JP4968990B2 - Manufacturing method of inorganic separation membrane - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、限外濾過、精密濾過等に利用される分離性能に優れた無機分離膜の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来技術】
従来から、限外濾過、精密濾過等には有機材料を始め各種材料からなる多孔質体からなる濾過膜、分離膜が用いられてきた。
【0003】
近年、フォトエッチング廃液等のポリマーを含む廃液の処理の簡便化、溶剤の再利用等の要求が高まり、溶剤中に溶解したポリマーを除去するための濾過膜の必要性が高まっている。
【0004】
しかし、前記多孔質体には耐薬品性、耐圧性、耐磨耗性、耐熱性等の諸要求が次第に高くなるにつれ、化学的、機械的、熱的安定性に優れたセラミックスからなる各種無機多孔質分離膜が注目され種々検討されるようになってきた。
【0005】
その結果、前記従来の多孔質体からなる濾過膜、分離膜で得られていた諸性能が、無機多孔質分離膜においても要求が高まり、特に高い分離精度、濾過精度、透過流速が要求されている。
【0006】
この種の無機多孔質体からなる分離膜、濾過膜はとしては、例えば特開平5−146648号公報において金属酸化物、金属炭化物または金属窒化物またはその混合物を電子ビームによる熱蒸発により支持材料上に無機膜を作製し、この無機膜の細孔の少なくとも90%が1.2nmまたはそれ以下の細孔径を有する無機膜が記載されている。
【0007】
また、また特開平4−160073号公報においてはセラミック成形品を焼成して作製される最大細孔径Rと平均細孔径rとの比R/rが5以下であり、かつ最大気孔径が0.1μm以下である多孔質セラミックスからなる濾過器が記載されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平5−146648号公報のように、細孔径が1.2nm以下の細孔が90%以上を有する無機膜は非常に狭い細孔径分布を有するものであるが、ポリマー除去を目的とする限外濾過膜として利用するには、細孔径が小さすぎ、また一般に細孔容積も小さくなることから、透過流速が著しく低下してしまい、また場合によっては透過すべき溶媒までもが透過し得ないという問題があった。
【0009】
一方、特開平4−160073号公報のように、無機セラミック粉末を成形、焼成して作製される濾過器においては、細孔径の分布を狭くする技術は存在するものの、比R/rが5以下と細孔径分布を狭く制御することが出来ず、また、細孔径が大きくなり、微細に制御されたとしても0.01μm程度が限界であるため、分画分子量100〜10000のポリマー除去を目的とする限外濾過膜としては機能せず、ポリマーの除去性能を表す阻止率がほとんど得られないという問題があった。
【0010】
本発明の目的は、溶剤中に溶け込んだ分画分子量100〜10000のポリマー等を高い分離精度で除去でき、溶剤の透過流速が高い無機分離膜の製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、低温で加水分解を行うことにより凝集がなく均一なゾルを作製することができるという知見に基づくもので、これを用いて作製した無機分離膜はポリマーの分離除去に好適で、耐薬品性、耐圧性に優れかつ高い透過流速が得られる。
【0013】
本発明の無機分離膜の製造方法は、純度95%以上のアルミニウムのアルコキシドと、純度99.5%以上のアルコールと、純度97%以上のカルボン酸無水物との混合物を、60℃以下の温度で加水分解を行ってゾルを作製し、得られたゾルを多孔質支持管の外表面及び/又は内表面に被着し、乾燥した後に400〜1000℃の温度で焼成することを特徴とするものである。これにより、アルコキシドの水への分散性を向上し、かつ均一な加水分解反応を促進できるために、形成されるアルミニウム水酸化物(AlOOH)からなるベーマイトゾルの粒子径分布を狭くでき、焼成後に得られるアルミナにおいても狭いアルミナ粒子径分布を有し、結果として細孔径分布を非常に狭くすることができる。
【0014】
特に、前記アルコキシドに対するカルボン酸無水物のモル比が0.1〜6となるように前記混合物を作製することが好ましい。これによりアルコキシドの水との反応性を低下せしめ、カルボン酸無水物を無駄なく利用できる。
【0015】
また、前記加水分解において、前記アルコキシドに対する水のモル比が100以上であることが好ましい。これにより、アルコキシド混合物を水に添加する際の分散性を向上でき、アルコキシド混合物の凝集、加水分解後のアルミニウム水酸化物(AlOOH)粒子の凝集を抑制できる。
