アルミナフィルター外表面に形成したゼオライト膜の合成と反応・分離への適用

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ゼオライトは結晶性アルミノケイ酸塩であり、その結晶内に低級炭化水素の最小分子径とほぼ同じ径のミクロ孔を持つ。そのため、分子形状により分子を篩い分けることができる(分子篩い効果)。さらに、ゼオライトの中には触媒作用を有するものがあり、現在、石油精製で多量に用いられている。一般にゼオライトは0.数〜数μmの粉末として合成されるが、セラミックスフィルター表面に膜状に形成することで高い分離能と触媒作用を期待することができる。そこで、A型ゼオライトと触媒機能を有するZSM-5についてアルミナフィルター外表面に膜状に形成する研究を行った。従来の粉末ゼオライト合成と異なり、Si源としてケイ酸ナトリウム、Al源としてA型では推算化アルミニウムが、ZSM-5では硫酸アルミニウムが膜形成に有用であることを見いだした。さらに、同じ材料を用いて3回合成を繰り返し、さらに、各合成前に粉砕したゼオライト結晶を塗布することで、50μmの厚みの膜を合成できることを発見した。現在、高分子膜では分離が困難なアルコール/トルエンの分離を高分子膜よりも透過速度が早く、克つ130以上の分離係数を達成できた。また、meta-ジエチルベンゼンとpara-ジエチルベンゼンの混合系において、para-体をmeta-対の2倍の速度で透過できることが分かった。これは欠陥細孔が1×10^<-5>%しか存在しないことになり、非常に緻密な膜が形成できたことになる。さらに、メタノールの反応に適用した結果、膜を透過した物質はC2-C4のオレフィンを反応率85%で70%以上含み、膜透過しない場合の4倍以上の値が得られた。