Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

ゼオライト / 膜 / 気相輸送法 / 合成 / 分離 / 炭化水素 / モルデナイト / フェリエライト

ゼオライト薄膜を用いた分子レベルでの高度連続分離プロセスの実現を目指し、緻密な薄膜状各種ゼオライト膜の合成法を確立することを目的とした。本研究では無機多孔質支持体上に緻密に製膜した乾燥ゲルを我々が開発した気相輸送法により結晶化し,ゼオライト薄膜を合成した。無機多孔質支持体としては平均孔径0.1μmのアルミナ多孔質板を用いた。
特に、モルデナイト(MOR)、フェリエライト(FER)膜についてその分離透過特性を検討した。XRDより両者とも多結晶膜であった。両膜を用いて、1,3,5-トリイソプロピルベンゼン(TIPB)の透過試験を室温で行った。TIPBはいずれの膜も透過しなかった。TIPBはMOR,FERの細孔より大きい分子であり、したがって、MOR膜、FER膜にはTIPBの透過できるような結晶粒界の空隙は存在しないと結論できる。以上より、ピンホールのない緻密なゼオライト膜の合成に成功したと結論した。
浸透気化法により芳香族炭化水素の分離特性を室温で検討した。FER,MOR膜ともベンゼン/パラキシレン混合物からベンゼンが選択的に透過することがわかった。分離係数は気液平衡より予測される値(10.1)より著しく大きく、MOR膜では160程度、FER膜では100程度の値が得られた。FER,MORの細孔内ではパラキシレン、ベンゼン分子のすれ違いは起きにくいと考えられるので、上記の高い選択性は細孔入口において形状選択性が発現した結果と結論した。
以上、気相輸送法によるピンホールのない緻密なゼオライト膜の合成に、世界で始めて成功した。これらの膜は、ゼオライトの特徴である形状選択性を発揮することを実験的に確認した。

ゼオライト / 膜 / ガス透過 / 合成 / 気相輸送法

ゼオライト薄膜を用いた分子レベルでの高度連続分離プロセスの実現を目指し、緻密な薄膜状各種ゼオライト膜の合成法を確立することを目的とした。本研究では無機多孔質支持体上に緻密に製膜した乾燥ゲルを我々が開発した気相輸送法により結晶化し、ゼオライト薄膜を合成した。無機多孔質支持体としては平均孔径0.1μmのアルミナ多孔質板を用いた。
緻密な膜の生成条件は多くの因子が関係するが、最も重要なポイントは(1)ゲル調製時のpH、および(2)支持体とゲルの濡れであることを見いだした。特にゲル調整時のpHはシリカ源にもよるがpH=11.6-12.0の範囲で厳密に調製する必要があることがわかった。MORおよびANA膜では支持体のアルミナが一部溶出し、ゼオライト骨格内に取り込まれたものと考えられた。一方、支持体を予め表面処理によって安定化すると、アルミナの溶出を抑制しハイシリカのMFI,FER膜を合成することができた。以上のように原料試薬、ゲル組成、支持体の前処理法等を変え、MFI,FER,MOR,ANA各膜の最適な合成条件を決定した。
ガス透過試験装置を試作した。得られた膜を用いて室温から373Kの範囲においてヘリウム、メタン、窒素、酸素、水素、二酸化炭素などの無機ガスのガス透過特性を評価した。各ガスの透過流束の温度依存性はクヌッセン拡散から外れ、活性化拡散を示した。こうしたガス透過実験の結果からピンホールのほとんど存在しない緻密な膜が得られたものと考えられた。
以上、ゼオライト膜の合成に当たっての基礎的な検討を終え、緻密な膜を得るために必要な因子を抽出することができた。ガス透過実験からゼオライト薄膜を用いた分子レベルの超精密分離プロセスの実現の可能性を指摘することができた。