【0016】
さらに、pHが0.5〜5となるように前記ゾルを作製することが好ましい。これにより、加水分解後に得られるアルミニウム水酸化物(AlOOH)粒子同士の凝集を抑制し、単分散状態の粒子径の揃ったアルミニウム水酸化物(AlOOH)のゾル粒子を得ることが容易になる。さらにまた、前記カルボン酸無水物が、R−CO−O−CO−R’で表わされるカルボン酸無水物(但しRがCnHm、R’がCaHb、a及びnが1〜5の整数、b及びmが3〜11の整数)であることが好ましい。これによりアルミニウムのアルコキシド、アルコールとの溶解性が高く、均一なアルコキシド混合物を作製することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
アルミナ多孔質体からなる無機分離膜は、平均細孔径Dが1.5nm〜20nmでかつ全細孔容積が0.2ml/g以上であるとともに前記平均細孔径Dに対して2D以下の細孔を有する細孔容積が全細孔容積の90%以上を占めている。
【0019】
ここで、平均細孔径が1.5nmより小さいとポリマー除去を目的とする限外濾過膜としては細孔径が小さすぎ溶媒の透過までも妨げてしまい、また一般に細孔容積も小さくなることから、透過流速が著しく低下してしまう。
【0020】
一方、平均細孔径が20nmより大きいと限外濾過膜としてポリマー除去を目的とする場合、分離精度が著しく低下する。特に、分画分子量が100〜10000のポリマー除去を目的とする限外濾過膜としては、分離精度、ポリマー阻止率向上の点より平均細孔径Dは1.5〜10nmであることが望ましい。
【0021】
また、全細孔容積が0.2ml/gより低いと透過流速が低下し、分離膜モジュールの膜面積が増大するため0.2ml/g以上であることが必要であり、特に0.3ml/g以上であることが望ましい。
【0022】
また平均細孔径Dに対して2D以下の細孔を有する細孔容積が全細孔容積の90%より低いと限外濾過膜としての分離性能が低下し、90%以上の高いポリマー阻止率を得ることが出来ない。特に高い分離性能、ポリマー阻止率の向上の点より前記2D以下の細孔を有する細孔容積は全細孔容積の95%以上であることが望ましい。
【0023】
この構成にすることにより、溶剤中に溶け込んだ分画分子量数100〜10000のポリマー等を高い分離精度で除去でき、溶剤の透過流速が高く、限外濾過、精密濾過等に好適に使用できる無機分離膜を実現することができる。
【0024】
次に、本発明の無機分離膜を作製する方法について説明する。
【0025】
まず、アルミニウムのアルコキシドとカルボン酸無水物とアルコールとを準備する。これらの純度は、それぞれ95%以上、97%以上、99.5%以上であることが、微細粒子を形成するベーマイト(AlOOH)ゾルを形成するために好ましい。純度が低いと、Al(OH)3やAlの塩等が形成し、AlOOH粒子の均一な形成を阻害し、沈殿等が起こり、均一なゾルを作製することが難しい。
【0026】
アルミニウムのアルコキシドは、例えばエトキシド、isoプロポキシド、n−プロポキシド、n−ブトキシド、sec−ブトキシド、t−ブトキシド等を用いることができ、特に、アルコールとの溶解性、加水分解後に生じるアルコールの水との相溶性からisoプロポキシド、n−プロポキシド、n−ブトキシド、sec−ブトキシドであることが望ましい。
【0027】
また、アルコールとしては水との相溶性の良いメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、2メトキシエタノール、2エトキシエタノールを例示でき、特に、分離膜として被着形成した後の乾燥工程を考慮すると沸点の低い低級アルコールであることが望ましい。
【0028】
また、カルボン酸無水物は、RをCnHm、R’をC a H b 、a及びnを1〜5の整数、b及びmを3〜11の整数としたとき、一般式R−CO−O−CO−R’で表されるものである。具体的には、カルボン酸無水物として、無水酢酸、無水2ブテン酸、無水イソペンタン酸、無水マレイン酸等を例示できる。
【0029】
次に、アルミニウムのアルコキシドとカルボン酸無水物とアルコールとを混合する。このとき、アルミニウムのアルコキシド1モルに対して0.1〜6モル、特に1〜5モル、更には2〜4モルのカルボン酸無水物を加えることが好ましい。このようにアルコキシドとカルボン酸無水物との比を調製することにより、アルコキシドの反応性を低下せしめ加水分解時の分散性を向上させることが容易になる。
【0030】
