JP2016010759A - Aromatic compound or acid separation membrane and separation method - Google Patents
Aromatic compound or acid separation membrane and separation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016010759A JP2016010759A JP2014133356A JP2014133356A JP2016010759A JP 2016010759 A JP2016010759 A JP 2016010759A JP 2014133356 A JP2014133356 A JP 2014133356A JP 2014133356 A JP2014133356 A JP 2014133356A JP 2016010759 A JP2016010759 A JP 2016010759A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- acid
- aromatic compound
- membrane
- separation
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
本発明は、芳香族化合物又は酸の分離膜及び分離方法に関する。 The present invention relates to an aromatic compound or acid separation membrane and a separation method.
脂肪族・芳香族炭化水素分離は石油精製工程で重要な分離プロセスであるが、共沸点が近いため効率的な分離は一般に困難である。膜分離は効率的な分離方法の一つである。分離系の一例として芳香族であるベンゼンと脂肪族であるシクロヘキサン系の浸透気化 (PV) 法が知られている。ベンゼン及びシクロヘキサンは沸点が近く、高分子膜を用いた分離について多数の報告がある。高分子であるセルロースアセテートにジニトロフェニルを含有した膜では、70℃においてベンゼン選択性 103、ベンゼン透過流束1.0×10-2 kg m-2 h-1と高いベンゼン選択性が報告されている (非特許文献1) 。一方、無機膜では、NaY ゼオライト膜がベンゼン選択性 13、ベンゼン透過流束8.2×10-2 kg m-2 h-1と報告されている (非特許文献2) 。また、Rhを含むH-β-ゼオライトをポリビニルクロライドに導入し、ベンゼン選択性26、ベンゼン透過流束3.9×10-2 kg m-2 h-1となった例もある (非特許文献3) 。このように、ベンゼン/シクロヘキサン系のような有機物分離は耐溶媒性に優れている無機膜の開発が重要であると思われる。アモルファスシリカ膜の製膜方法としては、化学蒸着(CVD)法 (非特許文献4) やゾルゲル法 (非特許文献5) が注目されている。近年、シリカ製膜時のシリカ源にシリカ-有機物複合材料を用いることで細孔径を制御する検討が行われている (非特許文献6及び7) 。シリカ源にPrTMOS (プロピルトリメトキシシラン)を用いたO3系対向拡散CVD法により、N2/SF6透過率比が530となる膜の報告がある (非特許文献7) 。この技術を利用して、非特許文献8には、蒸着温度320℃、O3流量 0.4 L min -1にてベンゼン/シクロヘキサン選択性が113、全透過流束 2.2×10-4 kg m-2 h-1とベンゼン選択透過膜を得たことが記載されている。しかし、透過流束は低い状況である。また、DPhDMOS(ジフェニルジメトキシシラン)をシリカ源とした300℃ O2系対向拡散CVD法にて、H2/SF6 透過率比6800、N2/SF6 透過率比45と高い透過性能を示す膜も報告されており(非特許文献9) 、蒸着後の膜は有機物を含まないシリカ膜であると報告されている(非特許文献9のFig.6(b))。 Aliphatic / aromatic hydrocarbon separation is an important separation process in the petroleum refining process, but efficient separation is generally difficult due to the close azeotropic point. Membrane separation is one of efficient separation methods. As an example of a separation system, an aromatic benzene and an aliphatic cyclohexane pervaporation (PV) method is known. Benzene and cyclohexane have close boiling points, and there are many reports on separation using polymer membranes. A membrane containing dinitrophenyl in cellulose acetate, a polymer, has been reported to have a high benzene selectivity at 70 ° C, with a benzene selectivity of 103 and a benzene permeation flux of 1.0 × 10 -2 kg m -2 h -1 ( Non-patent document 1). On the other hand, as an inorganic membrane, NaY zeolite membrane is reported to have a benzene selectivity of 13 and a benzene permeation flux of 8.2 × 10 −2 kg m −2 h −1 (Non-patent Document 2). In addition, there is an example in which H-β-zeolite containing Rh is introduced into polyvinyl chloride, resulting in a benzene selectivity of 26 and a benzene permeation flux of 3.9 × 10 −2 kg m −2 h −1 (Non-patent Document 3). . Thus, it seems that the development of inorganic membranes with excellent solvent resistance is important for organic matter separation such as benzene / cyclohexane system. As a method for forming an amorphous silica film, a chemical vapor deposition (CVD) method (Non-Patent Document 4) and a sol-gel method (Non-Patent Document 5) are attracting attention. In recent years, studies have been made to control the pore diameter by using a silica-organic composite material as a silica source during silica film formation (Non-Patent Documents 6 and 7). There is a report of a film having an N 2 / SF 6 transmittance ratio of 530 by the O 3 counter diffusion CVD method using PrTMOS (propyltrimethoxysilane) as a silica source (Non-patent Document 7). Using this technology, Non-Patent Document 8 discloses that the deposition temperature is 320 ° C., the O 3 flow rate is 0.4 L min −1, the benzene / cyclohexane selectivity is 113, and the total permeation flux is 2.2 × 10 −4 kg m −2. It is described that h- 1 and a benzene permselective membrane were obtained. However, the permeation flux is low. In addition, high transmission performance with H 2 / SF 6 transmittance ratio 6800 and N 2 / SF 6 transmittance ratio 45 by DPhDMOS (diphenyldimethoxysilane) as a silica source at 300 ° C O 2 system opposite diffusion CVD method. A film has also been reported (Non-Patent Document 9), and it is reported that the film after vapor deposition is a silica film containing no organic substance (Fig. 6 (b) of Non-Patent Document 9).
