繊維状粘土結晶のトポ化学加工による触媒機能の付与

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セピオライトは、ケイ酸マグネシウム粘土であり,分子サイズのトンネル型空洞を持つ特異な結晶構造を持ち,かつ繊維状のモルフォロジーを示す。この構造を保持したまま構造中に新たな元素を組み込むこと(トポ化学加工)ができれば,新規な触媒材料となるはずである。この着想が,研究者ら独自の「セピオライトのイオン交換能の飛躍的拡大」法によって可能であることが分った。主な研究成果は以下の5項目にまとめられる。1.セピオライト原料を様々な温度で加熱焼成した後 水溶液中にて種々の陽イオンとイオン交換した結果,500℃以上の焼成により交換量が増大した。2.イオン交換温度を95℃で行なうと,室温の場合よりも4倍ほど多量にイオン交換が可能となる。3.イオン交換は、セピオライト結晶骨格中のMg^<2+>が溶出して進行する。交換可能なイオンは、Mg^<2+>(0.86Å)よりもイオンサイズが小さなMn^<2+>,Cu^<2+>,Ni^<2+>,Zn^<2+>であり,Mg^<2+>より大きなCa^<2+>やBa^<2+>は交換できないという「サイズ記憶効果」が見出された。4.こうして得られたNi交換セピオライトは,n-ブチルアルコールから分子間脱水反応により選択的にジブチルエーテルを合成するための高性能触媒として機能する。5.Zn交換セピオライトは、ベンゼンと塩化ベンジルからのFriedel-Craftsアルキル化反応のための優れた固体触媒となることも分った。