セラミックスフィルター表面に形成したゼオライト膜の開発と反応・分離への適用

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05453100
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 橋本 健治 京都大学, 工学部, 教授 (20025919)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 向井 紳 京都大学, 工学部, 助手 (70243045) ; 河瀬 元明 京都大学, 工学部, 助手 (60231271) ; 増田 隆夫 京都大学, 工学部, 助教授 (20165715)
• Keywords: ゼオライト膜 / A型ゼオライト / ZSM-5ゼオライト / セラミックスフィルター / 反応・分離 / パ-ベパレーション / CVD / 水熱合成

Research Abstract

ゼオライトはアルミノケイ酸塩の結晶であり、その種類によって、ベンゼン、低級炭化水素、無機ガスの最小分子径とほぼ等しい径の細孔を持つ。そのため、細孔径より大きい分子は細孔内に入れない(分子篩い効果)。工業的にはゼオライトは数μmの粉体の形態でのみ合成されている。本研究ではこのゼオライトを膜状に形成することで全く新しい高度分離用の膜を開発することを目的とする。平成5年度は吸着分離用に用いられるA型ゼオライトと触媒作用を示すZSN-5ゼオライトについてアルミナセラミックスフィルター表面に緻密な膜として形成する反応条件を探索し、数10μmの厚さで形成することに成功した。しかし、ゼオライト膜にはゼオライトの超ミクロ孔(径:0.3〜0.55nm)以外にもゼオライト結晶粒界に起因する0.数ミクロンの径を持つマクロ孔と非晶質部分の数nmのミクロ孔が存在することが分かった。そこで、平成6年度は(1)これらマクロ孔とミクロ孔を閉塞させる、そして(2)ゼオライト膜を分離に適用する、ことを目的として研究を行った。(1)については、A型ゼオライト膜はTEOSとオゾンを反応物質としてCVDを行い、シリカ層により閉塞することを試みた。処理後の膜はHFによりエッチングすることで、その後の実験に使用する。ミクロ孔は閉塞することに成功したが、マクロ孔については閉塞は困難であった。ZSM-5ゼオライト膜は合成時にZrO_2とSIO_2微粒子とゼオライト粉末を合成前にフィルター表面に塗布することで、マクロ孔を完全に閉塞することに成功した。ミクロ孔については上述のCVD処理により閉塞可能である。(2)については蒸留等では分離が困難な共沸混合物についてパ-ベパレーションを行った。系としてA型は水-メタノール、ZSM-5はトルエン-エタノール(高分子膜でも分離は困難)を採用した。両者とも分離係数がおよそ100前後まで達成することができた。また、ZSM-5膜を用いてブタンの反応を行った結果、触媒作用を示すことを明らかにした。

Research Products

• [Publications] Takao Masuda: "Preparation of ZSM-5 Zeolite Film on the Outer Surface of Alumina Ceramic Filter" Applied Catalysis. 111. 143-150 (1994)
• [Publications] Takao Masuda: "Preparation of an A-type Zeolite Film on the Surface of an Alumina Ceramic Filter" Microporous Materials. 3. 565-571 (1995)