また、酢酸や硫酸の濃縮は蒸発法で行われており、エネルギーの効率化が求められている。効率的な脱水法として、逆浸透法に注目した。実用化されている逆浸透膜は、高分子膜のみであり、過酷な分離系での使用は困難である。そこで、無機材料による逆浸透膜の開発が期待されている。現在の無機逆浸透膜は、ゼオライト膜を用いた塩化ナトリウムの分離が報告(非特許文献10)されている。 Concentration of acetic acid and sulfuric acid is performed by an evaporation method, and energy efficiency is required. We focused on reverse osmosis as an efficient dehydration method. The reverse osmosis membranes in practical use are only polymer membranes and are difficult to use in harsh separation systems. Therefore, development of reverse osmosis membranes using inorganic materials is expected. As for the present inorganic reverse osmosis membrane, separation of sodium chloride using a zeolite membrane has been reported (Non-patent Document 10).
本発明者らは、対向拡散CVD法によるシリカ複合膜の開発を行っている。これまで、蒸着時のオゾン濃度を変化させ、シリカ膜の逆浸透分離への応用を検討した。塩化ナトリウム水溶液の逆浸透分離にて、全透過流束1.7 kg m-2 h-1、Naイオン阻止率94.2 %と高い逆浸透性能が得られた(非特許文献11)。これを硫酸の逆浸透分離に応用することで、全透過流束0.33 kg m-2 h-1、阻止率97.8 %と、高い阻止性能を得た(非特許文献12)。しかし、透過流束は低い状況である。 The present inventors have developed a silica composite film by a counter diffusion CVD method. So far, the ozone concentration at the time of vapor deposition was changed and the application to the reverse osmosis separation of the silica membrane was examined. By reverse osmosis separation of an aqueous sodium chloride solution, high reverse osmosis performance was obtained with a total permeation flux of 1.7 kg m −2 h −1 and a Na ion rejection of 94.2% (Non-patent Document 11). By applying this to reverse osmosis separation of sulfuric acid, a high permeation performance with a total permeation flux of 0.33 kg m −2 h −1 and a rejection of 97.8% was obtained (Non-patent Document 12). However, the permeation flux is low.
上記の通り、従来は、シリカ系膜のシリカ源としては、PrTMOSなど直鎖のアルキル基をもつものや、フェニル基を一つもつPhTMOS(フェニルトリメトキシシラン)などが用いられていた。また、DPhDMOSをシリカ源として用いた場合は、炭素が残存せずにシリカ膜となっているとの報告であった(非特許文献9;Fig.6(b))。PrTMOS膜でのベンゼン/シクロヘキサン系のPV分離(全透過流束 2.2×10-4 kg m-2 h-1)や、PhTMOS膜の塩化ナトリウム水溶液の逆浸透分離(全透過流束0.33 kg m-2 h-1)が行われているが、いずれも、全透過流束が十分でなかった。本発明の課題は、高い全透過流束を有する芳香族化合物又は酸の分離膜を提供することである。本発明の更に別の課題は、上記の分離膜を用いた芳香族化合物又は酸の分離方法を提供することである。 As described above, conventionally, as a silica source for a silica-based film, one having a linear alkyl group such as PrTMOS or PhTMOS (phenyltrimethoxysilane) having one phenyl group has been used. Moreover, when DPhDMOS was used as a silica source, it was reported that no silica remained and a silica film was formed (Non-patent Document 9; Fig. 6 (b)). PV separation of benzene / cyclohexane system at PrTMOS film or (total flux 2.2 × 10 -4 kg m -2 h -1), reverse osmosis separation of aqueous sodium chloride solution PhTMOS film (total flux 0.33 kg m - 2 h -1 ), but the total permeation flux was not sufficient in all cases. An object of the present invention is to provide an aromatic compound or acid separation membrane having a high total permeation flux. Still another object of the present invention is to provide a method for separating an aromatic compound or an acid using the above separation membrane.
本発明者は上記課題を解決することを目的として、ジフェニルジメトキシシランを用いるジフェニル膜の開発を試みた。本発明者らは、製膜法として対向拡散化学蒸着(Chemical vapor deposition)(CVD) 法に注目し、ジフェニルジメトキシシランをシリカ源として用いることでシリカ複合膜を製造し、芳香族-脂肪族の分離であるベンゼン/シクロヘキサンのパーベーパーレーションにより分離性能を評価した結果、高い分離性能を示すこと、さらに酸分離膜としても高い分離性能を示すことを見出した。本発明はこれらの知見に基づいて完成したものである。すなわち、本発明の態様は以下に関する。 The present inventor has attempted to develop a diphenyl film using diphenyldimethoxysilane for the purpose of solving the above problems. The inventors of the present invention have focused on a chemical vapor deposition (CVD) method as a film forming method, manufactured a silica composite film by using diphenyldimethoxysilane as a silica source, and prepared an aromatic-aliphatic As a result of evaluating separation performance by pervaporation of benzene / cyclohexane as a separation, it was found that the separation performance is high, and that the separation performance is also high as an acid separation membrane. The present invention has been completed based on these findings. That is, the aspect of the present invention relates to the following.