次いで、上記の混合物に水を加えて加水分解を行ない、アルミニウム水酸化物からなるゾルを作製する。この加水分解の温度を60℃以下にすることが重要であり、特に均一な加水分解反応を進行させる点より50℃以下が好ましい。60℃を超えると急激に加水分解が進行し、生成するアルミニウム水酸化物粒子からなるゾル粒子が凝集し、均一なゾル粒子の形成を妨げる。従って、60℃以下にすることにより、アルコキシドの急激な加水分解を抑制し、かつ分散性を向上させることができる。
【0031】
なお、アルミニウム水酸化物からなるゾルは、ベーマイト(AlOOH)ゾルであることが好ましい。ベーマイトゾルは可溶性で、微細な粒子が凝集することなく均一に分散することが可能であり、ベーマイトゾルから多孔質膜を形成した場合、微細で均一な細孔を容易に形成することができるためである。
【0032】
また、加水分解時に用いられる水はアルミニウムのアルコキシド1モルに対して100モル以上、特に150モル以上、更には200モル以上であることが好ましい。これにより、アルコキシドの急激な加水分解を抑制し、かつ凝集を防止して分散性を向上させることがさらに容易となる。
【0033】
さらに、該アルコキシドの反応性を低下せしめ、加水分解時の分散性を向上させるためにアルミニウムのアルコキシド1モルに対してカルボン酸無水物を0.1〜6モル、特に1〜5モル、更には2〜4モルの割合で混合することが好ましい。0.1モルより少ないと分散性を向上させる効果が小さくなる傾向があり、また、6モルより多いと、アルミニウムのアルコキシドの反応性が著しく低下し加水分解反応が進まず均一なゾルが得られにくくなる傾向がある。
【0034】
また、前記アルミニウムのアルコキシドの加水分解により作製したゾルのpHはゾルの安定性、ゾル粒子間の凝集を抑制する点より0.5〜5であることが重要であり、特に2〜5、更には3〜5であることが望ましい。pHが5を超える場合ゾル粒子の凝集が進行し沈殿が生じ、均一なゾルが得られない傾向があり、またpHが0.5より低い場合もゾル粒子の凝集が進行しゾルの粘性の増加、ゲル化が進行し安定なゾルが得られない傾向がある。
【0035】
得られたゾルの粒子径は、光散乱光度計を利用した粒径解析装置により測定することができる。アルミナ膜の平均細孔径を考慮すると、ゾル粒子径が10nm〜100nmの粒径であることが望ましい。
【0036】
次に、多孔質支持管を用意する。多孔質支持管は、平均細孔径が0.01〜10μm程度の多孔質であるとともに、上記アルミナ膜を形成する基体となるものであり、耐薬品性及び耐圧性に優れることが好ましく、この点でのα−アルミナ、ジルコニア、シリカ、窒化ケイ素、ガラス等からなるものが用いられる。これらの中で、アルミナ膜との熱膨張が近い点でα−アルミナが特に望ましい。
【0037】
この多孔質支持管の少なくとも片方の表面にゾルを被着形成する。被着方法としては、ディップコーティング、スプレーコーティング等の方法を利用することができる。
【0038】
分離膜前駆体は乾燥後、400℃〜1000℃の温度で焼成することが重要であり、特に細孔容積が大きく透過流速を増加させる点からは400℃〜800℃での焼成が望ましい。なお、400℃より低い焼成温度ではアルミナの結晶化が低く、耐薬品性の低下が見られるとともに、有機物が残留して均一な細孔が形成されない。また、1000℃を超える焼成温度においてはアルミナがα相に転移するとともに、アルミナ粒子の焼結が進行して細孔容積の著しい低下が起き、透過流速が著しく低下する。
【0039】
このようにして製造された分離膜は、全細孔容積が0.2ml/g以上、平均細孔径Dが1.5〜20nm、2D以下の細孔を有する細孔容積が全細孔容積の90%以上とすることができる。
【0040】
図1に示すように、限外濾過膜11は、本発明により作製された無機分離膜12が支持体13に保持されるようにハウジング14内に設けられ、少なくとも2種類の混合流体、例えば水とポリマーとの混合流体が供給口15から流入し、無機分離膜12に接触して分子数100〜10000のポリマーは排出口16からそのまま排出されるが、水は無機分離膜12を通過して透過出口17から取り出すことができる。このように、限外濾過膜11は、分子数100〜10000のポリマーを効率よく分離することができる。
【0041】
【実施例】
先ず、アルミニウムのアルコキシド、アルコール、カルボン酸無水物、イオン交換蒸留水を準備した。N2フローのグローブボックス中で、アルミニウムのアルコキシドにアルコール、カルボン酸無水物を表1の比率で混合し、アルコキシド混合物を作製した。
【0042】
このアルコキシド混合物をグローブボックス中から取り出した後、表1に示す温度に保った水を強く攪拌しながら、前記アルコキシド混合物を一度に添加し、表1に示す条件で加水分解を行ってアルミナ前駆体ゾルを得た。
