气体分离体及其制造方法技术

本发明专利技术的气体分离体的结构是，设有由第１陶瓷构成的多孔底材和设在其表面上的含有沸石的气体分离层，该气体分离层除沸石外还含有由具有满足规定的关系的线热膨胀系数的第２陶瓷构成的热膨胀率调整材，可以减小其与多孔底材之间的热膨胀率差。本发明专利技术的气体分离体特别适用于从天然气等的混合气体中选择性地分离二氧化碳（ＣＯ↓［２］）等场合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是涉及在多孔底材的表面上设有含有沸石的气体分离层的。具体涉及在气体分离层上难以发生裂纹等的缺陷，气体分离功能卓越的气体分离体，以及可以简便制造这样的气体分离体的气体分离体制造方法。
技术介绍
沸石是在晶体结构中有细孔的硅酸盐的一种，存在有LTA、MFI、MOR、AFI、FER、FAU、DDR等晶体结构(孔结构)各异的众多的种类(型号)。这些沸石根据各自晶体结构和化学组成有着固有的吸收效能、催化剂性能、离子交换能力等，在所谓吸收材料、催化剂(催化剂载体)、离子交换体的各种各样的领域中得到应用。特别是近年来，进行着利用沸石特有的细孔的气体分离。例如，将二氧化硅(SiO2)为主要成分的、在晶体结构中由8元氧环构成的、在各种沸石的内部也有较小细孔(孔径4.4×3.6埃)的DDR(Deca-Dodecasil 3R)型沸石(例如，参照W.M.Meier，D.H.0lson，ch.Baerlocher，Atlas of zeolite structure types，Elsavier(1996))作为分离膜来使用，仅使混合气体中二氧化碳(CO2)等的气体选择性地通过来进行分离。在进行如上所述的气体分离时，从所谓既能确保气体的透过量，又有足够的机械强度的观点出发，通用在由陶瓷等构成的多孔底材的表面上形成含有沸石的气体分离层的气体分离体。如上所述的气体分离体可以用以下的方法等得到，即，例如，在由陶瓷等构成的多孔底材的表面上，使构成晶种的沸石粉末附着，将附着有该沸石的基材在浸渍到含有结构控制剂、水、硅(Si)源等的沸石合成用原料溶液中的状态下进行加热处理(沸石的水热合成)，再在含氧的气氛中进行热处理(例如，参照特开2003-159518号公报)。但是，在如上所述的方法中，在热处理(用以使残存在被合成后的沸石中的结构控制剂烧掉而进行的处理)时，形成在多孔底材表面上的气体分离层上有发生裂纹等缺陷的情况。另外，即使在制造时没有发生缺陷，而在使用于气体分离时也有发生裂纹等缺陷的情况。存在这样的缺陷是不理想的，在气体分离中会使气体分离功能显著下降。
技术实现思路
本专利技术鉴于这样的现有技术存在的课题构思而成，提供这样的气体分离体的制造方法，该方法可以简便制造在气体分离层上难以发生裂纹等的缺陷的、气体的分离功能卓越的气体分离体。为了解决上述的课题，本专利技术人就气体分离体、及其制造方法作了深入的研讨。其结果，与沸石一同构成了包含由具有规定的线热膨胀系数的陶瓷构成的热膨胀率调整材的气体分离层，通过减小与多孔底材之间的热膨胀率差，找到了可以解决上述课题的方法。亦即，依据本专利技术，可以提供以下的。设有由第1陶瓷构成的多孔底材和配置在上述多孔底材的表面上，含有沸石的气体分离层的气体分离体，上述气体分离层与沸石一同含有由具有满足下式(1)或(2)的关系的线热膨胀系数的第2陶瓷构成的热膨胀率调整材，具有减小与上述多孔底材之间的热膨胀率差的结构。β1＞βZE、β2＞βZE…(1)β1＜βZE、β2＜βZE…(2)(式中，β1第1陶瓷的线热膨胀系数、β2第2陶瓷的线热膨胀系数、βZE沸石的线热膨胀系数)中记载的气体分离体，还设有由配置在上述气体分离层的表面上的、具有满足下式(3)或(4)的关系的线热膨胀系数的第3陶瓷构成的多孔质涂敷层。β1＞βZE、β3＞βZE…(3)β1＜βZE、β3＜βZE…(4)(式中，β1第1陶瓷的线热膨胀系数、β3第3陶瓷的线热膨胀系数、βZE沸石的线热膨胀系数)记载于上述或中的气体分离体，其中上述沸石由DDR(Deca-Dodecasil 3R)型沸石构成。记载于上述～的任意一项中的气体分离体，构成上述多孔底材的第1陶瓷和构成上述线膨胀率调整材的第2陶瓷都是氧化铝(Al2O3)。气体分离体的制造方法，其中，通过在由第1陶瓷构成的多孔底材的表面上形成含有沸石的气体分离层，得到设有上述多孔底材和配置在上述多孔底材的表面上的上述气体分离层的气体分离体，在上述多孔底材的表面上至少涂敷构成晶种的沸石，以及含有由具有满足下式(1)或(2)的关系的线热膨胀系数的第2陶瓷构成的热膨胀率调整材的上述前处理用料浆来得到第1涂敷体，将该第1涂敷体浸渍到至少含有结构控制剂、水、及硅(Si)源的沸石合成用原料溶液中，在该状态下进行加热处理(沸石的水热合成)，再通过在含氧的气氛中进行热处理，在上述多孔底材的表面上形成上述气体分离层。β1＞βZE、β2＞βZE…(1)β1＜βZE、β2＜βZE…(2)(式中，β1第1陶瓷的线热膨胀系数、β2第2陶瓷的线热膨胀系数、βZE沸石的线热膨胀系数)记载于上述中的气体分离体的制造方法，其中，在上述多孔底材的表面上涂敷上述前处理用料浆并得到第1涂敷体，在该第1涂敷体的表面上至少涂敷含有由具有满足下式(3)或(4)的关系的线热膨胀系数的第3陶瓷构成的陶瓷颗粒的多孔质涂敷层形成用料浆来得到第2涂敷体，将该第2涂敷体浸渍到上述沸石合成用原料液中，在该状态下进行加热处理(沸石的水热合成)，再通过在含有氧的气氛中进行热处理，在上述多孔底材的表面上形成上述气体分离层，在上述气体分离层的表面上形成上述多孔质涂敷层。β1＞βZE、β3＞βZE…(3)β1＜βZE、β3＜βZE…(4)(其中，β1第1陶瓷的线热膨胀系数、β3第3陶瓷的线热膨胀系数、βZE沸石的线热膨胀系数)记载于上述或中的气体分离体的制造方法，其中，作为上述沸石，上述的前处理用料浆是含有DDR(Deca-Dodecasil 3R)型沸石的材料，作为上述结构控制剂，上述沸石合成用原料溶液是含有1-金刚烷胺的材料。记载于上述或的任意一项中的气体分离体的制造方法，其中，作为构成上述多孔底材的第1陶瓷和构成上述热膨胀率调整材的第2陶瓷都采用氧化铝(Al2O3)。本专利技术的气体分离体在使用时，在气体分离层上难以发生裂纹等的缺陷，气体分离功能卓越。另外，本专利技术的气体分离体的制造方法可以简便制造在制造时在气体分离层上难以发生裂纹等的缺陷，气体分离功能卓越的气体分离体。附图说明图1(a)及图1(b)是用扫描型电子显微镜(SEM)观察到的实施例1中制成的气体分离体的电子显微镜照片。图1(a)表示气体分离层的表面，图1(b)表示将气体分离体沿其厚度方向切断后的断面。图2(a)及图2(b)是用扫描型电子显微镜(SEM)观察到的比较例1中制成的气体分离体电子显微镜照片。图2(a)表示气体分离层的表面，图2(b)表示将气体分离体沿其厚度方向切断后的断面。图3是说明用于混合气体透过试验的气体透过试验装置的结构的示意图。具体实施例方式本专利技术人在开发本专利技术的时，首先就传统的气体分离体中，形成在多孔底材的表面上的、含有沸石的气体分离层的部分上裂纹等缺陷发生的原因作了研讨。其结果，弄清楚了在传统的气体分离体中，在多孔底材与含有沸石的气体分离层之间的热膨胀率差大的情况下，有裂纹等的缺陷发生。亦即，将气体分离体处于高温条件下(例如，热处理时、气体分离时等)，由于多孔底材与气体分离层的热膨胀变化不同，在比多孔底材相对脆弱的气体分离层上，由于热应力作用而发生了裂纹等缺陷。因此，本专利技术人基于如下的想法提出了新规格的在使由具有规定的线热膨胀系数的陶瓷构成的热膨胀率调整材与沸石混合的状态下构成气体分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体分离体，设有由第１陶瓷构成的多孔底材和配置在所述多孔底材表面的含沸石的气体分离层，其中：所述气体分离体的结构是，所述气体分离层除所述沸石以外还含有由具有满足下式（１）或（２）的关系的线热膨胀系数的第２陶瓷构成的热膨胀率调整材 ，β↓［１］＞β↓［ＺＥ］、β↓［２］＞β↓［ＺＥ］…（１）β↓［１］＜β↓［ＺＥ］、β↓［２］＜β↓［ＺＥ］…（２）（式中，β↓［１］：第１陶瓷的线热膨胀系数、β↓［２］：第２陶瓷的线热膨胀系数、β↓［ＺＥ ］：沸石的线热膨胀系数）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木宪次，谷岛健二，中山邦雄，富田俊弘，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]