(1) ジフェニルジメトキシシランを基材に供給して60℃〜400℃の蒸着温度で製膜することによって得られる膜からなる、芳香族化合物又は酸の分離膜。
(2) 基材がアルミナ多孔体である、(1)に記載の芳香族化合物又は酸の分離膜。
(3) 基材の一方からオゾンを供給し、基材の他方からジフェニルジメトキシシランを供給する対向拡散化学蒸着法により製膜を行う、(1)又は(2)に記載の芳香族化合物又は酸の分離膜。
(4) 製膜における蒸着温度が、270〜360℃である、(1)から(3)の何れかに記載の芳香族化合物又は酸の分離膜。
(5) 芳香族化合物が、ベンゼンである、(1)から(4)の何れかに記載の芳香族化合物又は酸の分離膜。
(6) (1)から(5)の何れかに記載の芳香族化合物又は酸の分離膜を用いて、芳香族化合物又は酸を分離する方法。
(1) An aromatic compound or acid separation membrane comprising a membrane obtained by supplying diphenyldimethoxysilane to a substrate and forming a film at a deposition temperature of 60 ° C to 400 ° C.
(2) The aromatic compound or acid separation membrane according to (1), wherein the substrate is an alumina porous body.
(3) The aromatic compound or acid according to (1) or (2), wherein the film is formed by a counter diffusion chemical vapor deposition method in which ozone is supplied from one of the substrates and diphenyldimethoxysilane is supplied from the other of the substrates. Separation membrane.
(4) The aromatic compound or acid separation membrane according to any one of (1) to (3), wherein the deposition temperature in film formation is 270 to 360 ° C.
(5) The aromatic compound or acid separation membrane according to any one of (1) to (4), wherein the aromatic compound is benzene.
(6) A method for separating an aromatic compound or an acid using the aromatic compound or acid separation membrane according to any one of (1) to (5).
本発明の芳香族化合物又は酸の分離膜によれば、芳香族化合物又は酸を効率良く分離することができる。 According to the aromatic compound or acid separation membrane of the present invention, the aromatic compound or acid can be efficiently separated.
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の分離膜は、ジフェニルジメトキシシランを基材に供給して製膜することによって得られる膜である。ジフェニルジメトキシシランは、以下の構造で示される化合物である。
Embodiments of the present invention will be described below.
The separation membrane of the present invention is a membrane obtained by supplying diphenyldimethoxysilane to a substrate to form a membrane. Diphenyldimethoxysilane is a compound represented by the following structure.
基材としては、ジフェニルトリメトキシシランを製膜できるものであれば特に限定されないが、多孔質セラミック基材が好ましく、例えば、多孔質セラミック基材の材料として、好ましくは、アルミナ(γ−アルミナ等)、シリカ、シリカ―ジルコニア、シリカ−ニッケル、シリカ−銅、シリカ−コバルト、アルミナ−酸化ガリウム、アルミナ−酸化ランタン、アルミナ−酸化ランタン−酸化ガリウムなどを使用することができる。 The substrate is not particularly limited as long as diphenyltrimethoxysilane can be formed, but a porous ceramic substrate is preferable. For example, as a material of the porous ceramic substrate, alumina (γ-alumina or the like) is preferable. ), Silica, silica-zirconia, silica-nickel, silica-copper, silica-cobalt, alumina-gallium oxide, alumina-lanthanum oxide, alumina-lanthanum oxide-gallium oxide, and the like.
多孔質γ−アルミナキャピラリーを使用する場合、平均細孔直径は、好ましくは1〜100nmであり、より好ましくは1〜10nmである。ここで、平均細孔直径は市販のパームポロメーターで測定することができる。 When a porous γ-alumina capillary is used, the average pore diameter is preferably 1 to 100 nm, more preferably 1 to 10 nm. Here, the average pore diameter can be measured with a commercially available palm porometer.
本発明におけるジフェニルジメトキシシランの製膜の方法は特に限定されないが、好ましくは対向拡散CVD法により製膜を行うことができる。対向拡散CVD法によれば、ジフェニルジメトキシシランを基材に均質に蒸着することができる。対向拡散CVD法は、図1に示すように、2種の反応種を基材の両側より供給する方法である。基材の細孔を閉塞するように、上記ジフェニルジメトキシシラン膜が製膜される。蒸着したシリカにより原料の拡散が制御されるので、均質な処理が可能となり、これにより均質なシリカ膜を製膜することができる。 The method for forming the diphenyldimethoxysilane in the present invention is not particularly limited, but the film formation can be preferably carried out by the counter diffusion CVD method. According to the counter diffusion CVD method, diphenyldimethoxysilane can be uniformly deposited on a substrate. The counter diffusion CVD method is a method of supplying two reactive species from both sides of a substrate as shown in FIG. The diphenyldimethoxysilane film is formed so as to close the pores of the substrate. Since the diffusion of the raw material is controlled by the deposited silica, it is possible to perform a homogeneous treatment, thereby forming a homogeneous silica film.
本発明の一例としては、多孔質γ−アルミナキャピラリーなどの基材の一方からオゾンを供給し、基材の他方からジフェニルジメトキシシランを供給することにより、対向拡散CVD法による製膜を行うことができる。 As an example of the present invention, ozone may be supplied from one of the substrates such as a porous γ-alumina capillary, and diphenyldimethoxysilane may be supplied from the other of the substrates to form a film by the counter diffusion CVD method. it can.
