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。

沸石是一种结晶多孔铝硅酸盐，由于其高稳定性、吸附性能和孔体积，我们相信它可以应用于有价值的材料回收和污染物去除过程。这次，我们将主要关注其合成和物理性质沸石的评估，以及我们报告了建立低成本和低环境影响的沸石合成工艺。沸石的制备方法是将硅源、铝源、碱源、水和有机结构导向剂(OSDA)混合制备反应混合物，然后在高温高压下进行水热反应。高压釜并合成。此时，通过改变OSDA的类型、反应混合物组成、反应条件和反应操作来控制所产生的结晶相。 OSDA对于合成这些沸石是必不可少的，同时，人们正在尝试使用新的OSDA来合成具有新结构的沸石。然而，目前OSDA的结构不仅变得更加复杂和昂贵，而且目前使用OSDA的传统方法存在不可避免的含有有机物的废液的处理和烧成过程中的废气处理的缺点，这是主要原因。沸石大规模生产过程复杂、环境影响大。在此背景下，在本研究中，我们尝试通过晶种添加法在不使用OSDA的情况下合成各种沸石。晶种添加法是在不含有OSDA的反应混合物中添加少量预先使用OSDA合成的沸石晶种（烧成物），进行水热合成，生成与晶种相同结构的沸石这是一种新的合成方法。到目前为止，我们已经使用晶种添加法合成了β、ZSM-11和ZSM-12沸石，并且通过使用这些产物作为晶种并将它们再次添加到反应混合物中，我们合成了与晶种相同的结构我们首次成功地使沸石（绿色沸石）结晶。此外，我们从实际应用的角度出发，对合成过程中晶种的组成和添加量、反应混合物的组成以及产物之间的关系进行了详细的研究，找到了最佳合成条件各种沸石。我们相信上述成果对于建立基于绿色化学的无OSDA沸石合成工艺具有重要意义，并将其提交给国际学术期刊后，在国际和国内会议上报告了该成果。添加晶种/无OSDA方法最吸引人的特点是可以低成本合成具有优异性能和高工业价值的沸石，对环境影响小。然而，beta的问题是在上述条件下提高良率。此外，ZSM-12 需要改善孔隙特性。此外，为了扩大所得沸石的应用范围，有必要研究在不破坏结构的情况下提高Si/Al比的方法。我们计划在未来研究这些问题。

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”