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製品案内

ゼオライト

ゼオライト素材

 

ゼオライトはアルミノ珪酸塩の結晶で、均一な分子サイズの細孔を形成する3次元骨格構造を持ちます。ゼオライトは細孔よりも小さな分子を吸着し、大きな分子は排除し、いわば分子篩(ふるい)として機能します。触媒と同じようにイオン交換や吸着特性を持つそのユニークな特性により、様々な用途や産業で活用されています。

例えば石油精製や石油化学産業においては、高い選択性を持つ吸着材そして(あるいは)不均一系触媒として利用されています。またガス分離や洗濯用洗剤の分解などの用途も検討されています。

分子篩(ふるい)

 

メソポーラスゼオライトとMCM-41, MCM-48, SBA-15, KIT-6メソポーラス分子篩

 

通常のメソポーラスゼオライトはその細孔が大抵はミクロ孔のみであるため、時と場合によってはその機能には限界があり、ひいてはかさばった分子で反応させると、立体障害や拡散抑制を引き起こします。この問題に対処するため、細孔径や構造を調整したナノポーラス材料を合成することが検討されています。その最たる例はMCM-41, MCM-48, SBA-15, KIT-6などの様なメソポーラスシリカの分子篩で、ゼオライトの拡散抑制の問題を解決できると考えられています。
しかしながら、メソポーラス分子篩はわずかながら触媒作用をもち、その非結晶質的性質から水熱安定性が限られていることが分かっています。その結果、ミクロ孔(細孔径2nm以下)とメソ孔(細孔径2~50nm)が適切に配分された階層的な細孔構造を持つメソポーラスゼオライトが注目されるようになってきました。
この階層的な細孔構造を持つゼオライトは、以下の様な、通常のゼオライトとメソポーラスゼオライトの両方の長所を兼ね備えています。

 

・好ましく迅速な拡散スピード

・ゼオライトの強酸性、そして

・最適な触媒効果のための高い水熱安定性

特性評価

化学吸着の技術はゼオライトの触媒機能の評価に使用されています。それに加えて物理吸着(窒素77Kとアルゴン87K)によって包括的、構造的な特性を把握することができます。

 

(表面領域に関して、ミクロ/メソポア孔の細孔分布・細孔容積・細孔構造)物理吸着はゼオライトまたはメソポーラスゼオライトの用途を最適化するために重要なものです。なぜなら構造的な特徴は移動現象(例えば拡散率)に直結し、触媒反応における選択性を左右するためです。高精度吸着測定、とりわけアルゴンの87K(窒素だと表面の極性を打ち消す、四重極効果を示さないため好ましくありません)はDFT法と組合せることで、ミクロ孔からメソ孔までの全ての範囲で精密な細孔径/容量測定ができます。

 

それに加えてメソ孔を満たす圧力範囲(ヒステリシス・スキャン実験を利用して)において吸着ヒステリシスの先進的な実験研究によって細孔の構造や連結性に関する詳細な情報が得ることができます。有益な表面化学的な情報(例えば親水性や疎水性)は水の様な極性分子を吸収することによって得られます。

 

参照論文: Thommes, M.: Textural characterization of zeolites and ordered mesoporous materials by physical adsorption. Stud. Surf. Sci. Catal. 168, 495-523 (2007)

 

Zhang, X., Liu, D., Xu, D., Asahina, S., Cychosz, K.A., Agrawal, K.V., Al Wahedi, Y., Bhan, A., Al Hashimi, S., Terasaki, O., Thommes, M., Tsapatsis, M. : Synthesis of self-pillared nanosheets by repetitive branching. Science 336, 1684-1687 (2012)

 

Garcia-Martinez, J., Xiao C., Cychosz K., Li K., Wan W., Zou*, Thommes M, “Evidence of Intracrystalline Mesostructured Porosity in Zeolites by Advanced Gas Sorption, Electron Tomography and Rotation Electron Diffraction” , ChemCatChem (2014), DOI: 10.1002/cctc.201402499

 

Thommes, M.; Mitchell, S.; Pérez-Ramírez, J.: Surface and pore structure assessment of hierarchical MFI zeolites by advanced water and argon sorption studies. J. Phys. Chem. C 116, 18816-18823 (2012) -

 

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