上記した製膜におけるジフェニルジメトキシシランの蒸着温度は60℃〜400℃であり、好ましくは150〜400℃であり、好ましくは180〜400℃であり、より好ましくは270〜360℃であり、さらに好ましくは270〜320℃であり、特に好ましくは290〜310℃である。 The deposition temperature of diphenyldimethoxysilane in the film formation described above is 60 ° C to 400 ° C, preferably 150 to 400 ° C, preferably 180 to 400 ° C, more preferably 270 to 360 ° C, and even more preferably. Is 270 to 320 ° C, particularly preferably 290 to 310 ° C.
本発明の分離膜を用いて、芳香族化合物又は酸の分離を行うことができる。芳香族化合物の種類は特に限定されず、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレンなどを挙げることができる。酸の種類は特に限定されず、無機酸又は有機酸の何れでもよく、強酸又は弱酸の何れでもよい。無機酸の例としては、硫酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、硝酸、フルオロスルホン酸、リン酸又はホウ酸などを挙げることができるが特に限定されない。有機酸の例としては、酢酸、シュウ酸、ギ酸、プロピオン酸、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸、グルコン酸、グリコール酸、乳酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、フェノールスルホン酸等が挙げられるが、特に限定されない。 The separation membrane of the present invention can be used to separate aromatic compounds or acids. The kind of aromatic compound is not specifically limited, For example, benzene, toluene, xylene, naphthalene etc. can be mentioned. The kind of acid is not particularly limited, and may be either an inorganic acid or an organic acid, and may be either a strong acid or a weak acid. Examples of the inorganic acid include sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, nitric acid, fluorosulfonic acid, phosphoric acid, and boric acid, but are not particularly limited. Examples of organic acids include acetic acid, oxalic acid, formic acid, propionic acid, malic acid, citric acid, tartaric acid, gluconic acid, glycolic acid, lactic acid, methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid , Trifluoromethanesulfonic acid, phenolsulfonic acid and the like, but are not particularly limited.
本発明によれば、芳香族化合物又は酸の分離膜の製造のための、上記したジフェニルジメトキシシランを基材に供給して60℃〜400℃の蒸着温度において製膜することによって得られる膜の使用が提供される。
さらに本発明によれば、ジフェニルジメトキシシランを基材に供給して製膜することによって得られる膜からなる芳香族化合物又は酸の分離膜を用いて、芳香族化合物又は酸を分離する方法が提供される。
According to the present invention, a membrane obtained by supplying the above-mentioned diphenyldimethoxysilane to a substrate and producing it at a deposition temperature of 60 ° C. to 400 ° C. for the production of an aromatic compound or acid separation membrane. Use is provided.
Furthermore, according to the present invention, there is provided a method for separating an aromatic compound or an acid using an aromatic compound or acid separation membrane comprising a membrane obtained by forming a film by supplying diphenyldimethoxysilane to a substrate. Is done.
以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により特に限定されるものではない。 The present invention will be described more specifically with reference to the following examples, but the present invention is not particularly limited by the following examples.
実施例1:分離膜の製造
図2に対向拡散CVD装置の模式図を示す。CVD及び透過試験装置は、リアクター、電気炉、リボンヒーター、温度調節器、ガス供給・制御部分、バブラー、石鹸膜流量計、圧力センサー、真空ポンプ、コールドトラップにより構成されている。配管にはSUSを用いた。
Example 1 Production of Separation Membrane FIG. 2 shows a schematic diagram of a counter diffusion CVD apparatus. The CVD and permeation test equipment consists of a reactor, electric furnace, ribbon heater, temperature controller, gas supply / control part, bubbler, soap film flow meter, pressure sensor, vacuum pump, and cold trap. SUS was used for the piping.
膜モジュールと膜は、Swagelok社のウルトラトールを加工したものとO-ringを用いてシールした。膜モジュールの中央に電気炉を設置し、温度調節器で温度を管理し、モジュール内に挿入された熱電対により温度を測定した。
リボンヒーターは、シリカ源がリアクターに達するまでに凝縮するのを防ぐために巻いた。シリカ源を供給する際は140℃に加熱した。有毒なシリカ源が大気中に放出されないように、未反応のシリカ源をコールドトラップで回収した。
Membrane modules and membranes were sealed using O-rings with Swagelok Ultratoll processed. An electric furnace was installed at the center of the membrane module, the temperature was controlled by a temperature controller, and the temperature was measured by a thermocouple inserted in the module.
The ribbon heater was wound to prevent the silica source from condensing before reaching the reactor. When supplying the silica source, it was heated to 140 ° C. The unreacted silica source was recovered with a cold trap so that no toxic silica source was released into the atmosphere.
膜の外側からシリカ源を供給するためにN2バブラー、膜の内側にO2およびO3を供給するラインを接続した。それぞれ大気圧にて供給した。製膜の際に必要なN2、O2はマスフローコントローラーを用いて電子制御し、透過試験用のH2、N2、SF6ガスはニードルバルブで制御により流量を調整した。
膜の外側のラインには圧力計を設置した。これはシリカ源を膜の外側のラインに供給することで配管が閉塞したときのモニター用である。
膜の内側、外側にて未反応のガスはドラフトに排気される。
An N 2 bubbler was connected to supply the silica source from the outside of the membrane, and a line supplying O 2 and O 3 was connected to the inside of the membrane. Each was supplied at atmospheric pressure. N 2 and O 2 required for film formation were electronically controlled using a mass flow controller, and H 2 , N 2 , and SF 6 gases for permeation tests were adjusted by control with a needle valve.
