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2013 年度 実施状況報告書

ゼオライト転換法による耐酸性8員環ゼオライト膜の開発

研究課題

研究課題/領域番号 25620151
研究種目

挑戦的萌芽研究

研究機関広島大学

研究代表者

佐野 庸治  広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80251974)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワードゼオライト膜 / CHAゼオライト / ゼオライト転換
研究概要

アモルファスゲルを出発原料に用いる8員環細孔(約3.8オングストローム)を有する高シリカCHA型ゼオライトの合成には、通常、有機構造規定剤(OSDA)として高価なN,N,N-トリメチルアダマンタアンモニウムカチオン(TMAda+)が用いられる。しかし、ゼオライトを出発原料に用いたゼオライト合成、ゼオライト転換により、安価なベンジルトリメチルアンモニウムカチオン(BTMA+)存在下で、FAU型ゼオライトから高シリカCHA型ゼオライトが効率よく得られることを見出した。本ゼオライト転換法で得られたCHA型ゼオライトは、硫酸処理後の相対結晶化度は高く、また脱アルミニウムの進行によるSi/Al比の増大が小さかった。OSDAにTMAda+を用いて得られたCHA型ゼオライトは格子欠陥が多く、そのため耐酸性が低いことを明らかにした。
ゼオライト転換法CHA型ゼオライトが耐酸性に優れていることが分かったので、本手法によりCHA型ゼオライト膜の調製を行った。CHA型ゼオライト膜の分離性能は、1700時間後でも透過流速および透過液中の酢酸濃度がそれぞれ8 kg m-2 h-1および0.05 WT%以下であり、現在実用化されているLTA型ゼオライト膜と同等の値であった。
以上の結果から、本高シリカCHA型ゼオライトは従来法のものに比べ高い耐酸性を有していること、およびその膜は水/酢酸系の浸透気化分離において高い分離性能と耐久性を有しており、十分に実用化レベルに達していることが明らかとなった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

水/酢酸系の浸透気化分離において、透過流速および透過液中の酢酸濃度が1700時間の長期耐久試験後においてもそれぞれ8 kg m-2h-1および0.05 WT%以下という実用化レベルの安定した分離性能を示すCHA型ゼオライト膜の合成に成功した。FAU-CHA型ゼオライト転換に及ぼす有機構造規定剤(OSDA)の影響について検討した結果から、この高耐酸性はゼオライト結晶中の格子欠陥量が制御されたことに起因することを明らかにした。すなわち、OSDAにN,N,N-トリメチルアダマンタアンモニウムカチオン(TMAda+)の代わりにベンジルトリメチルアンモニウムカチオン(BTMA+)を用いて得られたCHA型ゼオライトは、格子欠陥が少なく、このことが耐酸性の高さの原因になっていることが明らかとなった。

今後の研究の推進方策

本高シリカCHA型ゼオライトは従来法のものに比べ高い耐酸性を有していること、およびその膜は水/酢酸系の浸透気化分離において高い分離性能と耐久性を有しており、十分に実用化レベルに達していることが明らかとなった。しかし、現時点ではゼオライト膜の製膜に1週間の結晶化時間を要しており、今後はその製膜時間をいかに短縮できるかが工業化の大きな課題である。そのため、この結晶化時間低減のための合成条件の詳細な検討をするとともにCHA型ゼオライト膜以外の様々な8員環ゼオライト膜の合成と分離性能についても検討する。

次年度の研究費の使用計画

研究開始直ぐに高性能なCHAゼオライト膜が得られたので、その膜の詳細な物性評価と脱水性能の耐久性試験を行った。その結果、当初予定していたCHAゼオライト膜の調製条件の検討が十分にできなかった。
CHAゼオライト膜以外の8員環ゼオライト膜の調製と脱水性能の長期耐久性試験を行う。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2013

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Effect of structure-directing agents on FAU-CHA interzeolite conversion and preparation of high pervaporation performance CHA zeolite membranes for the dehydration of acetic acid solution2013

    • 著者名/発表者名
      N. Yamanaka, M. Itakura, Y. Kiyozumi, M. Sadakane, T. Sano
    • 雑誌名

      Bull. Chem. Soc. Jpn.

      巻: 86 ページ: 1333-1340

    • DOI

      10.1246/bcsj.20130189

    • 査読あり
  • [学会発表] FAU-CHAゼオライト型転換に及ぼす構造規定剤の影響2013

    • 著者名/発表者名
      山中直樹、清住嘉道、定金正洋、佐野庸治
    • 学会等名
      ゼオライト学会第29回ゼオライト研究発表会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      20131127-20131128
  • [学会発表] 高シリカ型ゼオライト膜の合成とその脱水特性2013

    • 著者名/発表者名
      長谷川泰久、池田卓史、清住嘉道、長瀬多加子、佐野庸治
    • 学会等名
      ゼオライト学会第29回ゼオライト研究発表会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      20131127-20131128
  • [学会発表] CHA膜の特長と分離性能2013

    • 著者名/発表者名
      清住嘉道、長谷川泰久、山中直樹、定金正洋、佐野庸治
    • 学会等名
      ゼオライト学会第29回ゼオライト研究発表会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      20131127-20131128
  • [学会発表] Effect of SDA on FAU-CHA Interzeolite Conversion2013

    • 著者名/発表者名
      N.Yamanaka, M.Itakura, Y.Kiyozumi, M.Sadakane, T.Sano
    • 学会等名
      17th International Zeolite Conference
    • 発表場所
      モスクワ(ロシア)
    • 年月日
      20130707-20130712
  • [産業財産権] ゼオライト薄膜を有する複合膜およびその製造方法2013

    • 発明者名
      長谷川泰久、清住嘉道、佐野庸治
    • 権利者名
      長谷川泰久、清住嘉道、佐野庸治
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2013-205622
    • 出願年月日
      2013-09-30

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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