JP2915420B2 - Adsorbent - Google Patents

Adsorbent

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JP2915420B2
JP2915420B2 JP63292068A JP29206888A JP2915420B2 JP 2915420 B2 JP2915420 B2 JP 2915420B2 JP 63292068 A JP63292068 A JP 63292068A JP 29206888 A JP29206888 A JP 29206888A JP 2915420 B2 JP2915420 B2 JP 2915420B2
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雄一 村上
幹 丹羽
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Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、吸着剤に関するものである。さらに詳し
くは、この発明は、酸素を選択的に吸着することのでき
る新しい吸着剤に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an adsorbent. More specifically, the present invention relates to a novel adsorbent capable of selectively adsorbing oxygen.

(従来の技術とその課題) 従来より、化学工業、ガス製造業、研究施設等におい
て、化学物質の混合物より所定の成分のみを分離、もし
くは除去するために固体吸着剤を用いた吸着分離法が採
用されてきている。またこの吸着法は、公害防止の分野
においても広く利用されてきている。
(Conventional technology and its problems) Conventionally, in the chemical industry, gas manufacturing industry, research facilities, etc., an adsorption separation method using a solid adsorbent to separate or remove only a predetermined component from a mixture of chemical substances has been developed. Has been adopted. This adsorption method has been widely used in the field of pollution prevention.

このような吸着分離の方法として、たとえばゼオライ
ト類を吸着剤として使用し、特定のガス状化合物を吸着
分離する方法もすでに知られている。
As a method of such adsorption separation, for example, a method of using a zeolite as an adsorbent and adsorbing and separating a specific gaseous compound is already known.

しかしながら、これまでにも数多くの吸着剤が知られ
てはいるものの、混合物から特定の成分のみを選択的に
吸着し、これを高効率で分離することはそれほど簡単な
ことではない。吸着剤として使用することのできる固体
物質の種類は限られており、またその吸着活性と細孔の
大きさによってその分離選択性は大きく異なり、特定成
分を工業的規模で選択的に分離することは容易なことで
はない。
However, although a large number of adsorbents have been known, it is not so easy to selectively adsorb only specific components from a mixture and separate them with high efficiency. The types of solid substances that can be used as adsorbents are limited, and their separation activity varies greatly depending on their adsorption activity and pore size, and specific components can be selectively separated on an industrial scale. Is not easy.

このような例として空気の成分分離がある。吸着剤と
してゼオライトを用い、空気中の窒素(N2)を優先的に吸
着して、窒素と酸素を分離する方法である。ゼオライト
の吸着特性を利用したものである。
An example of such an example is air component separation. This is a method in which zeolite is used as an adsorbent and nitrogen (N 2 ) in air is preferentially adsorbed to separate nitrogen and oxygen. This is based on the adsorption characteristics of zeolite.

しかしながら、この方法においても分離効率は満足で
きるものではない。この方法の場合には、たとえばA型
ゼオライトが酸素よりも窒素を吸着しやすいという特性
を利用したものではあるが、ゼイライトに特徴的な分子
径の違いに対応した細孔の大きさによる分子ふるい効果
を利用したものではない。このため、ゼオライトの特徴
を充分に生かしておらず、分離効率にもおのずと限界が
あった。
However, even in this method, the separation efficiency is not satisfactory. This method utilizes, for example, the property that A-type zeolite adsorbs nitrogen more easily than oxygen, but uses a molecular sieve based on pore size corresponding to the difference in molecular diameter characteristic of zeolite. It does not use effects. For this reason, the characteristics of zeolite were not fully utilized, and the separation efficiency was naturally limited.

この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもの
であり、固体吸着剤としてのゼオライトの特徴に注目
し、細孔径の大きさに対応した分離作用をより大きなも
のとして実現することのできる、実用的に価値の大きな
新しい吸着剤を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and pays attention to the characteristics of zeolite as a solid adsorbent, and can realize a larger separation action corresponding to the size of pore diameter. The purpose is to provide a new adsorbent of great practical value.

(発明の開示) この発明は、上記の目的を実現するものとして、A型
ゼオライト表面にテトラアルコキシシランを用いてシリ
カを化学蒸着してなる吸着剤であって、窒素よりも酸素
を優先吸着する吸着能を有することを特徴とする吸着剤
を提供するものである。
(Disclosure of the Invention) The present invention provides an adsorbent obtained by chemically depositing silica on the surface of an A-type zeolite using tetraalkoxysilane, and preferentially adsorbs oxygen over nitrogen. An object of the present invention is to provide an adsorbent characterized by having an adsorption ability.