A pressure gauge was installed in the line outside the membrane. This is for monitoring when the piping is blocked by supplying the silica source to the line outside the membrane.
Unreacted gas is exhausted to the draft inside and outside the membrane.
多孔質γ-アルミナキャピラリー(NOK製:全長60 mm、有効部分40 mm、細孔径4 nm)を基材として用いた。基材の両側をバイトンO-リングによりシールした。O3発生器 (ZOS-YB-6G,商研製) の印加電圧100Vとし、酸化剤としてオゾンを基材の内側に供給した。シリカ源としてジフェニルジメトキシシラン(DPhDMOS)(信越化学工業製)を用い、125℃で窒素バブリングさせ、基材の外側に流通させた。蒸着温度は150〜450℃(150℃、180℃、210℃、240℃、270℃、300℃、320℃、340℃、360℃、390℃、420℃、450℃)とし、蒸着時間は90分とした。 A porous γ-alumina capillary (manufactured by NOK: total length 60 mm, effective portion 40 mm, pore diameter 4 nm) was used as a substrate. Both sides of the substrate were sealed with Viton O-rings. The applied voltage of an O 3 generator (ZOS-YB-6G, manufactured by Shoken) was 100 V, and ozone was supplied to the inside of the substrate as an oxidizing agent. Diphenyldimethoxysilane (DPhDMOS) (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was used as a silica source, and was bubbled with nitrogen at 125 ° C. and distributed outside the substrate. Deposition temperature is 150-450 ° C (150 ° C, 180 ° C, 210 ° C, 240 ° C, 270 ° C, 300 ° C, 320 ° C, 340 ° C, 360 ° C, 390 ° C, 420 ° C, 450 ° C), and the evaporation time is 90 ° C. Minutes.
実施例2:分解挙動の分析
分解挙動の分析には、DPhDMOSを加水分解した粉末を用いた。石英管中 (直径2 mm) に、O3を導入し、180℃〜360℃にて90分処理を行った。評価は、熱重量測定 (TG-50、島津製作所製) および赤外吸収 (FTIR-8400S島津製作所製) を用いて行った。
Example 2: Analysis of decomposition behavior For analysis of decomposition behavior, a powder obtained by hydrolyzing DPhDMOS was used. O 3 was introduced into a quartz tube (diameter 2 mm) and treated at 180 ° C. to 360 ° C. for 90 minutes. Evaluation was performed using thermogravimetry (TG-50, manufactured by Shimadzu Corporation) and infrared absorption (FTIR-8400S manufactured by Shimadzu Corporation).
図3に、PhTMOS粉末とDPhDMOS粉末の熱重量測定結果を示す。120℃、180℃、240℃、300℃、350℃、400℃とステップ状に温度を上昇させながら、重量変化を測定した。物理吸着水やシリカ上のフェニル基の分解挙動がわかる。PhTMOS粉末では、120℃での重量減少が大きかった。一方、DPhDMOS粉末の重量減少はわずかであった。DPhDMOS粉末の方が、フェニル基が多く、表面が疎水的であることがわかる。また、240℃での重量減少は、PhTMOS粉末と比較してDPhDMOS粉末の重量減少が小さかった。DPhDMOS粉末由来のフェニル基が、熱安定性が高いことが示唆される。 In FIG. 3, the thermogravimetric measurement result of PhTMOS powder and DPhDMOS powder is shown. The weight change was measured while increasing the temperature in steps of 120 ° C, 180 ° C, 240 ° C, 300 ° C, 350 ° C, and 400 ° C. It shows the decomposition behavior of phenyl groups on physically adsorbed water and silica. The PhTMOS powder had a large weight loss at 120 ° C. On the other hand, the weight loss of DPhDMOS powder was slight. It can be seen that DPhDMOS powder has more phenyl groups and a hydrophobic surface. In addition, the weight loss at 240 ° C. was smaller than that of the DPhDMOS powder compared to the PhTMOS powder. It is suggested that the phenyl group derived from DPhDMOS powder has high thermal stability.
図4に、PhTMOS粉末とDPhDMOS粉末の熱O3処理後のFT-IR測定結果を示す。横軸は熱O3処理温度、縦軸は熱O3処理前のフェニル基起因のIR吸収量を1とした場合の、吸収量の減少割合である。縦軸が1の場合は、熱O3処理によりフェニル基が分解していないことを示し、縦軸が0の場合は、すべてのフェニル基が分解したことを示している。200℃前後の低温での熱O3処理時に、DPhDMOS粉末の値か0.7前後と非常に高い値を示している。シリカ上のフェニル基の分解挙動で、DPhDMOS粉末由来の場合は、高いフェニル基残存量であることが示唆される。いずれの熱O3処理温度でもDPhDMOS粉末由来のフェニル基の残存量が多く、図3で示した熱分解挙動とも対応が取れていると言える。図4に示す結果から、DPhDMOS粉末は熱処理後においても炭素分が残存していることが分かる。 FIG. 4 shows the FT-IR measurement results of the PhTMOS powder and DPhDMOS powder after thermal O 3 treatment. The horizontal axis represents the heat O 3 treatment temperature, and the vertical axis represents the rate of decrease in the amount of absorption when the IR absorption amount due to the phenyl group before the heat O 3 treatment is 1. When the vertical axis is 1, it indicates that the phenyl group is not decomposed by thermal O 3 treatment, and when the vertical axis is 0, it indicates that all the phenyl groups are decomposed. At the time of thermal O 3 treatment at a low temperature of around 200 ° C, the value of DPhDMOS powder shows a very high value of around 0.7. The decomposition behavior of phenyl groups on silica suggests a high residual amount of phenyl groups when derived from DPhDMOS powder. At any thermal O 3 treatment temperature, the residual amount of phenyl groups derived from the DPhDMOS powder is large, and it can be said that the thermal decomposition behavior shown in FIG. From the results shown in FIG. 4, it can be seen that the DPhDMOS powder has carbon remaining after heat treatment.
