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2002年10月28日
日本ガイシ株式会社

ゼオライト製ガス分離膜を開発

新開発の多孔質支持体にゼオライトの膜を合成したガス分離膜

日本ガイシは、多孔質支持体の表面にゼオライトの膜を合成して、特定の気体を分離するガス分離膜を開発しました。石油の精製工程では、特定のガスを取り出すために、エネルギー消費の大きい蒸留法や、複雑な装置を要する吸着法による分離プロセスを行っています。この工程に代わる次世代の分離プロセスとして、簡単で効率的な膜分離法が注目されています。日本ガイシでは、石油から蒸留によって精製されたキシレン異性体から、ポリエチレンテレフタレート()に必要な成分であるパラキシレン分子を分離できる、ゼオライト製ガス分離膜の開発に成功しました。

キシレンは、パラキシレン、メタキシレン、オルトキシレンなどの異性体に分類され、種類によって分子サイズが異なります。今回開発したガス分離膜は、メタキシレンとオルトキシレンよりも小さいパラキシレンをゼオライト膜で選択的にふるい分けるものです。

ゼオライトは、1nm(10億分の1m)未満の微細孔が規則的に配列した網目状の構造になっています。こうした結晶構造によって、分子サイズがわずかに違う特定のガスを分離する「分子ふるい」の機能を持っています。今回開発したガス分離膜には、ゼオライトの中でもキシレン異性体の分子サイズとほぼ同等の細孔を持つMFI型を使用。MFI型ゼオライトの結晶を欠陥なく結合して薄膜化することに成功し、パラキシレンをふるい分けることを実証しました。

成功したカギは、膜に強度を持たせるセラミックスの支持体にあります。従来は膜と支持体との熱膨張をあわせることができず実用化が難しいとされてきました。日本ガイシでは1998年から支持体の研究に着手し、セラミックメーカーならではのノウハウによってMFI型ゼオライトの熱膨張にあわせた新しい多孔質支持体を開発することができました。

現在、ガス分離膜の長尺化を進めており、より実用的なサイズで安定的に機能する膜の研究を進めています。開発担当者は「現在、大手石油メーカーで評価実験を行っている。大型プラントへの適用を考えると、透過速度の向上と長尺化が課題。将来的にはモノリス形状にして膜面積を大きくすることを考えている。キシレンの精製プラントで実用化されれば、化学メーカーの設備投資額を現状の半分以下にできる可能性がある」と語っています。

)ポリエチレンテレフタレート(PET)ペットボトルやポリエチレン繊維の原料

キシレン異性体の種類と分子サイズ

すべてC8H10の芳香族だが、ベンゼン環に2つある
CH3の位置の違いによって種類が異なる。

MFI型ゼオライト膜による分子ふるい

MFI型ゼオライト膜では、1mm角あたり約1兆個の分子レベルの孔がある。わずかな分子サイズの違いによって、パラキシレンを通す。

以上


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