JP5488532B2 - 高分子錯体およびこれを用いたガス吸着材及びガス分離装置 - Google Patents
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Description
ガス吸着材とは、所定の圧力においてガスを吸着する材料であり、ガス吸着材のガス吸着量とガス吸着・放出の容易性が主要な開発要素となっている。
(1)式[X(Y,Y’)2L2]n
(式中、Xは、コバルト、ニッケル、銅のいずれかの二価イオンであり、
YはCF3BF3 -イオン、Y’はCF3SO3 -イオンであり、
Lは、4,4’―ビピリジンである。)
で表わされる単位構造を有した二次元平面格子積層型の基本構造を有する高分子金属錯体。
(2)(1)に記載された高分子金属錯体を含むことを特徴とするガス吸着材。
(3)(2)に記載のガス吸着材を用いてなる圧力スイング吸着方式ガス分離装置。
第1の発明は、式[X(Y,Y’)2L2]nで表わされる単位構造を有した二次元平面格子積層型の基本構造を有する高分子金属錯体であって、式中、Xはコバルト、ニッケル、銅のいずれかの二価イオンであり、Y及びY’は、YがCF3BF3 -イオン、Y’がCF3SO3 -イオンの対イオンから構成され、Lは有機配位子であって4,4’―ビピリジンである、高分子金属錯体である。
CF3BF3 -イオン及びCF3SO3 -イオンのモル比は、好ましくは35:65〜65:35、より好ましくは41:59〜59:41、さらに好ましくは43:57〜57:43、特に47:53〜53:47である。基本的には1:1が好ましい。
上記のように、本発明の高分子金属錯体の対イオンは、2種類であってイオンの大きさが異なることから、結晶格子に歪みが生じる等して、層間相互作用が低下しているために、ガスの吸収圧力が低下すると考えられる。
[X(Y,Y’)2L2]nで表される化合物は、例えば、XおよびY、Y’を含有する塩と有機配位子を溶媒に溶かして溶液状態で混合することで製造できる。
第2の発明は、第1の発明の金属錯体を含むガス吸着材である。
本発明のガス吸着材として使用する材料は、貯蔵させるガスや吸着時に必要となる圧力に応じて選択すればよい。第1の発明の金属錯体を含めば特に制限されるものではないが、具体例としては、[Cu(CF3BF3)(CF3SO3)(bpy)2]n(式中、bpyは4、4’-ビピリジンを表す。)が例示できる。
トリフルオロメタンスルホン酸銅(II)水溶液(80mmol/L、6.25mL)にCF3BF3K塩(3mmol)を添加し、4、4’-ビピリジンのアセトン溶液(80mmol/L、12.5mL)をゆっくりと添加し、密栓をして30日間静置した。析出した青色固体を減圧濾過し、減圧乾燥し、青色の高分子金属錯体の結晶を得た。
結晶データは以下であり、図6〜7に示される構造を有していることが判明した。
結晶データ:C2/c, a 14.3979(16) b 15.1241(16) c 16.3512(18), a 90.00 b 108.4020(10) g 90.00
得られたガス吸着材の77Kでのガス吸着特性を調査した。測定には、BET自動吸着装置(日本ベル株式会社製ベルソープ36及び同ベルミニII)を用いた。測定に先立って試料を383Kで3時間真空乾燥して、微量残存している可能性がある溶媒分子などを除去した。
結果を表1に示す。また、このガス吸着材の77Kでの吸着等温泉を図6(a)に示す。図8(a)横軸は相対圧力、縦軸はガス吸着量(吸着材(g)当たりのガス吸着量(ml))を示し、相対圧力0.02(矢印)で顕著なガス吸着が起きる。
比較例1として、トリフルオロメタンスルホン酸銅(II)水溶液(80mmol/L、6.25mL)に換えてトリフルオロトリフルオロほう酸銅を用い、CF3BF3K塩(3mmol)を添加しないこと以外は、実施例1と同様にして、高分子金属錯体の結晶を得た。
さらに、比較例3として、CF3BF3K塩(3mmol)を添加しないこと以外は、実施例1と同様にして、高分子金属錯体の結晶を得た。
比較例1の結晶データ:P 2/c 、a) 40.060(12) b) 15.014(5) c) 16.459(5)、a 90 b 93.916(4) g 90
比較例2の結晶データ: A12/n1、 a ) 18.731, b ) 11.072, c ) 13.701 A
比較例3の結晶データ:Pbcn、 a ) 15.319(3), b ) 16.158(3), c ) 13.688(3) A
結果を表1に示す。また、比較例3のガス吸着材の77Kでの吸着等温泉を図6(b)に示す。図6(b)横軸は相対圧力、縦軸はガス吸着量(吸着材(g)当たりのガス吸着量(ml))を示し、相対圧力0.2(矢印)で顕著なガス吸着が起きる。
1’ 1とは異なる種類の対イオン
2 金属イオン
3 配位子
Claims (3)
- 式〔X[Y,Y’]2L2〕n
(式中、Xは、コバルト、ニッケル、銅のいずれかの二価イオンであり、
YはCF3BF3 -イオン、Y’はCF3SO3 -イオンであり、
Lは、4,4’―ビピリジンである。)
で表わされる単位構造を有した二次元平面格子積層型の基本構造を有する高分子金属錯体。 - 請求項1に記載された高分子金属錯体を含むことを特徴とするガス吸着材。
- 請求項2に記載のガス吸着材を用いてなる圧力スイング吸着方式ガス分離装置。
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