実施例3:H2、N2、SF6の単成分透過試験
H2、N2、SF6の単成分透過試験は、270℃以下で蒸着した膜では、透過試験を蒸着温度で行い、270℃以上で蒸着した膜では270℃にて行った。透過率は、圧力変化法もしくは加圧法を用いて測定した。
Example 3: Single component permeation test for H 2 , N 2 , SF 6
The single component permeation test for H 2 , N 2 , and SF 6 was performed at a deposition temperature for films deposited at 270 ° C. or lower, and at 270 ° C. for films deposited at 270 ° C. or higher. The transmittance was measured using a pressure change method or a pressure method.
図5及び図6にPhTMOS膜とDPhDMOS膜の単成分ガス透過試験を示す。横軸は製膜時の蒸着温度である。300℃付近での、H2/N2透過率比とN2/SF6透過率比の値は、PhTMOS膜とDPhDMOS膜で大きな差異を見いだすことができなかった。180℃蒸着と低温での蒸着の場合、DPhDMOS膜が高い分離性を示すことが示された。単成分透過試験結果より、180℃程度の低温での蒸着条件で、DPhDMOS膜の特徴が出たと言える。 5 and 6 show single component gas permeation tests of the PhTMOS film and the DPhDMOS film. The horizontal axis is the deposition temperature during film formation. The value of the H 2 / N 2 transmittance ratio and the N 2 / SF 6 transmittance ratio in the vicinity of 300 ° C. could not be found to be significantly different between the PhTMOS film and the DPhDMOS film. It was shown that the DPhDMOS film shows high separation in the case of 180 ° C deposition and low temperature deposition. From the results of the single component transmission test, it can be said that the DPhDMOS film featured under deposition conditions at a low temperature of about 180 ° C.
実施例4:浸透気化 (PV) 試験
膜の供給側に、50質量%のベンゼンとシクロヘキサン混合物を配置し、パーベーパーレーション(PV)試験を行った。PV試験は以下の手順で行った。膜部分を20℃もしくは60℃で温度コントロールし、一定温度に保った。膜の透過側は真空ポンプにて減圧した。膜と真空ポンプの間に液体窒素トラップを配置して、透過物を回収した。透過流束は、透過時間と液体窒素トラップに回収された重量より算出した。透過液濃度は、ガスクロマトグラフィー(GC8-A 島津製作所製:SHIN CARBON A)にて分析した。
Example 4: Pervaporation (PV) test A pervaporation (PV) test was performed by placing 50 mass% of a benzene and cyclohexane mixture on the membrane supply side. The PV test was performed according to the following procedure. The temperature of the membrane part was controlled at 20 ° C. or 60 ° C. and kept at a constant temperature. The permeation side of the membrane was depressurized with a vacuum pump. A permeate was collected by placing a liquid nitrogen trap between the membrane and the vacuum pump. The permeation flux was calculated from the permeation time and the weight collected in the liquid nitrogen trap. The permeate concentration was analyzed by gas chromatography (GC8-A, Shimadzu Corporation: SHIN CARBON A).
図7にPhTMOS膜、DPhDMOS膜、PrTMOS膜のベンゼン/シクロヘキサンPV試験結果を示す。四角の点がDPhDMOS膜の透過試験結果である。これより、分離係数53、全透過流束 5.6×10-3 kg m-2 h-1と、従来のPrTMOS膜と比較して高い全透過流束をもつ膜の開発に成功した。 FIG. 7 shows the benzene / cyclohexane PV test results of the PhTMOS film, DPhDMOS film, and PrTMOS film. The square points are the transmission test results of the DPhDMOS film. As a result, we succeeded in developing a membrane with a separation factor of 53 and a total permeation flux of 5.6 × 10 −3 kg m −2 h −1 and a high total permeation flux compared to the conventional PrTMOS membrane.
実施例5:硫酸逆浸透分離試験
膜の逆浸透性能の評価として、硫酸による逆浸透試験を行った。
酸透水試験を行い、得られた透過液と供給液の水素イオン濃度をそれぞれ測定し、硫酸イオン阻止率の算出を行った。逆浸透試験は図8に示す装置を用いて行った。液体クロマトグラフィ用高圧ポンプ(L-6300形インテリジェントポンプ、日立ハイテクフィールディング製)を使用し、背圧弁により圧力差を調節し、供給液が循環するようにした。
Example 5: Sulfuric acid reverse osmosis separation test As an evaluation of the reverse osmosis performance of the membrane, a reverse osmosis test with sulfuric acid was performed.
