高透過速度を実現するゼオライトナノクリスタル分離膜の創製と高度分離プロセスの開発

实现高透过率的沸石纳米晶分离膜的制作及先进分离工艺的开发

基本信息

批准号：
17760604
负责人：
多湖輝興
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、高透過速度と高分離能を有する親水性シリカライトナノクリスタル積層膜の合成と、それによる高度分離プロセスの開発である。昨年度に作製に成功した親水性シリカライトナノクリスタル積層膜を用い、水-アセトン系、および水-エタノール系からの水の選択分離実験を行った。さらに、高度分離プロセスとして、蒸留塔にゼオライト分離膜を併せた複合分離プロセスについてシミュレーターにより経済評価を実施した。親水性シリカライト膜では、水分子はゼオライト結晶表面上のシラノール基と水素結合を形成して透過する。従って、ナノクリスタル粒子間空隙の制御が非常に重要になると考えられた。この点に着目し、ナノクリスタル分離膜の高性能化を検討した。ナノクリスタル積層膜では、アルミナフィルター上にシリカライトナノクリスタルを積層させた後、再度水熱合成によってシリカライト保護層を形成させる。そのシリカライト保護層形成時にナノクリスタルが一部成長することで、水の分離性能と分離速度が向上することが明らかとなった。特に、ナノクリスタル層厚さ(ナノクリスタル積層量)、保護層形成時の水熱合成温度と溶液のpHが重要なパラメーターである。これらのパラメーターを適切に設定することで、共沸混合物であり蒸留塔では分離不可能な高濃度エタノール水溶液(エタノール濃度90%以上)においても、親水性ナノクリスタル積層膜を用いることで水の選択分離が可能となった。水-アセトン系における蒸留塔とゼオライト分離膜を組み合わせた高度分離プロセスでは、先ず蒸留塔でアセトン濃度80%まで濃縮し、その後ゼオライト膜によってさらに水を分離する方法が効率的であることが明らかとなった。建設コスト、光熱費、人件費を考慮すると約5年後に経費はプラスに転じ、蒸留塔のみのプロセスと比較すると10年後には約10^8の経費削減が可能であることが示された。

本研究的目的是合成一种具有高渗透率和高分离能力的亲水性硅沸石纳米晶层状膜，并开发一种先进的分离工艺。利用去年成功制备的亲水性硅沸石纳米晶层压膜，我们进行了实验，从水-丙酮体系和水-乙醇体系中选择性分离水。此外，作为一种先进的分离工艺，使用模拟器对将蒸馏塔与沸石分离膜相结合的复杂分离工艺进行了经济评估。在亲水性硅沸石膜中，水分子与沸石晶体表面的硅烷醇基团形成氢键并通过。因此，人们认为控制纳米晶体颗粒之间的空隙非常重要。针对这一点，我们研究了提高纳米晶分离膜性能的方法。该纳米晶层压膜中，将硅沸石纳米晶层压在氧化铝过滤器上后，通过水热合成再次形成硅沸石保护层。结果表明，在硅沸石保护层形成过程中，部分生长的纳米晶体提高了水分离性能和分离速度。特别是，纳米晶体层的厚度（堆叠的纳米晶体的数量）、保护层形成过程中的水热合成温度以及溶液的pH值是重要的参数。通过适当地设定这些参数，即使在高浓度乙醇水溶液(乙醇浓度为90％以上)中，亲水性纳米晶叠层膜也可以用于选择水，这些乙醇溶液是共沸混合物，无法使用蒸馏塔进行分离。可能的。在水-丙酮系统中结合蒸馏塔和沸石分离膜的先进分离工艺中，很明显，首先在蒸馏塔中将丙酮浓度浓缩至80%，然后使用沸石进一步分离水是有效的就变成了膜。当考虑到建设成本、公用事业成本和劳动力成本时，成本在大约 5 年后转正，并且与仅使用蒸馏塔的工艺相比，10 年后可以将成本降低约 10^8。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Recovery of Lighter Fuels from Petroleum Residual Oil by Oxidative Cracking with Steam over Zr-Al-FeOx

Zr-Al-FeOx 蒸汽氧化裂解从石油渣油中回收打火机燃料

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Chemistry Letters 35(9)
影响因子：
0
作者：
T.Tago;K.Iwakai;M.Nishi;T.Masuda;T.Tago;E.Fumoto
通讯作者：
E.Fumoto

Network structure consisting of chain-like arrays of gold nanoparticles and silica layer prepared using a nonionic reverse-micelle template

DOI：
10.1007/s11051-006-9070-0
发表时间：
2006-07
期刊：
Journal of Nanoparticle Research
影响因子：
2.5
作者：
H. Matsune;T. Tago;Kazuhiro Shibata;K. Wakabayashi;M. Kishida
通讯作者：
H. Matsune;T. Tago;Kazuhiro Shibata;K. Wakabayashi;M. Kishida

無機分離膜及びその製造方法

无机分离膜及其制造方法

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

水/界面活性剤/有機溶媒溶液を反応場としたゼオライトナノクリスタルの合成

以水/表面活性剂/有机溶剂溶液为反应场合成沸石纳米晶

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
ゼオライト 22(3)
影响因子：
0
作者：
関健史;小熊慎;長縄明大;秋山美展;安田基樹;T.Tago;E.Fumoto;H.Nishihara;E.Fumoto;H.Matsune;Eri Fumoro;Teruoki Tago;Teruoki Tago;多湖輝興
通讯作者：
多湖輝興

Simultaneous Characterization of Acidic and Basic Properties of Solid Catalysts by a New TPD Method and their Correlation to Reaction Rate

新TPD方法同时表征固体催化剂的酸性和碱性性质及其与反应速率的相关性

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Applied Catalysis A, General 290
影响因子：
0
作者：
関健史;小熊慎;長縄明大;秋山美展;安田基樹;T.Tago;E.Fumoto;H.Nishihara;E.Fumoto;H.Matsune;Eri Fumoro;Teruoki Tago
通讯作者：
Teruoki Tago

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通讯作者：
古田龍太，渡部岳，谷口太一，吉川琢也，中坂佑太，多湖輝興，増田隆夫