【0043】
次いで、各ゾルを少量採取し、膜を付与する同条件で乾燥、焼成し、N2吸着法(マイクロメリティックス社製 ASAP2000)により平均細孔径D、全細孔容積Vを測定するとともに、全細孔容積Vに対する2D以下の細孔を有する細孔容積の割合を算出した。
【0044】
また、分離膜評価試料を作製した。即ち、平均細孔径0.15μm、気孔率38%、長さ200mm、外径3mm、内径2.2mmのα−アルミナ多孔質管をアルミナ前駆体ゾルに30秒間浸漬し、室温で1時間乾燥した後、引き続き500℃で1時間保持し、その後、室温まで冷却した。この浸漬、乾燥、焼成の一連の操作を4回繰り返し、α−アルミナ多孔質管上にアルミナ膜を被着形成し無機分離膜を作製した。
【0045】
次に、図2に示すように、得られた管状の各評価用試料21を透過流速測定装置22に取り付け、供給入口23よりポリエチレングリコール(PEG)を溶解した水溶液を導入し、無機分離膜24外側に1MPaの圧力がかかるよう供給出口25に背圧弁を設けて、無機分離膜24内側に透過する水量を透過出口26で計測して透過流速(ml/(m2・h・kPa))を求めた。
【0046】
なお、PEGは、分子量が400、2000、6000のポリエチレングリコールを用いた。また、阻止率は、透過した溶液の水のポリエチレングリコール濃度を測定し、これを阻止率とした。結果を表1に示した。
【0047】
【表1】
【0048】
試料No.2〜6、8〜17、19〜21及び24は、水の透過流速が43ml/(m2・h・kPa)以上、阻止率が61%以上であった。
【0049】
一方、焼成温度が300℃と低く、細孔容積が0.12ml/gと小さい試料No.1は、水の透過流速が13ml/(m2・h・kPa)と低い値であった。
【0050】
また、焼成温度が1100℃と高く、細孔容積が0.03ml/gと小さい試料No.7は、水の透過流速が4.4ml/(m2・h・kPa)と低い値であった。
【0051】
さらに、溶媒に水を用いた試料No.18は、アルコキシド混合物を作製する際に沈殿が生じ、加水分解工程を行えず、ゾルを作製することが出来なかった。
【0052】
さらにまた、カルボン酸無水物を入れない試料No.22は、2D以下の細孔を有する細孔容積が全容積の72%であり、PEG400の阻止率が48%、PEG2000の阻止率が59%と低い値であった。
【0053】
また、カルボン酸無水物の代わりにN,Nジメチルエタノールアミンを加えた試料No.23及び加水分解温度が80℃と高い試料No.25は、ゾルの合成段階で白濁し、沈殿物が生じ、均一なゾルの作製が出来ず膜を付与することが出来なかった。
【0054】
さらに、粉末を用いて成膜した試料No.26は、平均細孔径が23nmと大きく、PEG阻止率が59%以下と低かった。
【0055】
【発明の効果】
本発明の無機分離膜の製造方法では、平均細孔径、細孔容積及び細孔容積の分布を制御した無機分離膜が得られ、このような無機分離膜は、ポリマー除去を高い分離精度で行うことができ、耐薬品性、耐圧性に優れかつ高い透過、分離(阻止率)の両性能を有する無機分離膜として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の限外濾過膜の構造を示す概略断面図である。
【図2】実施例で用いた透過流速測定装置の構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
11・・・限外濾過膜
12・・・無機分離膜
13・・・支持体
14・・・ハウジング
15・・・供給口
16・・・排出口
17・・・透過出口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention, ultrafiltration is relates to the manufacture how the inorganic separation membrane with excellent separation performance utilized in microfiltration or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, filtration membranes and separation membranes made of porous materials made of various materials including organic materials have been used for ultrafiltration and microfiltration.