An acid permeation test was performed, and the hydrogen ion concentrations of the obtained permeate and the supply liquid were measured, and the sulfate ion rejection was calculated. The reverse osmosis test was performed using the apparatus shown in FIG. A high pressure pump for liquid chromatography (L-6300 type intelligent pump, manufactured by Hitachi High-Tech Fielding) was used, the pressure difference was adjusted by the back pressure valve, and the supply liquid was circulated.
(1)酸透水試験
100mg/L 硫酸溶液を調製し、供給液とした。供給液は500mLビーカーに入れ、濃度勾配が一定になるよう300(280〜320)rpmで常に撹拌する。
膜の代わりに無孔ガラス管を入れ、ポンプを稼働し、供給液を5min程度循環させ、装置内の硫酸濃度を一定にする。循環後、供給液を50mL分取する。スクリュー管の重量を精密電子天秤で測定する。無孔ガラス管を測定する膜に取り換える。ポンプを稼働し、供給量10.0mLとし、差圧を背圧弁により3.0〜6.0 MPaに調節する。差圧の調整はゆっくりと行い、膜が破損しないようにする。特に、4.0 MPa以降で圧力を調節する際は注意する。1滴目が透過した時間を測定開始時間とし、スクリュー管は透過液が中に入るよう設置した。スクリュー管に透過液が1mL(水素イオン濃度が測定できる体積)以上溜まったら、スクリュー管を交換、もしくは測定を終了する。測定終了時間は、透過液が1滴落ちた瞬間とする。背圧弁を調節し、圧力を0MPaまで下げ、ポンプの稼働を止める。供給液を50mL分取する。膜を取り出し、無孔ガラス管に入れ替える。供給側に純水400mLを入れたビーカー、透過側に空のビーカーを用意する。ポンプを稼働し、純水を循環させ、装置を洗浄する。
(1) Acid permeation test
A 100 mg / L sulfuric acid solution was prepared and used as the feed solution. The feed solution is placed in a 500 mL beaker and constantly stirred at 300 (280-320) rpm so that the concentration gradient is constant.
Insert a non-porous glass tube instead of a membrane, operate the pump, circulate the supply liquid for about 5 minutes, and keep the sulfuric acid concentration in the device constant. After circulation, take 50 mL of the supply liquid. Measure the weight of the screw tube with a precision electronic balance. Replace the non-porous glass tube with the membrane to be measured. The pump is operated, the supply volume is 10.0 mL, and the differential pressure is adjusted to 3.0-6.0 MPa with the back pressure valve. Adjust the differential pressure slowly to avoid damaging the membrane. Be especially careful when adjusting the pressure at 4.0 MPa or higher. The time when the first drop permeated was taken as the measurement start time, and the screw tube was placed so that the permeated liquid could enter. When 1 mL (permeable volume of hydrogen ion) of permeate has accumulated in the screw tube, replace the screw tube or end the measurement. The measurement end time is the moment when one drop of the permeate drops. Adjust the back pressure valve to reduce the pressure to 0 MPa and stop the pump operation. Take 50 mL of the feed solution. Remove the membrane and replace with a non-porous glass tube. Prepare a beaker with 400 mL of pure water on the supply side and an empty beaker on the permeate side. Operate the pump, circulate pure water, and clean the equipment.
(2)イオンメーターによる硫酸濃度の測定
供給液、透過液の硫酸濃度を測定するために、pH・導電率計(PCWP10、AS ONE株式会社製)を使用した。硫酸濃度の測定手順を以下に示す。供給液、透過液をそれぞれ、1.00 mL分取し、純水49.0 mLを加え希釈した。この溶液にpH・導電率計を浸し、pHを測定した。測定値は1分おきに記録し、3点の平均値を硫酸水溶液のpHとした。測定値の差は0.01以内に収まるようにした。
(2) Measurement of sulfuric acid concentration by ion meter A pH / conductivity meter (PCWP10, manufactured by AS ONE Co., Ltd.) was used to measure the sulfuric acid concentration of the supply liquid and permeate. The procedure for measuring the sulfuric acid concentration is shown below. 1.00 mL of each of the feed solution and permeate was collected and diluted with 49.0 mL of pure water. A pH / conductivity meter was immersed in this solution, and the pH was measured. The measured values were recorded every 1 minute, and the average value of the three points was taken as the pH of the sulfuric acid aqueous solution. The difference in measured values was kept within 0.01.
(3)結果
蒸着温度270℃にて得られたDPhDMOS膜の硫酸逆浸透分離試験では、阻止率73%、全透過流束1.6 kg m-2 h-1であり、従来のPhTMOS膜より高い全透過流束を示した。
上記の結果より、DPhDMOSをシリカ源として用い、O3系対向拡散CVD法にて得られた膜は、フェニル基を多く含有し、高い全透過流束を示すことが実証された。
(3) Results In the reverse osmosis separation test of DPhDMOS membranes obtained at a deposition temperature of 270 ° C, the rejection is 73% and the total permeation flux is 1.6 kg m -2 h -1, which is higher than the conventional PhTMOS membrane. Permeation flux was shown.
