特異な層間吸着能を持つ層状シリケートを利用したバイオエタノール濃縮プロセスの開発

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本研究は、研究代表者が開発した有機－無機ハイブリッド型層状アルミノシリケートKCS-11の特異な層間吸着能を応用し、低濃度バイオエタノールからエタノールを分離・濃縮する、新しい低コストプロセスを開発することを目的とする。その目的達成のため、2022年度の研究では、KCS-11のエタノール吸着挙動の詳細な調査、KCS-11を超える吸着性能を持つ新規物質の開発、実用化に向けた大規模合成の検討を行った。KCS-11は10%水溶液からでもエタノールを選択的に層間吸着可能であることをすでに明らかにしているが、バイオエタノールは10%未満の濃度で得られることも多いため、より低濃度での吸着挙動を調べた。すると、KCS-11は8%エタノール水溶液からはエタノールをほとんど層間吸着しないことがわかった。アルコール発酵の廃熱利用を念頭に、吸着温度を50℃まで変化させながら吸着させたが、吸着温度の上昇に伴い層間吸着量は増加したものの完全には層間吸着は進行しないこと、5%以下の濃度では50℃でもエタノールを層間吸着しないことが明らかになった。そこで、様々な有機シランを原料に用いて新規層状アルミノシリケート物質を合成し、そのエタノール吸着能を評価したところ、ビニル基で層間修飾された層状アルミノシリケート物質であるKCS-27が3%という非常に希薄なエタノール水溶液からでもエタノールを選択的に層間吸着できることを見出した。KCS-27では層間からのエタノール脱離も速やかに進み、室温、大気下でも2時間程度でほぼ脱離が完了することが明らかになった。KCS-11、KCS-27ともに当初の10倍のバッチサイズでも結晶性良く合成できることも確認でき、今後、バイオエタノールを模した希薄エタノール水溶液を使った濃縮、分析が可能な体制を整えることができた。