有機分子内包ガラスを利用した持続的水質浄化プロセスの開発

使用含有有机分子的玻璃开发可持续水净化工艺

基本信息

批准号：
09J07752
负责人：
上村佳大
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

ゼオライトは結晶性多孔質アルミノシリケートであり、その高い安定性、吸着特性、細孔容積から、有価物回収や汚染物質除去プロセスに応用できると考え、今回は主にゼオライトの合成及び物性評価、そして低コスト・低環境負荷でのゼオライト合成プロセスの確立を対象としたものを報告する。ゼオライトはシリカ源、アルミ源、アルカリ源、水及び有機構造規定剤(organic structure-directing agent;OSDA)を混合して反応混合物を調製し、これをオートクレープ内で高温・高圧下で水熱反応させて合成される。この時、OSDAの種類、反応混合物組成、反応条件及び反応操作を変化させることにより生成結晶相が制御され、これまでにbeta、ZSM-11、ZSM-12をはじめとする工業的価値の高いゼオライトが合成されてきた。これらのゼオライトを合成するためにはOSDAが必須であり、同時に新しいOSDAを用いた新規構造ゼオライト合成の試みも継続的に行われている。しかしながら、現状ではOSDAの構造はより複雑化し高価なものへと変化しているばかりでなく、OSDAを用いる従来方法は有機物含有廃液の処理や焼成時の排ガス処理などが不可避であるという欠点があり、ゼオライトの大量生産においてプロセスの煩雑化と高い環境負荷の主要因となっている。このような背景から、本研究では種結晶添加法によってOSDAを用いずに種々のゼオライトを合成することを試みた。種結晶添加法はOSDAを含まない反応混合物に予めOSDAを用いて合成したゼオライト種結晶(焼成品)を少量添加して水熱合成を行い、種結晶と同一構造を有するゼオライトをOSDA-freeで合成する新しいアプローチである。種結晶添加法によってこれまでにbeta、ZSM-11、ZSM-12ゼオライトの合成を行い、さらにこれらの生成物をそれぞれ種結晶として利用し、反応混合物に再度添加することで、種結晶と同一構造を有したゼオライト(グリーンゼオライト)を結晶化させることに初めて成功した。また実用化の面から、合成プロセスにおける種結晶の組成と添加量、反応混合物組成と生成物の関係の詳細な検討を行い、種々のゼオライトにおける最適合成条件を見出した。以上の結果は、グリーンケミストリーに基づいたゼオライトのOSDA-free合成プロセス確立のための重要な知見になると考え、国際学術雑誌への投稿を行った後、国際及び国内学会においてその成果を報告した。種結晶添加・OSDA無添加法の最大の魅力は優れた特性を有し、工業的価値の高いゼオライトを低コスト・低環境負荷で合成できる点である。しかしながら、betaは前記した条件では収率向上が課題である。また、ZSM-12については細孔特性の改善が必要である。さらに、得られるゼオライトの応用範囲を拡大するためには、構造破壊を伴わずにSi/Al比を増大させる方法の検討も必要である。今後はこれらの課題について検討していく予定である。

沸石是结晶的多孔铝硅酸盐，它们的高稳定性，吸附特性和孔体积可应用于有价值的材料恢复和污染物去除过程中。在本文中，我们将主要报告沸石的合成和物理性质，以及建立低成本和低环境影响的沸石合成过程。沸石是通过混合二氧化硅，铝，碱，水和有机结构导向剂（OSDA）制备的，并在高温和压力下通过自动培训中的热液反应合成。目前，通过改变OSDA的类型，反应混合物的组成，反应条件和反应过程以及到目前为止具有较高工业价值的沸石，例如β，ZSM-111和ZSM-12，可以控制所得的晶相。 OSDA对于这些沸石的合成至关重要，与此同时，正在继续使用新的OSDA合成新的结构沸石。但是，目前，OSDA的结构不仅变得更加复杂和更昂贵，而且使用OSDA的常规方法具有不利的不利条件，即在烘焙过程中处理有机废物液体和废气处理是不可避免的，并且是复杂过程和Zeolites群众群生产中较高环境负担的主要因素。在此背景中，在这项研究中，我们尝试通过使用种子晶体添加方法来合成各种沸石。种子晶体添加方法是一种新方法，其中少量使用OSDA合成的少量沸石种子晶体（钙化产物）被添加到不包含OSDA的反应混合物中，并且使用了水热合成，并使用OSDA合成具有与种子晶体相同的结构的沸石合成。已经使用种子晶体添加方法进行了β，ZSM-11和ZSM-12沸石的合成，并通过将这些产品用作种子晶体，将它们用作种子晶体，并将它们再次添加到反应混合物中，它在与首次使用种子晶体相同的结构结晶的结构中成功地将其添加到反应混合物中。此外，从实际使用的角度来看，在合成过程中，种子晶体的组成与量之间的关系，详细研究了反应混合物和产物的组成，并发现了各种沸石的最佳合成条件。上述结果被认为是基于绿色化学的沸石的无OSDA综合过程的重要见解，在提交国际学术期刊后，该结果在国际和国内学术社会上进行了报道。种子晶体添加和无OSDA方法的最大吸引力是它具有出色的特性，可以以低成本和低环境影响的高工业价值合成具有高工业价值的沸石。但是，Beta的挑战是在上述条件下提高产量。此外，ZSM-12需要改进孔特性。此外，为了扩大所得沸石的应用范围，还必须研究提高SI/AL比率而不结构崩溃的方法。我们计划将来考虑这些问题。

项目成果

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Seed-assisted, OSDA-free synthesis of MTW-type zeolite and "Green MTW" from sodium aluminosilicate gel systems

DOI：
10.1016/j.micromeso.2011.05.038
发表时间：
2012-01-01
期刊：
MICROPOROUS AND MESOPOROUS MATERIALS
影响因子：
5.2
作者：
Kamimura, Yoshihiro;Itabashi, Keiji;Okubo, Tatsuya
通讯作者：
Okubo, Tatsuya

種結晶添加法によるAl-rich betaゼオライト及びgreen betaゼオライトの合成プロセスの開発

晶种添加法合成富铝β沸石和绿β沸石工艺的开发

DOI：
发表时间：
2009
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yoshihiro Kamimura;Watcharop Chaikittisilp;Keiji Itabashi;Atsushi Shimojima;Tatsuya Okubo;上村佳大・Watcharop Chaikittisilp・棚橋紳也・板橋慶治・下嶋敦・大久保達也;上村佳大・Watcharop Chaikittisilp・板橋慶治・干川康人・下嶋敦・大久保達也
通讯作者：
上村佳大・Watcharop Chaikittisilp・板橋慶治・干川康人・下嶋敦・大久保達也

Seed-assisted synthesis of zeolite beta and "Green Beta" in OSDA-free Na+-aluminosilicate gels

在无 OSDA 的钠铝硅酸盐凝胶中种子辅助合成沸石 β 和“Green Beta”