From the above results, it was demonstrated that the film obtained by the O 3 counter diffusion CVD method using DPhDMOS as a silica source contains a lot of phenyl groups and exhibits high total permeation flux.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014133356A JP6352075B2 (en) | 2014-06-27 | 2014-06-27 | Aromatic compound or acid separation membrane and separation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014133356A JP6352075B2 (en) | 2014-06-27 | 2014-06-27 | Aromatic compound or acid separation membrane and separation method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016010759A true JP2016010759A (en) | 2016-01-21 |
JP6352075B2 JP6352075B2 (en) | 2018-07-04 |
Family
ID=55227837
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014133356A Active JP6352075B2 (en) | 2014-06-27 | 2014-06-27 | Aromatic compound or acid separation membrane and separation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6352075B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017170435A (en) * | 2016-03-16 | 2017-09-28 | 学校法人 芝浦工業大学 | Separation membrane and separation method |
JP2020040003A (en) * | 2018-09-07 | 2020-03-19 | 学校法人 関西大学 | Filtration membrane |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009202096A (en) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Noritake Co Ltd | Manufacturing method of hydrogen gas separation material |
JP2010069432A (en) * | 2008-09-19 | 2010-04-02 | Nissan Motor Co Ltd | Solid silica membrane, hydrocarbon separating membrane using the same, and method for manufacturing hydrocarbon separating membrane |
WO2012002181A1 (en) * | 2010-07-02 | 2012-01-05 | 日本碍子株式会社 | Silica film filter and process for producing silica film filter |
JP2013128886A (en) * | 2011-12-21 | 2013-07-04 | Ngk Insulators Ltd | Filter and production method |
WO2014025259A1 (en) * | 2012-08-09 | 2014-02-13 | Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland | Membranes for dewatering acid mixtures |
-
2014
- 2014-06-27 JP JP2014133356A patent/JP6352075B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009202096A (en) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Noritake Co Ltd | Manufacturing method of hydrogen gas separation material |
JP2010069432A (en) * | 2008-09-19 | 2010-04-02 | Nissan Motor Co Ltd | Solid silica membrane, hydrocarbon separating membrane using the same, and method for manufacturing hydrocarbon separating membrane |
WO2012002181A1 (en) * | 2010-07-02 | 2012-01-05 | 日本碍子株式会社 | Silica film filter and process for producing silica film filter |
JP2013128886A (en) * | 2011-12-21 | 2013-07-04 | Ngk Insulators Ltd | Filter and production method |
WO2014025259A1 (en) * | 2012-08-09 | 2014-02-13 | Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland | Membranes for dewatering acid mixtures |
JP2015531674A (en) * | 2012-08-09 | 2015-11-05 | シュティヒティン・エネルギーオンデルツォイク・セントラム・ネーデルランド | Membrane for dehydrating acid mixtures |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017170435A (en) * | 2016-03-16 | 2017-09-28 | 学校法人 芝浦工業大学 | Separation membrane and separation method |
JP2020040003A (en) * | 2018-09-07 | 2020-03-19 | 学校法人 関西大学 | Filtration membrane |
JP7219440B2 (en) | 2018-09-07 | 2023-02-08 | 学校法人 関西大学 | filtration membrane |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6352075B2 (en) | 2018-07-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102088147B1 (en) | Zeolite membrane complex | |
KR101432218B1 (en) | Reveres osmosis membrane having properties of high salt rejection and high flux and manufacturing method thereof | |
KR102461892B1 (en) | Method and apparatus for providing high-purity diatomic molecules of hydrogen isotopes | |
Hwang et al. | Hydrogen separation in H2–H2O–HI gaseous mixture using the silica membrane prepared by chemical vapor deposition | |
JP2013505156A (en) | Article comprising a porous substrate having a conformal layer on top | |
CN111001313B (en) | A kind of method and application of preparing ultrathin UiO-66 metal organic framework separation membrane | |
Yao et al. | Formation of ZIF-8 membranes and crystals in a diluted aqueous solution | |
KR102250539B1 (en) | Membrane contactor, method of preparing the same and method for separating acid gas using the same | |
Madhumala et al. | Recovery of hydrochloric acid and glycerol from aqueous solutions in chloralkali and chemical process industries by membrane distillation technique | |
CN108295668B (en) | Graphene composite alumina ceramic nanofiltration membrane, filter and preparation method and application thereof | |
JP6352075B2 (en) | Aromatic compound or acid separation membrane and separation method | |
Li et al. | Preparation and characterization of high‐selectivity hollow fiber composite nanofiltration membrane by two‐way coating technique | |
Akhmetshina et al. | Effect of temperature on gas transport properties of supported ionic liquid membranes | |
JP3922935B2 (en) | Water treatment system | |
TW201615557A (en) | Processing method and processing device for ammonia-containing drainage water | |
JP2007063259A (en) | Production method of high concentration bioethanol by pervaporation separation using silylated silicalite membrane | |
CN108704484A (en) | A kind of membrane contactor separation method for polynary pollutant aqueous solution | |
CN112368253B (en) | Process for producing piperylene | |
CA1280041C (en) | Pervaporation separation of ethanol-water mixtures using polyacrylic acid composite membranes | |
CN105013337A (en) | Method for quickly synthesizing Y-type molecular sieve membrane and application of Y-type molecular sieve membrane in biological alcohol and water mixed solution separation | |
Ikeda et al. | Development of inorganic silica reverse osmosis membranes by using a counter-diffusion chemical vapor deposition method | |
JP2017170435A (en) | Separation membrane and separation method | |
JP4235822B2 (en) | Method for concentrating fermented ethanol using separation membrane | |
JP2010074109A (en) | Cleaning system | |
Xia et al. | Treatment of ammonia nitrogen wastewater by membrane distillation using PVDF membranes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170626 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20171225 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180109 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20180307 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180510 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180522 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180606 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6352075 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |