとい
う難点がある。この結果、製造されたガス分離膜にはゼ
オライトのない箇所（欠陥部）が多数存在することにな
る。

【０００４】ゼオライト結晶にはガス分離に寄与する細
孔が多数存在するが、この細孔の径は数Å程度である。
一方、ゼオライト結晶は粒径数μm程度の結晶体として
上記水熱処理によって析出し、この結晶が膜面を覆う構
造となる。しかし結晶と結晶の間には、上記欠陥部によ
る間隙が生ずる。この間隙の大きさは数１０Å〜数μm
もあるため、ガス分離膜として利用する際にガスは狭い
細孔よりもむしろ幅の広い間隙部分を通過してしまう。
このため、ガス分離性能を上昇させることが困難であっ
た。

【０００５】また上記のように多孔質支持体上に直接ゼ
オライトを析出させると、多孔質支持体とゼオライト結
晶との結合が弱く、剥がれやすいという難点もあった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明は、セラミック多孔質支持体上にゼオライト層を形
成するためにゼオライト結晶と、微粒子状のセラミック
又はゼオライトと、結合剤とを含む混合物を使用する。
従って形成されたゼオライト層はこのゼオライト層を構
成するゼオライト結晶間に微粒子状のセラミック又はゼ
オライトからなる充填部を有することになる。また本発
明では更にシール材を用いて、表面に露出したゼオライ
ト結晶の部分を除き充填部の通気を遮断している。

【０００７】

【作用】ゼオライト層のゼオライト結晶間に存在する間
隙を、微粒子状のセラミックまたはゼオライトで充填
し、更にこの充填部の通気を遮断するためにシール材を
用いたため、混合物はゼオライト結晶の細孔のみを通過
して効率良く分離される。

【０００８】

【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。ここにおいて図１は本発明の多孔質構造体の
一例を示す拡大部分断面図である。同図において、セラ
ミック製の多孔質支持体１上には、ゼオライト結晶２及
び微粒子状セラミック又はゼオライトが混合され、結合
剤によって接着されてゼオライト層を構成しており、こ
のゼオライト層中で上記微粒子状セラミック又はゼオラ
イトは充填層３を形成している。また充填層３の表面部
は表面に露出したゼオライト結晶の部分を除き通気を遮
断するために、間隙がシール材によって埋められたシー
ル部４となっている。

【０００９】多孔質支持体１は、ゼオライト層をサポー
トしてその機械的強度を増すためのものであり、アルミ
ナ、シリカ、ジルコニア及びチタニアの群から選択され
る１種以上の酸化物或いはカーボンから形成されている
ことが好ましい。

【００１０】充填層３を微粒子状セラミックで形成する
場合には、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア及
びカーボンの群から選択される１種以上の物質を用いる
ことが好ましい。微粒子状のセラミック又はゼオライト
は、１０Å〜１０００Åの平均粒径を有することが好ま
しい。これらの微粒子は、前記結合剤と共に、ゼオライ
ト結晶同士の結合並びに多孔質支持体１とゼオライト結
晶２との結合の役目を担う。このような微粒子は、径の
大きい結晶と比較して反応性が高いため、結合力が強
い。またゼオライト結晶同士の間隙を小さくしてシール
部４の形成を容易にする効果もある。

【００１１】ゼオライト結晶２は０．１μm〜１０μmの
平均粒径を有し、またガス等の分離に利用される細孔の
径は数Åのオーダーである。

【００１２】シール部４に用いるシール材は、気相又は
液相から析出させた、アルミナ、シリカ、ジルコニア、
チタニア及びカーボン或いはＳiＣのような炭化物、Ｓi
3Ｎ4のような窒化物の群から選択される１種以上の物質
から形成されていることが好ましい。

【００１３】本発明の多孔質構造体の製造方法の一例を
以下に示す。 （１）ゼオライト等の合成 金属酸化物を出発原料とし、所定の比率で混合後、水熱
処理することによってゼオライト結晶２及びゼオライト
微粒子を製造する。またセラミック微粒子を使用する場
合には、金属アルコキシドからの析出法、水熱合成法或
いは共沈法により製造する。これらの原料は、市販品を
用いることができる。本発明の多孔質構造体を特定の分
子のフィルターとして用いる場合には、ゼオライト結晶
の孔径がこの分子径よりもやや大きく且つ孔径分布幅の
狭いものを使用することが好ましい。

【００１４】（２）ゼオライト層の形成 上記ゼオライト結晶２と微粒子とを、水或いはエタノー
ル等の分散媒中に分散し、これにＰＶＡ（ポリビニルア
ルコール）やエチルセルローズ或いはガラス等の結合剤
を加えて良く攪拌する。そしてこの混合物をディッピン
グ、刷塗り、スプレー、スピンコート等の方法によって
多孔質支持体１上に塗布して乾燥させる。次にこれを２
００〜８００℃で焼成することによって、多孔質支持体
１とゼオライト結晶２及び充填層３の密着性を向上させ
る。このようにして形成するゼオライト結晶層は、でき
るだけ薄膜化するほうが圧損を低減できるため好まし
い。

【００１５】（３）シール部４の形成 上記によって得られた多孔質構造体に、金属アルコキシ
ドを飽和させたベーパライザーから原料ガスを送り、気
相合成法によって充填層３内にセラミックを析出させ、
充填層３の間隙を埋めるシール部４とする。上記金属ア
ルコキシドとしては、例えばオルトケイ酸エチルを使用
することができるが、この場合にはセラミックとしてシ
リカが析出する。

【００１６】上記によって形成した本発明の多孔質構造
体を混合ガスの分離に使用する例としては、大気中或い
は燃焼装置の排ガス中からの炭酸ガスの回収、大気中の
酸素の濃縮、空気中の水蒸気の分離（除湿）等が考えら
れる。また混合液の分離に用いる例としては、共沸点に
達したエタノール／水の混合物から水を除去する場合等
が考えられる。

【００１７】本発明の多孔質構造体によるガス等の分離
は、この多孔質構造体の片側に原料を接触させ、反対側
を減圧にして、特定の分子のみを透過させるか、又は、
片側を高圧に反対側を減圧若しくは大気圧にして、特定
の分子のみを透過させることによって達成される。

【００１８】上記で特定のガス分子のみを分離する方法
を具体的に説明する。一般にゼオライトは、その結晶中
のカチオンが静電引力作用を吸着気体分子に及ぼすた
め、炭酸ガスのように極性の大きい分子を選択的に吸着
するという特性がある（炭酸ガスの極性［四重極子モー
メント：(Q/e)A²］は０．６５であり、これに対して窒
素は０．２７である）。またゼオライトのような吸着材
は、低温、高圧で吸着し、高温、低圧で脱着する性質が
ある。これらの性質を利用して、多孔質構造体の片側を
比較的高圧或いは大気圧又は低温で例えば炭酸ガスを吸
着し、反対側を大気圧或いは減圧又は高温にすることに
よって、炭酸ガスが吸着・脱着されて分離し回収され
る。

【００１９】

【発明の効果】以上に説明した如く本発明の多孔質構造
体によれば、混合ガス或いは混合液体等は、ゼオライト
結晶の細孔中のみを通過するため効率良く分離される。
また本発明の製造方法によれば、ゼオライト結晶相互及
びゼオライト結晶と多孔質支持体との間の接着性が良好
となるため、機械的強度の高い多孔質構造体を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多孔質構造体の一例を示す拡大部分断
面図

【符号の説明】 １…多孔質支持体、２…ゼオライト結晶、３…充填層、
４…シール部。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック多孔質支持体上にゼオライト
   層が形成された多孔質構造体において、前記ゼオライト
   層を構成するゼオライト結晶の間隙には微粒子状のセラ
   ミック又はゼオライトが充填されており、また、この充
   填部分の通気は表面に露出したゼオライト結晶の部分を
   除きシール材によって遮断されていることを特徴とする
   多孔質構造体。
2. 【請求項２】 前記セラミック多孔質支持体は、アルミ
   ナ、シリカ、ジルコニア及びチタニアの群から選択され
   る１種以上の酸化物或いはカーボンから形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の多孔質構造体。
3. 【請求項３】 前記微粒子状のセラミックは、アルミ
   ナ、シリカ、ジルコニア、チタニア及びカーボンの群か
   ら選択される１種以上の物質から形成されていることを
   特徴とする請求項１又は２に記載の多孔質構造体。
4. 【請求項４】 前記ゼオライト結晶は、０．１μm乃至
   １０μmの平均粒径を有することを特徴とする請求項１
   乃至３のいずれか１項に記載の多孔質構造体。
5. 【請求項５】 前記微粒子状のセラミック又はゼオライ
   トは、１０Å乃至１０００Åの平均粒径を有することを
   特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の多孔
   質構造体。
6. 【請求項６】 前記シール材は、気相又は液相から析出
   させた、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア及び
   カーボン或いは炭化物、窒化物の群から選択される１種
   以上の物質から形成されていることを特徴とする請求項
   １乃至５のいずれか１項に記載の多孔質構造体。
7. 【請求項７】 セラミック多孔質支持体上にゼオライト
   層を形成する多孔質構造体の製造方法において、ゼオラ
   イト結晶、微粒子状のセラミック又はゼオライト、及び
   結合剤を含有する混合物を前記支持体上に塗布・乾燥・
   焼成し、更に、前記手段によってゼオライト結晶の間隙
   に形成された、微粒子状のセラミック又はゼオライトが
   充填された部分を、表面に露出したゼオライト結晶の部
   分を除きシール材によってシールして通気を遮断したこ
   とを特徴とする多孔質構造体の製造方法。