環境保全のための構造敏感性多孔性物質の設計

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本研究は、環境破壊の要因である化学的物質を気圏・水圏併せて除去する新しい物質の開発を目指すものである。物質としては分子の径のオーダーであるナノメータ細孔を有するゼオライトおよび活性炭素繊維を用い、その表面を種々の手法で修飾して選択反応性・選択吸着性をもたせるものである。本年度は、疎水性ゼオライトの調製、および水中からのトリハロメタンの吸着・除去特性を調べるためクロロホルムの吸着除去へのその応用、を行った。ゼオライトは骨格内に負に帯電しているAl原子の存在により強い電場を有し親水性となっているため、水分存在下では有機物の吸着性が発現しない。本研究では、親水性の原因となるAl原子を四塩化珪素処理によるSi置換反応で骨格から除いて、疎水性とした。ホージャサイト(Si/Al=2.7)を出発原料に酸処理との併用で、骨格内Alの約98%までが除去・置換され、そのSi/Al比は最高で172であった。調製したゼオライトの水への浸漬熱から、Si/Al比が10以上になると疎水性になることが示唆される。各ゼオライトへの水中からのクロロホルムの吸着等温線を測定すると、Si/Al比の小さいゼオライトへの吸着は殆ど起こらない。Si含量が増加し疎水化されると吸着能が発現する。飽和吸着量はSi/Al比が10以上になると激増し、30以上で一定になりその値はゼオライトの細孔容積に等しい。すなわち、ゼオライトの細孔空間はクロロホルムのみで充填される。以上の結果から、ホージャサイト型ゼオライトの骨格AlをSiに置換することにより疎水性になり、水の存在下でもクロロホルムを優先的に吸着するようになる。また、その飽和吸着量はゼオライトの細孔空間を完全に充填する量である。シリコン含量の高いゼオライトは、耐酸・耐熱性にも優れ吸着剤の再生という点でも有利である。