[0003]
In recent years, there has been an increasing demand for simplification of treatment of waste liquid containing a polymer such as photoetching waste liquid and reuse of the solvent, and the need for a filtration membrane for removing the polymer dissolved in the solvent is increasing.
[0004]
However, as the demand for chemical resistance, pressure resistance, wear resistance, heat resistance, and the like for the porous body is gradually increased, various inorganic materials composed of ceramics having excellent chemical, mechanical, and thermal stability. Porous separation membranes have attracted attention and have been studied in various ways.
[0005]
As a result, various performances obtained with the above-mentioned conventional filtration membranes and separation membranes made of porous materials are also increasing in inorganic porous separation membranes, and particularly high separation accuracy, filtration accuracy and permeation flow rate are required. Yes.
[0006]
As a separation membrane and a filtration membrane made of this kind of inorganic porous material, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-146648, a metal oxide, a metal carbide, a metal nitride, or a mixture thereof is formed on a support material by thermal evaporation using an electron beam. Describes an inorganic film in which at least 90% of the pores of the inorganic film have a pore diameter of 1.2 nm or less.
[0007]
In JP-A-4-160073, the ratio R / r between the maximum pore diameter R and the average pore diameter r produced by firing a ceramic molded product is 5 or less, and the maximum pore diameter is 0.8. A filter made of porous ceramics of 1 μm or less is described.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, as disclosed in JP-A-5-146648, an inorganic membrane having a pore size of 1.2 nm or less and having a pore size of 90% or more has a very narrow pore size distribution. In order to use it as an ultrafiltration membrane, the pore diameter is too small and the pore volume is generally small, so the permeation flow rate is significantly reduced, and in some cases even the solvent to be permeated is permeated. There was a problem of not getting.
[0009]
On the other hand, as in JP-A-4-160073, in a filter produced by molding and firing inorganic ceramic powder, there is a technique for narrowing the pore size distribution, but the ratio R / r is 5 or less. The pore size distribution cannot be controlled narrowly, and the pore size becomes large, and even if finely controlled, the limit is about 0.01 μm, so the purpose is to remove the polymer with a molecular weight cut off of 100 to 10,000. However, it does not function as an ultrafiltration membrane, and there is a problem that almost no blocking rate representing the polymer removal performance is obtained.
[0010]
An object of the present invention, a polymer such fractional molecular weight 100 to 10000 that dissolved in the solvent can be removed with high separation accuracy is that the permeation rate of the solvent is to provide a manufacturing how high the inorganic separation membrane.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is based on the knowledge that by performing hydrolysis at low temperature, a uniform sol without aggregation can be produced. An inorganic separation membrane produced using this is suitable for separation and removal of polymers, Excellent chemical and pressure resistance and high permeation flow rate.
[0013]
The method for producing an inorganic separation membrane of the present invention comprises a mixture of an aluminum alkoxide having a purity of 95% or more, an alcohol having a purity of 99.5% or more, and a carboxylic acid anhydride having a purity of 97% or more at a temperature of 60 ° C. or less. The sol is prepared by hydrolyzing with, and the obtained sol is applied to the outer surface and / or inner surface of the porous support tube, dried, and then fired at a temperature of 400 to 1000 ° C. Is. As a result, the dispersibility of alkoxide in water can be improved and a uniform hydrolysis reaction can be promoted, so that the particle size distribution of the formed boehmite sol made of aluminum hydroxide (AlOOH) can be narrowed, and after firing. The resulting alumina also has a narrow alumina particle size distribution, resulting in a very narrow pore size distribution.
[0014]
In particular, the mixture is preferably prepared so that the molar ratio of the carboxylic acid anhydride to the alkoxide is 0.1 to 6. Thereby, the reactivity with the water of an alkoxide is reduced, and a carboxylic anhydride can be utilized without waste.
[0015]
In the hydrolysis, the molar ratio of water to the alkoxide is preferably 100 or more. Thereby, the dispersibility at the time of adding an alkoxide mixture to water can be improved, and aggregation of the alkoxide mixture and aggregation of aluminum hydroxide (AlOOH) particles after hydrolysis can be suppressed.
[0016]
Furthermore, it is preferable to prepare the sol so that the pH is 0.5 to 5. Thereby, aggregation of aluminum hydroxide (AlOOH) particles obtained after hydrolysis is suppressed, and it becomes easy to obtain sol particles of aluminum hydroxide (AlOOH) with a uniform particle diameter in a monodispersed state . Furthermore, the carboxylic acid anhydride is a carboxylic acid anhydride represented by R—CO—O—CO—R ′ (wherein R is C n H m , R ′ is C a H b , a and n are 1 to It is preferable that the integer of 5 and b and m are integers of 3-11. Thereby, the solubility with aluminum alkoxide and alcohol is high, and a uniform alkoxide mixture can be produced.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Inorganic separation membrane made of the alumina porous body has an average pore diameter D is less fine 2D relative to the average pore diameter D along with it is 0.2 ml / g or more and and a total pore volume 1.5nm~20nm the volume of pores having a pore Ru Tei accounts for over 90 percent of the total pore volume.
[0019]
Here, if the average pore diameter is smaller than 1.5 nm, the ultrafiltration membrane intended for polymer removal is too small to prevent the permeation of the solvent, and generally the pore volume is also small. The permeation flow rate is significantly reduced.
[0020]
On the other hand, when the average pore diameter is larger than 20 nm, the separation accuracy is remarkably lowered when the polymer is removed as an ultrafiltration membrane. In particular, for an ultrafiltration membrane intended to remove a polymer having a molecular weight cut off of 100 to 10000, the average pore diameter D is preferably 1.5 to 10 nm from the viewpoint of improving separation accuracy and polymer rejection.
[0021]
Further, if the total pore volume is lower than 0.2 ml / g, the permeation flow rate is lowered, and the membrane area of the separation membrane module is increased. Therefore, it is necessary to be 0.2 ml / g or more, particularly 0.3 ml / g. g or more is desirable.
[0022]
In addition, when the pore volume having pores of 2D or less with respect to the average pore diameter D is lower than 90% of the total pore volume, the separation performance as an ultrafiltration membrane is lowered, and a high polymer blocking rate of 90% or more is obtained. I can't get it. The pore volume having the pores of 2D or less is desirably 95% or more of the total pore volume from the viewpoint of particularly high separation performance and improvement of the polymer blocking rate.
[0023]
By adopting this structure, it is possible to remove a polymer having a fractional molecular weight of 100 to 10000 dissolved in the solvent with high separation accuracy, a high permeation flow rate of the solvent, and an inorganic that can be suitably used for ultrafiltration, microfiltration, etc. A separation membrane can be realized.
[0024]
Next, a method for producing the inorganic separation membrane of the present invention will be described.
[0025]
First, an aluminum alkoxide, a carboxylic acid anhydride, and an alcohol are prepared. These purities are preferably 95% or more, 97% or more, and 99.5% or more, respectively, in order to form a boehmite (AlOOH) sol that forms fine particles. When the purity is low, Al (OH) 3 , Al salts, and the like are formed, which inhibits the uniform formation of AlOOH particles, precipitation occurs, and it is difficult to produce a uniform sol.
[0026]
As the alkoxide of aluminum, for example, ethoxide, isopropoxide, n-propoxide, n-butoxide, sec-butoxide, t-butoxide and the like can be used. In particular, solubility in alcohol, water of alcohol generated after hydrolysis It is desirable that they are isopropoxide, n-propoxide, n-butoxide, and sec-butoxide.
[0027]
Examples of the alcohol include methanol, ethanol, propanol, butanol, 2 methoxyethanol, and 2 ethoxyethanol, which have good compatibility with water, and particularly have a low boiling point in consideration of the drying process after deposition as a separation membrane. A lower alcohol is desirable.
