陽イオン・陰イオン吸着剤としての天然ゼオライトの応用

天然沸石作为阴阳离子吸附剂的应用

• 批准号: 05555278
• 负责人: 高橋 克侑
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Yamaguchi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05555278/
• 关键词: ゼオライト; 陽イオン(Li,Sr,Co,NH^<4+>)吸着; 吸着等温線; 水蒸気吸着; 銅、黄鉄鉱; メルカプトベンゾチアゾールの吸着; 分子軌道法; イオン交換

鉱物への陰イオン吸着の基礎的研究として、銅および黄鉄鉱クラスター上へのメルカプトベンゾチアゾールの吸着を分子軌道法によって研究した。メルカプトベンゾチアゾールの電子状態はチオカーボニルの硫黄と5員環の窒素に電子が多く分布しそれら原子が大きな負の荷電を帯びるが、5員環中の硫黄は中性に近い。メルカプトベンゾチアゾールから電子が銅及び黄鉄鉱に流れて両者の間に結合を生ずる。その相互作用は銅クラスター表面上の銅原子、黄鉄鉱クラスター表面上の鉄原子がメルカプトベンゾチアゾールの2つの硫黄の間に位置する場合と硫黄と窒素の間に位置する場合とで異なる。前者の場合、2つの硫黄と銅及び鉄原子の間に強い結合を生じ、後者の場合硫黄と窒素各原子と銅及び鉄原子の間に強い結合を生ずる。吸着の安定化エネルギーは前者において大きい。ゼオライトへの水蒸気吸着はゼオライトの乾燥温度が高い程、水のモル吸着熱は大きく、同種、同条件のもとでは水の吸着量が多い程水のモル吸着熱は減少しており、吸着初期の水蒸気程ゼオライトと強いエネルギーで吸着している。天然ゼオライトは合成ゼオライトに比べて一般的に水蒸気吸着熱は小さい。これは前者の吸着サイトの濃度が後者のそれより小さいものと考えられる。天然ゼオライト(石見産、衣川産、蔵王産)のLi,Sr,Ag,Co,NH^<4+>などの陽イオン吸着が検討された。Liに対しては石見産ゼオライトが他のゼオライトより吸着性が優れている。また1M NaCl溶液処理によるNa-ゼオライトはLiの吸着量を1.30〜1.85倍に増加する。Sr,Ag吸着は濃度が高くなるとその吸着量を上昇する傾向を示す。Co吸着量は細孔径が大きくなると増加するが、合成ゼオライトは逆の減少を示した。従って表面積当りの細孔の数も考慮せねばならない。それぞれの陽イオン吸着におけるゼオライトに対する吸着等温線は形式上フレントリッヒ型を示し、不均一表面上の吸着と同じになる。吸着はゼオライト中の陽イオンとの交換と考えられるが必ずしも化学量論的なイオン交換ではない。これら陽イオン中NH^<4+>は天然ゼオライト上に短時間で吸着し、特に石見産ゼオライトが高い吸着性を示す。

作为阴离子对矿物吸附的基础研究，采用分子轨道法研究了巯基苯并噻唑在铜和黄铁矿团簇上的吸附。巯基苯并噻唑的电子态是这样的，许多电子分布在硫代羰基的硫和五元环中的氮上，使这些原子带有很大的负电荷，但五元环中的硫几乎呈中性。电子从巯基苯并噻唑流向铜和黄铁矿，在它们之间形成键。根据铜簇表面的铜原子或黄铁矿簇表面的铁原子是否位于巯基苯并噻唑的两个硫之间或硫和氮之间，相互作用有所不同。在前一种情况下，两个硫与铜和铁原子之间形成强键，而在后一种情况下，硫和氮原子与铜和铁原子之间形成强键。前者吸附稳定能大。对于水蒸气在沸石上的吸附，沸石的干燥温度越高，水的摩尔吸附热越大。同一品种、相同条件下，吸附水量越大，水的摩尔热越低。水蒸气被具有强能量的沸石吸附。天然沸石通常比合成沸石具有较低的水蒸气吸附热。这被认为是因为前者的吸附位点浓度小于后者的吸附位点浓度。研究了天然沸石(来自Iwami、鬼怒川和Zao)对诸如Li、Sr、Ag、Co和NH 4+ 的阳离子的吸附。 Iwami 沸石比其他沸石对锂具有更好的吸附能力。此外，用1M NaCl溶液处理的Na沸石使Li的吸附量增加了1.30至1.85倍。 Sr 和 Ag 的吸附量随着浓度的增加而增加。 Co吸附量随着孔径的增大而增加，而合成沸石却表现出相反的下降。因此，还必须考虑单位表面积的孔隙数量。每种阳离子吸附在沸石上的吸附等温线形式上呈现Frentlich型，并且与异质表面上的吸附相同。吸附被认为是与沸石中的阳离子交换，但不一定是化学计量离子交换。在这些阳离子中，NH 4+ 在短时间内吸附在天然沸石上，来自Iwami的沸石显示出特别高的吸附性。

项目成果

Y.NUMATA,K.TAKAHASHI,and T.WAKAMATSU: "Adsorption of 2-Mercaptobenzothiazole on Cu Clusters by a Molecular Orbital Method" MMIJ/IMM Joint Symposium. Vol.1. 1-8 (1994)

Y.NUMATA、K.TAKAHASHI 和 T.WAKAMATSU：“通过分子轨道法吸附 2-巯基苯并噻唑在 Cu 簇上”MMIJ/IMM 联合研讨会。