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METHOD FOR SEPARATING SOLVENT MIXED LIQUOR, AND METAL ORGANIC STRUCTURE SEPARATION MEMBRANE USED THEREFOR

Patent code P160013059
File No. GI-H28-01
Posted date Jun 22, 2016
Application number P2016-095685
Publication number P2017-202449A
Date of filing May 11, 2016
Date of publication of application Nov 16, 2017
Inventor
  • (In Japanese)宮本 学
  • (In Japanese)近江 靖則
  • (In Japanese)上宮 成之
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人岐阜大学
Title METHOD FOR SEPARATING SOLVENT MIXED LIQUOR, AND METAL ORGANIC STRUCTURE SEPARATION MEMBRANE USED THEREFOR
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a raw material as a novel separation membrane having a possibility of application to various organic solvents without being restricted to ethanol; and to provide a separation method using the same.
SOLUTION: In a method for separating solvent mixed liquor by using a porous membrane formed of a metal organic structure, especially the metal organic structure is a structure formed by coordinately bonding a metal cluster containing one or more kinds of metal elements to an organic compound crosslinking the metal cluster, and having one or more aromatic rings.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

発酵によるアルコールの製造は古くから行われているが、いわゆる地球温暖化の原因とされる二酸化炭素の排出量を低減し持続可能なバイオマス燃料の一つとして、近年再び注目されている。バイオマス燃料は燃焼により二酸化炭素が排出されるものの、この炭素は、バイオマスの成長過程で光合成により大気中から吸収した二酸化炭素に由来するので、化石燃料を燃焼させる場合とは異なり、全体としては二酸化炭素の増加に寄与しないと考えられるからである。

アルコール発酵液は一般的には10~15%程度のアルコールを含む水溶液として得ることができる。この状態から直接アルコールを蒸溜等で分離することも可能ではあるが、大部分を占める水の加熱にエネルギーを浪費することになるので、ある程度の濃度になるまで前処理として膜分離法等により濃縮することが好ましい。

このような膜分離技術の一例としてエタノール選択的疎水性浸透気化膜を利用するものがある。浸透気化法とは、混合液体の一成分と親和性の高い分離膜を境にして、一方側に該混合液体を置き、他方側を減圧して圧力差によって液を透過させ、低圧側で蒸発させることによって、混合液を分離する技術である。この分離法は通常の蒸溜法では分離できないような、例えば共沸混合液、沸点の近似した異性体同士の混合液などの分離に有効であると言われる。

さて、エタノールの選択的な分離膜としては、シリコーン系ゴムから構成された0.1μ~2mmの厚さを有する膜を用いるもの(特許文献1)や、ポリジメチルシロキサンやシリコンゴムを用いること(非特許文献1)が公知である。また、透過性および分離能にすぐれた高分子膜素材として、トリメチルシリルプロピンと置換アセチレンモノマーとの共重合体(特許文献2)や、シロキサン鎖を含む共重合体に関するもの(特許文献3)などがある。これらの分離膜を用いた場合、発酵により得られたエタノールを20~30%程度までに濃縮可能であるが、いまだ十分な結果ということはできない状況である。

そこで、粒子界面を有しない一体の膜状に結晶成長したシリカライト膜(シリカライトはゼオライトの一種で、シリカライトは構造のすべてがシリカで構成され、結晶中に約0.6nmの細孔をもち、高い疎水性を示す。水とアルコールの混合液中ではアルコールが選択的にシリカライトに吸着する。)を多孔質担体上に固定してなるアルコール選択透過性分離膜(特許文献4)や、シリカライト膜を使用する前に発酵液のpHを5以上中性までの範囲に調整して分離膜の性能劣化を防止する方法(特許文献5)、アルデヒドを含む粗エタノール水溶液をシリコン樹脂からなる疎水性高分子膜を用いて浸透気化膜分離する方法(特許文献6)も提案されている。

これらの提案により、発酵により得られた低濃度エタノール溶液の濃縮に膜分離を使用することができるので、過剰な水を加熱することによるエネルギー消費を抑えることができるようになった。

ところで、上記膜の素材は基本的にはシリコン系が採用されており、主としてエタノールを膜分離の対象として開発されたものである。従って、水以外との混合液や、他の有機溶媒の混合液からの分離膜としては、必ずしもそのままで転用できるとは限らないものである。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、混合液体の分離方法に関するものであり、特に発酵液などの低濃度エタノールを浸透気化法(パーベーパレーション法)によりエタノールの濃縮・分離に好適な方法およびそれに使用する分離膜に係わるものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
金属有機構造体で形成された多孔性膜を用いて、溶媒混合液を分離する方法。

【請求項2】
 
前記金属有機構造体が、1種以上の金属元素を含む金属クラスターと、該金属クラスターを架橋し、1つ以上の芳香環を有する有機化合物が配位結合した構造体であることを特徴とする請求項1に記載の方法。

【請求項3】
 
前記金属元素が、ジルコニウムであり、前記有機化合物がテレフタル酸である請求項2に記載の方法。

【請求項4】
 
前記溶媒混合液が、水とエタノールの混合液である請求項1乃至3のいずれかに記載の方法。

【請求項5】
 
前記請求項1乃至4のいずれかに記載の方法に使用する金属有機構造体の多孔性膜であって、前記金属有機構造体が、1種以上の金属元素を含む金属クラスターと、該金属クラスターを架橋し、1つ以上の芳香環を有する有機化合物が配位結合したことを特徴とする有機金属構造体。

【請求項6】
 
前記金属元素が、ジルコニウムであり、前記有機化合物がテレフタル酸である請求項5に記載の有機金属構造体。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2016095685thum.jpg
State of application right Published
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