[0028]
Moreover, carboxylic acid anhydride, when the R C n H m, the R 'C a H b, an integer of 1 to 5 a and n, b and m an integer of 3 to 11, the general formula R- It is represented by CO—O—CO—R ′. Specific examples of the carboxylic acid anhydride include acetic anhydride, 2-butenoic anhydride, isopentanoic anhydride, maleic anhydride and the like.
[0029]
Next, an aluminum alkoxide, a carboxylic acid anhydride, and an alcohol are mixed. At this time, it is preferable to add 0.1 to 6 mol, particularly 1 to 5 mol, and further 2 to 4 mol of carboxylic acid anhydride with respect to 1 mol of aluminum alkoxide. Thus, by adjusting the ratio of alkoxide to carboxylic anhydride, it becomes easy to reduce the reactivity of alkoxide and improve the dispersibility during hydrolysis.
[0030]
Next, water is added to the above mixture for hydrolysis to produce a sol made of aluminum hydroxide. It is important to set the hydrolysis temperature to 60 ° C. or lower, and 50 ° C. or lower is particularly preferable from the viewpoint of promoting a uniform hydrolysis reaction. When the temperature exceeds 60 ° C., the hydrolysis proceeds rapidly, and the sol particles composed of the generated aluminum hydroxide particles are aggregated to prevent the formation of uniform sol particles. Therefore, by making it 60 degrees C or less, the rapid hydrolysis of an alkoxide can be suppressed and a dispersibility can be improved.
[0031]
The sol made of aluminum hydroxide is preferably boehmite (AlOOH) sol. Boehmite sol is soluble and can be uniformly dispersed without agglomeration of fine particles. When a porous film is formed from boehmite sol, fine and uniform pores can be easily formed. It is.
[0032]
The water used for the hydrolysis is preferably 100 mol or more, particularly 150 mol or more, and more preferably 200 mol or more with respect to 1 mol of aluminum alkoxide. Thereby, it becomes further easy to suppress the rapid hydrolysis of the alkoxide and to improve the dispersibility by preventing aggregation.
[0033]
Furthermore, allowed lowering the reactivity of the alkoxide, 0.1 to 6 moles of carboxylic anhydride relative to alkoxide 1 mole of aluminum in order to improve the dispersibility at the time of hydrolysis, in particular 1 to 5 mol, and more It is preferable to mix in the ratio of 2-4 mol . When the amount is less than 0.1 mol, the effect of improving the dispersibility tends to be small. When the amount is more than 6 mol, the reactivity of the aluminum alkoxide is remarkably lowered and the hydrolysis reaction does not proceed and a uniform sol is obtained. There is a tendency to become difficult.
[0034]
In addition, the pH of the sol prepared by hydrolysis of the aluminum alkoxide is important to be 0.5 to 5 from the viewpoint of suppressing the sol stability and aggregation between the sol particles. Is desirably 3 to 5. If the pH exceeds 5, aggregation of the sol particles proceeds and precipitation occurs, and there is a tendency that a uniform sol cannot be obtained. Also, when the pH is lower than 0.5, aggregation of the sol particles proceeds and the viscosity of the sol increases. There is a tendency that gelation proceeds and a stable sol cannot be obtained.
[0035]
The particle size of the obtained sol can be measured by a particle size analyzer using a light scattering photometer. Considering the average pore diameter of the alumina membrane, the sol particle diameter is desirably 10 nm to 100 nm.
[0036]
Next, a porous support tube is prepared. The porous support tube is porous having an average pore diameter of about 0.01 to 10 μm and serves as a substrate on which the alumina film is formed, and is preferably excellent in chemical resistance and pressure resistance. And those made of α-alumina, zirconia, silica, silicon nitride, glass, etc. are used. Among these, α-alumina is particularly desirable in terms of close thermal expansion to the alumina film.
[0037]
A sol is deposited on at least one surface of the porous support tube. As the deposition method, methods such as dip coating and spray coating can be used.
[0038]
It is important that the separation membrane precursor is baked after drying at a temperature of 400 ° C. to 1000 ° C. Particularly, the baking at 400 ° C. to 800 ° C. is desirable from the viewpoint of a large pore volume and an increased permeation flow rate. Note that, at a firing temperature lower than 400 ° C., the crystallization of alumina is low, the chemical resistance is lowered, and organic substances remain and uniform pores are not formed. In addition, when the firing temperature exceeds 1000 ° C., the alumina transitions to the α phase, the sintering of the alumina particles proceeds, the pore volume is significantly reduced, and the permeation flow rate is significantly reduced.