すなわち、この発明においては、A型ゼオライトの外
表面にケイ酸化合物としてのテトラアルコキシシランを
化学蒸着法によって堆積させ、生成したシリカの薄膜に
よってA型ゼオライトの細孔入口径を精密に制御し、こ
れによって、吸着すべき化学物質の分子の大きさに合わ
せ、この化学物質を優先的に吸着することを可能とす
る。
That is, in the present invention, a tetraalkoxysilane as a silicate compound is deposited on the outer surface of the A-type zeolite by a chemical vapor deposition method, and the pore diameter of the pores of the A-type zeolite is precisely controlled by the generated thin film of silica; This makes it possible to preferentially adsorb this chemical substance according to the size of the molecule of the chemical substance to be adsorbed.

細孔径は、蒸着によって制御するが、一般的には、こ
の細孔径の制御は、蒸着の量、すなわち生成するシリカ
の薄膜の状態によって規定されることになる。テトラア
ルコキシシランを用いる場合には、蒸着は室温〜500℃
程度の温度において行うことができる。飽和によって反
応が停止した場合には水蒸気によって加水分解し、再活
性化することもできる。蒸着と加水分解を交互に行うこ
とにより、蒸着量を増加させることが可能である。
The pore diameter is controlled by vapor deposition. Generally, the control of the pore diameter is determined by the amount of vapor deposition, that is, the state of the silica thin film to be formed. When using tetraalkoxysilane, deposition is performed at room temperature to 500 ° C.
It can be performed at a temperature of the order of magnitude. When the reaction is stopped by saturation, it can be hydrolyzed by steam and reactivated. By alternately performing deposition and hydrolysis, the amount of deposition can be increased.

このようなシリカ蒸着によって細孔径を制御したこの
発明の吸着剤の場合には、従来困難であった空気中から
の酸素の選択的吸着も可能となる。
In the case of the adsorbent of the present invention in which the pore diameter is controlled by such silica deposition, it is possible to selectively adsorb oxygen from the air, which has been conventionally difficult.

すなわち、これまで窒素よりも酸素を選択的に吸着す
る吸着剤としては唯一モレキュラーシーブ炭素が知られ
ているだけであり、しかもこの場合にも、炭素の組成が
一定しないためにその吸着能は大きくばらつき、実用的
なものではなかった。しかし、この発明によって、分子
径が酸素3.46A、窒素3.64Aと、わずかに0.18Aしかちが
わない酸素と窒素との混合物から、より径の小さい酸素
の優先的吸着をも可能となった。
That is, only molecular sieve carbon is known as the only adsorbent that selectively adsorbs oxygen over nitrogen so far, and in this case, the adsorption capacity is large because the composition of carbon is not constant. Variations were not practical. However, the present invention also allows preferential adsorption of smaller diameter oxygen from a mixture of oxygen and nitrogen, whose molecular diameters are only 3.46A and 3.64A of nitrogen, and only 0.18A.

このような極めて高精度での吸着・分離は、酸素およ
び窒素以外の様々な化学物質の場合にも可能とされるも
のである。また、A型ゼオライトの吸着能そのものを制
御することができる。
Such extremely high-precision adsorption / separation is possible even for various chemical substances other than oxygen and nitrogen. In addition, it is possible to control the adsorption ability of A-type zeolite itself.

たとえば、シリカ蒸着しない場合には、高率で吸着さ
れる物質であっても、シリカ蒸着によってその吸着の度
合を低減することも可能である。上記の窒素の場合はこ
れに相当する。
For example, when silica is not vapor-deposited, even if the substance is adsorbed at a high rate, the degree of adsorption can be reduced by silica vapor deposition. The case of nitrogen described above corresponds to this.

以下、実施例を示してさらに詳しくこの発明について
説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

実施例1〜2 Na型ゼオライトを28〜48メッシュに成型し、これを真
空処理できる石英ばねばかりに装着する。このゼオライ
トをまず400℃の温度において真空脱気し、十分に水分
を除去する。
Examples 1-2 A Na-type zeolite was formed into a 28-48 mesh, and this was mounted only on a quartz spring capable of vacuum processing. The zeolite is first degassed in vacuum at a temperature of 400 ° C. to sufficiently remove water.

次いで同じ温度において、約2.5Torrのテトラメトキ
シシラン(Si(OCH3)4)のガスを導入し、ゼオライトの外
表面と反応させ、外表面にシリカを蒸着する。約1時間
後の反応終了にともなって、気相にある未反応のアルコ
キシドおよび蒸着時に発生するアルコール等の気体を除
去する。その後、水蒸気を導入して表面の加水分解によ
る再活性化を行う。
Then, at the same temperature, a gas of about 2.5 Torr of tetramethoxysilane (Si (OCH 3 ) 4 ) is introduced to react with the outer surface of the zeolite, and silica is deposited on the outer surface. At the end of the reaction after about one hour, unreacted alkoxide in the gas phase and gas such as alcohol generated at the time of vapor deposition are removed. Thereafter, steam is introduced to reactivate the surface by hydrolysis.

