JP6939060B2 - 吸着剤および吸着剤を備える吸着器 - Google Patents
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Description
本発明は、吸着剤および吸着剤を備える吸着器に関するものである。
特許文献１に、吸着式の冷凍システムが開示されている。この冷凍システムは、吸着剤が内部に設けられた吸着器を備える。吸着剤は、水蒸気の吸着と脱離とを行う。吸着剤としては、ゼオライトが用いられる。ゼオライトは、水蒸気を吸着できる複数の細孔を有する。
ところで、Ｓｉを含む結晶構造を持つゼオライトに、液体の水が付着すると、ゼオライト中のＳｉが溶出する。これによって、ゼオライトの結晶構造が破壊されることを本発明者が見出した。ゼオライトの結晶構造が破壊されると、結晶構造が破壊された部分から液体の水がゼオライトの細孔に侵入する。侵入した液体の水が細孔から放出されずに残ることで、水蒸気の吸着が行われないか、水蒸気の吸着量が減少する。
本発明は上記点に鑑みて、ゼオライトの吸着性能が著しく低下することを抑制しつつ、ゼオライトへの液体の水の付着を抑制できる吸着剤を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
水蒸気を吸着する吸着剤は、
水蒸気を吸着する本体（３）と、
本体の表面に形成された膜（４）とを備え、
本体は、Ｓｉを含む結晶構造を持つゼオライトで構成されており、
膜は、水蒸気の膜の通過を可能とし、液体の水の膜の通過を抑制する性質を有し、
膜は、ケイ素と酸素とを骨格とするとともに、撥水基（１２）を有するケイ素化合物（１３）を含み、
ケイ素化合物は、撥水基としてのフルオロアルキル基（１２）を有するフルオロアルキルシラン（１３）であり、
フルオロアルキル基は、ＣＦ ３ （ＣＦ ２ ） ５ （ＣＨ ２ ） ２ であり、
膜の厚さは、１５ｎｍ以上４３ｎｍ以下である。
水蒸気を吸着する吸着剤は、
水蒸気を吸着する本体（３）と、
本体の表面に形成された膜（４）とを備え、
本体は、Ｓｉを含む結晶構造を持つゼオライトで構成されており、
膜は、水蒸気の膜の通過を可能とし、液体の水の膜の通過を抑制する性質を有し、
膜は、ケイ素と酸素とを骨格とするとともに、撥水基（１２）を有するケイ素化合物（１３）を含み、
ケイ素化合物は、撥水基としてのフルオロアルキル基（１２）を有するフルオロアルキルシラン（１３）であり、
フルオロアルキル基は、ＣＦ ３ （ＣＦ ２ ） ５ （ＣＨ ２ ） ２ であり、
膜の厚さは、１５ｎｍ以上４３ｎｍ以下である。
これによれば、液体の水の膜の通過が抑制される。このため、本体に液体の水が直接付着することを抑制できる。さらに、水蒸気の膜の通過は可能である。このため、本体の表面に膜が形成されていても、本体の吸着性能が著しく低下することはない。
よって、ゼオライトの吸着性能が著しく低下することを抑制しつつ、ゼオライトへの液体の水の付着を抑制することができる。
「膜が液体の水の通過を抑制する性質を有する」とは、膜の全部が液体の水の通過を不可能とする場合と、膜の一部のみが、液体の水の通過を不可能とする場合の両方を含むことを意味する。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
（第１実施形態）
本実施形態では、冷凍システムの吸着器に用いられる吸着剤について説明する。
本実施形態では、冷凍システムの吸着器に用いられる吸着剤について説明する。
図１に示すように、吸着器１は、吸着器１の内部に吸着剤２を備えている。吸着器１は、吸着式の冷凍システムを構成する熱交換器である。吸着器１は、図２に示す吸着剤２の粒子２ａを内部に複数備えている。換言すると、吸着剤２は、複数の粒子２ａの状態で、吸着器１の内部に収容されている。１つの粒子２ａの形状は、すべての面が四角形の六面体である。１つの粒子２ａの粒子径Ｌ２ａは、数μｍ〜数十μｍである。
図３に示すように、吸着剤２の粒子２ａは、本体３と、膜４とを備える。図３は、本体３と膜４のそれぞれの構造を示す概念図である。
本体３は、ゼオライトで構成された粒子である。本体３は、水蒸気の吸着と脱離とを行う。具体的には、本体３は、本体３の表面および内部に複数の細孔３ａを有する。複数の細孔３ａのそれぞれに、水蒸気が吸着される。複数の細孔３ａのそれぞれの細孔径Ｌ３ａは、０．３８ｎｍである。膜４は、本体３の表面に形成されている。膜４は、本体３の表面の全域を覆っている。
