分子ふるい細孔の規則配列制御が施された超薄膜型ゼオライト分離膜の先駆的開発

开创性开发分子筛孔径受控规则排列的超薄沸石分离膜

基本信息

批准号：
15656161
负责人：
三宅通博
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

高配向超薄膜ゼオライト合成法として、本年度はアルカリ熱水中での固体状原料の緩やかな溶解速度を利用した膜合成法を考案し、得られるゼオライト膜の高配向化、高緻密化、ナノメーター薄膜化について検討した。その結果、以下の事柄を見いだした。1.固体状ケイ酸ガラスを原料として用いることで、高緻密性、高配向性でナノスケールの膜厚をもつ高シリカゼオライト(MFI)膜の合成に成功した。2.固体状原料の溶解速度を遅くすることで、MFI膜がb軸配向した。すなわち溶解速度が1.30gh^<-1>L^<-1>のときに、膜厚が約170nmの非常に薄いb軸配向MFI膜が得られ、溶解速度をさらに遅くすると、b軸配向MFI膜の膜厚が増加した。3.水熱処理における膜構造変化とpH変化の関係から、本膜合成法における膜形成は以下のように進行することが示唆された。第1段階では、原料が溶解し、溶液濃度が飽和状態に達する。第2段階においては、溶液中での副反応(構造指向剤の分解等)によるpH減少が、原料成分の溶解度の低下をもたらし、溶液は過飽和状態となる。その結果、非晶質成分が基板上に堆積し、前駆体膜が形成される。第3段階では、副反応の低下によりpH減少が緩やかになり、溶液は過飽和度の低い準安定状態で維持される。そのような溶液状態で、膜は非晶質からb軸配向をもった結晶性MFIへゆっくりと変化する。以上の膜形成機構を経て、高緻密性b軸配向MFI薄膜が形成されると考えられた。以上のように、固体状原料の溶解度を利用した水熱法により、高緻密性と高配向性とを併せもつゼオライト超薄膜の合成に成功した。このような構造をもったゼオライト膜は、ゼオライトが本来もつ性質を十分に発揮し、飛躍的に特性を向上すると期待される。

作为一种高度定向的超薄薄膜沸石合成方法，今年我们设计了一种膜合成方法，该方法利用碱性热水中固体原料的缓慢溶解速率，并检查了所得沸石膜的高方向，高致密度和纳米薄膜。结果，我们发现了以下内容：1。通过将固体二氧化硅玻璃作为原材料，我们成功合成了高密度，高方向和纳米级膜厚度的高二氧化硅沸石（MFI）膜。 2。通过减慢固体原料的溶解速率，MFI膜是定向B轴的。也就是说，当溶解速率为1.30 GH^<-1> l^<-1>时，获得了厚度约为170 nm的非常薄的面向B轴的MFI膜，并且当溶解速率进一步减慢时，B轴面向MFI的MFI MFI膜的厚度就会增加。 3。在水热处理过程中膜结构的变化与pH的变化之间的关系表明，当前膜合成方法中的膜形成如下。在第一阶段，原材料溶解，溶液浓度达到饱和状态。在第二阶段，由于溶液中的侧反应（指导剂等）导致pH值降低导致原材料成分的溶解度降低，从而导致溶液过饱和。结果，将无定形成分沉积在底物上，并形成前体膜。在第三阶段，侧反应的减小减慢了pH值，并将溶液保持在亚稳态状态，过饱和度较低。在这样的溶液中，膜以B轴取向从无定形变为晶体MFI。据认为，通过上述膜形成机制，将形成高度致密的B轴薄膜。如上所述，利用固体原料溶解度的水热方法已成功合成了一种结合高密度和高方向的超薄沸石膜。具有这种结构的沸石膜有望完全证明沸石的先天特性，并显着改善其性质。