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ケイ素基質耐水蒸気膜及びこれを用いた水素ガス分離材並びにこれらの製造方法 コモンズ

国内特許コード P110005193
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2004-090602
公開番号 特開2005-270887
登録番号 特許第4383217号
出願日 平成16年3月25日(2004.3.25)
公開日 平成17年10月6日(2005.10.6)
登録日 平成21年10月2日(2009.10.2)
発明者
  • 森 博
  • 稲田 健志
  • 岩本 雄二
出願人
  • 一般財団法人ファインセラミックスセンター
発明の名称 ケイ素基質耐水蒸気膜及びこれを用いた水素ガス分離材並びにこれらの製造方法 コモンズ
発明の概要 【課題】 高温水蒸気下で耐水蒸気性を発揮できるケイ素基質膜、これを用いた水素ガス分離材及びこれらの製造方法を提供する。
【解決手段】 本耐水蒸気膜は、R(希土類元素)、Si及びOを含み、且つ、Si-O結合を有する。また、この膜は、一酸化炭素ガスの透過を抑制でき、更には、水素分離膜として用いることができる。本耐水蒸気膜製造方法は、Rを含む化合物とアルコキシシラン化合物とを含有する溶液を塗布して塗膜とし、この塗膜を熱処理する工程を備える。この熱処理後、更に、水蒸気を含む雰囲気下で膜を熱処理できる。本水素ガス分離材は、多孔質基部と、多孔質基部の一面側に配置された本耐水蒸気膜と、を備える。本水素ガス分離材の製造方法は、多孔質基材の表面又は多孔質機材の表面に積層された他層の表面に、Rを含む化合物とアルコキシシラン化合物とを含有する溶液を塗布して塗膜とし、この塗膜を熱処理する工程を備える。
【選択図】 図5
従来技術、競合技術の概要


次世代エネルギーとして注目される水素ガスは、主に化石燃料を分解することで製造されている。特に天然ガスの水蒸気改質法での製造量が最も多い。水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、高い転化率を得るために800℃を超える高温を要する。即ち、高温水蒸気下での反応を要する。更に、この反応から得られる分解ガスは、主に水素ガスと一酸化炭素ガスとの混合ガスであり、分解ガスからの水素ガスの分離・精製を要する。



この水蒸気改質と水素の分離・精製とを一体的に行う装置として、水蒸気改質触媒と水素分離膜とを組み合わせたメンブレンリアクターが、近年、注目され、その開発が急がれている。この装置では、反応温度を500℃程度にまで低下させることができるとされていること、小型化できることなどの優れた利点を有している。
このメンブレンリアクターにおける水素分離膜としては、安価な無機質膜である非晶質シリカの使用が期待されている。しかし、非晶質シリカは500℃程度の温度下においても水蒸気が存在する場合は、化学的安定性が乏しく、分離機能を十分に発揮できないという問題がある。
シリカと他元素酸化物を複合させることで化学的安定性の向上がみられることについての報告は、下記非特許文献1に開示されている。



【非特許文献1】
M.Asaeda、外4名、"Gas Permeation Characteristics and Stability of Composite Silica-Metal Oxide Membranes"、「Mat.Res.Soc.Symp.Proc.」、2003年、Vol752、p213-218

産業上の利用分野


本発明は、ケイ素基質耐水蒸気膜及びこれを用いた水素ガス分離材並びにこれらの製造方法に関する。更に詳しくは、高温水蒸気下における耐水蒸気性を有するケイ素基質耐水蒸気膜、及び、このケイ素基質耐水蒸気膜を備え且つ水素ガスを分離できる水素ガス分離材、並びに、これらの製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
希土類元素、Si及びOから実質的になり、且つ、Si-O結合を有し、上記希土類元素として少なくともScを含むことを特徴とするケイ素基質耐水蒸気膜。

【請求項2】
上記希土類元素の含有量に対する上記Siの含有量の比が10以下である請求項1に記載のケイ素基質耐水蒸気膜。

【請求項3】
一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス及びメタンガスのうちの少なくとも1種の透過を抑制する請求項1又は2に記載のケイ素基質耐水蒸気膜。

【請求項4】
水素ガスの分離に用いる請求項1乃至3のうちのいずれかに記載のケイ素基質耐水蒸気膜。

【請求項5】
請求項1乃至4のうちのいずれかに記載のケイ素基質耐水蒸気膜の製造方法であって、希土類元素を含む化合物とアルコキシシラン化合物とを含有する溶液を塗布して塗膜とし、該塗膜を熱処理する工程を備えることを特徴とするケイ素基質耐水蒸気膜の製造方法。

【請求項6】
上記溶液に過酸化水素を含有する請求項5に記載のケイ素基質耐水蒸気膜の製造方法。

【請求項7】
上記熱処理工程の後、更に、水蒸気を含む雰囲気下で膜を熱処理する工程を備える請求項5又は6に記載のケイ素基質耐水蒸気膜の製造方法。

【請求項8】
多孔質基部と、該多孔質基部の一面側に配置された請求項1乃至4のうちのいずれかに記載のケイ素基質耐水蒸気膜と、を備えることを特徴とする水素ガス分離材。

【請求項9】
上記多孔質部と上記ケイ素基質耐水蒸気膜との間に、水素選択性分離膜を備える請求項8に記載の水素ガス分離材。

【請求項10】
請求項8又は9に記載の水素ガス分離材の製造方法であって、多孔質基材の表面又は該多孔質機材の表面に積層された他層の表面に、希土類元素を含む化合物とアルコキシシラン化合物とを含有する溶液を塗布して塗膜とし、該塗膜を熱処理する工程を備えることを特徴とする水素ガス分離材の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2004090602thum.jpg
出願権利状態 登録


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