以上の蒸着と水蒸気導入とを複数回繰り返してシリカ
の蒸着量を制御する。
The above evaporation and introduction of water vapor are repeated a plurality of times to control the amount of silica evaporation.

このようにして、ゼオライトに0.47重量%と、0.57重
量%のシリカを蒸着した試料を調製した。
Thus, a sample was prepared by depositing 0.47% by weight and 0.57% by weight of silica on zeolite.

この試料を用いて、−76℃の温度での酸素と窒素との
吸着速度の差異を評価した。その結果を示したものが第
1図および第2図である。
Using this sample, the difference in the adsorption rate between oxygen and nitrogen at a temperature of -76 ° C was evaluated. FIG. 1 and FIG. 2 show the results.

後述の比較例の結果を示した第3図との対比からも明
らかなように、酸素の吸着が窒素を大きく上まわってい
ることがわかる。
As is clear from comparison with FIG. 3 showing the results of a comparative example described later, it can be seen that the adsorption of oxygen greatly exceeds that of nitrogen.

比較例 比較のために、シリカを蒸着しないNa型ゼオライトを
吸着剤として用い、上記と同様にして酸素と窒素の吸着
速度を評価した。その結果を示したものが第3図であ
る。
Comparative Example For comparison, the adsorption rate of oxygen and nitrogen was evaluated in the same manner as described above, using Na-type zeolite on which silica was not deposited as an adsorbent. FIG. 3 shows the result.

酸素に比べて窒素の吸着速度は圧倒的に大きいことが
わかる。
It can be seen that the adsorption rate of nitrogen is much higher than that of oxygen.

実施例3 COの吸着に対するシリカ蒸着による作用を評価した。Example 3 The effect of silica deposition on CO adsorption was evaluated.

第4図(a)(b)(c)は、−78℃でのCOのガスク
ロマトグラフィーによる吸着を測定した結果である。
4 (a), 4 (b) and 4 (c) show the results of measuring the adsorption of CO at -78 ° C by gas chromatography.

(a):ブランクテスト (b):Na型ゼオライト(シリカ蒸着なし)、300mg (c):0.29重量%のシリカを蒸着したNa型ゼオライ
ト、300mg この結果から明らかなように、シリカ蒸着しない場合
には100%のCO吸着が認められたが、シリカの蒸着によ
ってCOの吸着は19%になっている。
(A): Blank test (b): Na-type zeolite (without silica deposition), 300 mg (c): Na-type zeolite with 0.29% by weight of silica deposited, 300 mg As can be seen from the results, when silica was not deposited, Although 100% CO adsorption was observed, CO adsorption was reduced to 19% by silica deposition.

シリカ蒸着によってCO吸着能の制御が可能となる。 Silica deposition makes it possible to control the CO adsorption capacity.

(発明の効果) この発明によって、分子の大きさがわずかにしかちが
わない化学物質であっても相互に高選択的に吸着分離す
ることが可能となる。
(Effect of the Invention) According to the present invention, even chemical substances having slightly different molecular sizes can be adsorbed and separated from each other with high selectivity.

また、具体的には、空気中からの酸素の優先的吸着も
実現される。また、さらには、特定物質に対する吸着能
を低減させるように制御することもできる。
Specifically, preferential adsorption of oxygen from the air is also realized. Furthermore, control can also be performed to reduce the ability to adsorb a specific substance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図および第2図は、この発明の吸着剤を用いた場合
の例を示した吸着速度の測定図である。 第3図は、比較のための例を示した吸着速度の測定図で
ある。 第4図(a)(b)(c)は各々COの吸着について示し
たガスクロマトグラフィーの測定図である。
FIG. 1 and FIG. 2 are measurement diagrams of the adsorption speed showing an example when the adsorbent of the present invention is used. FIG. 3 is a measurement diagram of the adsorption speed showing an example for comparison. FIGS. 4 (a), (b) and (c) are gas chromatographic diagrams showing the adsorption of CO, respectively.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01J 20/18 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) B01J 20/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】A型ゼオライト表面にテトラアルコキシシ
ランを用いてシリカを化学蒸着してなる吸着剤であっ
て、窒素よりも酸素を優先吸着する吸着能を有すること
を特徴とする吸着剤。
1. An adsorbent obtained by chemically depositing silica on the surface of an A-type zeolite using tetraalkoxysilane, wherein the adsorbent has an adsorbing ability to preferentially adsorb oxygen over nitrogen.
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