[0039]
The separation membrane thus produced has a total pore volume of 0.2 ml / g or more, an average pore diameter D of 1.5 to 20 nm, and a pore volume having pores of 2D or less of the total pore volume. It can be 90% or more.
[0040]
As shown in FIG. 1, limited outside the filtration membrane 11 is an
[0041]
【Example】
First, aluminum alkoxide, alcohol, carboxylic acid anhydride, and ion exchange distilled water were prepared. In an N 2 flow glove box, an alkoxide mixture was prepared by mixing an aluminum alkoxide with an alcohol and a carboxylic acid anhydride in the ratio shown in Table 1.
[0042]
After the alkoxide mixture was taken out of the glove box, the alkoxide mixture was added at a time while vigorously stirring water maintained at the temperature shown in Table 1, and hydrolysis was performed under the conditions shown in Table 1 to obtain an alumina precursor. A sol was obtained.
[0043]
Next, a small amount of each sol is collected, dried and fired under the same conditions for imparting a film, and the average pore diameter D and the total pore volume V are measured by the N 2 adsorption method (ASAP2000 manufactured by Micromeritics) The ratio of the pore volume having pores of 2D or less to the total pore volume V was calculated.
[0044]
In addition, a separation membrane evaluation sample was prepared. That is, an α-alumina porous tube having an average pore diameter of 0.15 μm, a porosity of 38%, a length of 200 mm, an outer diameter of 3 mm, and an inner diameter of 2.2 mm was immersed in an alumina precursor sol for 30 seconds and dried at room temperature for 1 hour. Then, it kept at 500 degreeC continuously for 1 hour, and cooled to room temperature after that. This series of operations of dipping, drying, and firing was repeated four times, and an alumina membrane was deposited on the α-alumina porous tube to produce an inorganic separation membrane.
[0045]
Next, as shown in FIG. 2, the obtained tubular samples for
[0046]
As PEG, polyethylene glycol having molecular weights of 400, 2000, and 6000 was used. Moreover, the blocking rate measured the polyethyleneglycol density | concentration of the water of the permeated solution, and made this into blocking rate. The results are shown in Table 1.
[0047]
[Table 1]
[0048]
Specimen No. In Nos. 2 to 6, 8 to 17, 19 to 21 and 24, the water permeation flow rate was 43 ml / (m 2 · h · kPa) or more, and the rejection was 61% or more.
[0049]
On the other hand, the firing temperature is as low as 300 ° C., a pore volume of 0.12 ml / g and small I試 fee No. 1 had a low water permeation flow rate of 13 ml / (m 2 · h · kPa).
[0050]
The firing temperature is as high as 1100 ° C., a pore volume of 0.03 ml / g and small I試 fee No. In No. 7, the water permeation flow rate was a low value of 4.4 ml / (m 2 · h · kPa).
[0051]
Moreover, specimen using water as a solvent No. In No. 18, precipitation occurred when producing the alkoxide mixture, the hydrolysis process could not be performed, and the sol could not be produced.
[0052]
Furthermore, I試 charges such put carboxylic acid anhydride No. No. 22 had a pore volume having pores of 2D or less of 72% of the total volume, PEG400 blocking rate was 48%, and PEG2000 blocking rate was as low as 59%.
[0053]
Also, specimen was added N, N-dimethylethanolamine in place of the carboxylic acid anhydride No. 23 and hydrolysis temperature is 80 ° C. and high I試 fee No. No. 25 became cloudy at the synthesis stage of sol, and a precipitate was formed, so that a uniform sol could not be produced and a film could not be formed.
[0054]
Moreover, specimen was formed using powder No. No. 26 had a large average pore diameter of 23 nm and a low PEG rejection of 59% or less.
[0055]
【Effect of the invention】
The method of producing an inorganic separation membrane of the present invention, a flat HitoshiHoso pore size, inorganic separation membrane is obtained with controlled distribution of pore volume and pore volume, the inorganic separation membranes, high separation precision polymer removal And can be used as an inorganic separation membrane having excellent chemical resistance and pressure resistance and high permeation and separation (rejection rate) performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an ultrafiltration membrane of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a permeation flow velocity measuring apparatus used in Examples.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ...
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