図４に示すように、膜４は、複数の細孔４ａを有する。複数の細孔４ａのそれぞれは、膜４の本体側の表面５から膜４の反本体側の表面６まで貫通する。複数の細孔４ａのそれぞれの細孔径Ｌ４ａは、水蒸気の膜４の通過が可能であり、液体の水の膜４の通過が不可能な大きさである。水蒸気は、気体の水分子である。水蒸気の最小構成は、１つの水分子である。１つの水分子の最小寸法は、０．２６ｎｍである。したがって、水蒸気の最小寸法は、０．２６ｎｍである。液体の水の最小寸法については、種々の寸法が公表されている。公表されている寸法は、０．６４ｎｍ〜１．１ｎｍの間である。図４に示すように、例えば、水分子の５量体で構成されている液体の水の最小寸法は１．１ｎｍである。したがって、具体的には、細孔径Ｌ４ａは、０．２６ｎｍ以上０．６４ｎｍ以下である。ここでいう細孔径Ｌ４ａは、細孔４ａの最大開口幅である。このため、膜４は、水蒸気の膜４の通過を可能とし、液体の水の膜４の通過を不可能とする性質を有する。
なお、膜４の複数の細孔４ａの全部の細孔径４ａが上記した寸法であることが好ましい。この場合、膜４の全部が、水蒸気の膜４の通過を可能とし、液体の水の膜４の通過を不可能とする性質を有する。
しかし、膜４の複数の細孔４ａのうち一部の細孔４ａのみの細孔径Ｌ４ａが上記した寸法であってもよい。すなわち、膜４の化学構造の一部に欠陥が生じる等の理由によって、膜４の複数の細孔４ａのうち他の一部の細孔４ａの細孔径Ｌ４ａが上記した寸法よりも大きくてもよい。この場合、細孔径Ｌ４ａが上記した寸法を満たす膜４の一部は、水蒸気の膜４の通過を可能とし、液体の水の膜４の通過を不可能とする性質を有する。細孔径Ｌ４ａが上記した寸法を満たさない膜４の他の一部は、液体の水の膜４の通過を不可能とする性質を有さない。この場合、膜４は、全体として、水蒸気の膜４の通過を可能とし、液体の水の膜４の通過を抑制する性質を有する。
次に、図５、６を用いて、膜４について、より具体的に説明する。図５は、図４に示す膜４と本体３の断面に対応している。
図５に示すように、膜４は、ＳｉＯ骨格１１とフルオロアルキル基１２とを有するフルオロアルキルシラン（fluoroalkylsilane、略称：ＦＡＳ）１３で構成されている。
ＳｉＯ骨格１１は、Ｓｉ−Ｏ結合を持つ化合物で構成された部分である。すなわち、ＳｉＯ骨格１１は、ケイ素と酸素とを骨格とするケイ素化合物で構成された部分である。ＳｉＯ骨格１１は、基本的に、四面体構造のＳｉＯ４が複数配列した構造である。図５において、ＳｉＯ骨格１１中の複数の小さな円は、主にＳｉ（ケイ素）を示している。
したがって、ＦＡＳ１３は、フルオロアルキル基１２を有し、ケイ素と酸素とを骨格とするケイ素化合物である。
フルオロアルキル基１２は、ＣＦ３（ＣＦ２）ｍ（ＣＨ２）ｎで表される。ｍは、０〜１１の整数である。ｎは、０または２〜６の整数である。フルオロアルキル基１２は、フッ素含有基である。このため、フルオロアルキル基１２は、撥水性を示す官能基、すなわち、撥水基である。
図６に示すように、フルオロアルキル基１２としては、具体的には、ＣＦ３（ＣＦ２）５（ＣＨ２）２で表されるものを用いることができる。フルオロアルキル基１２は、ＳｉＯ骨格１１の一部のＳｉと結合している。
図６に示すように、膜４の表面では、複数のＳiの一部は、ＯＨ基と結合している。複数のＳｉの他の一部は、フルオロアルキル基１２と結合している。
図７に示すように、膜４の表面では、ＳｉＯ骨格１１の上にフルオロアルキル基１２が所々に点在している。図７は、図５に示すＦＡＳ１３を図５の上側から見た図である。図７中のVI部が図６に示す化学構造部に対応する。
また、図７に示すように、ＳｉＯ骨格１１は、Ｓｉが六角形の角部のそれぞれに配置された六角形構造部１４と、Ｓｉが三角形の角部のそれぞれに配置された三角形構造部１５とを含む２次元構造を有する。隣り合うＳｉの間にＯが位置する。
六角形構造部１４の内側に孔１４ａが形成されている。六角形構造部１４の孔１４ａが、上記した膜４の孔４ａを構成している。六角形構造部１４の孔１４ａの最大開口幅は、理論上０．３５ｎｍである。
なお、ＦＡＳ１３の結晶性が高まると、ＳｉＯ骨格１１は、六角形構造部１４と三角形構造部１５のうち三角形構造部１５のみからなる２次元構造となる。三角形構造部１５の内側に形成される孔１５ａの最大開口幅は、水蒸気よりも小さく、水蒸気の透過は不可能である。
図５に示すように、一層のＳｉＯ骨格１１とフルオロアルキル基１２とを一組とする。膜４は、複数組のＳｉＯ骨格１１とフルオロアルキル基１２とが、膜４の厚さ方向に積層された化学構造となっている。複数組のＳｉＯ骨格１１とフルオロアルキル基１２とは、ＳｉＯ骨格１１同士が向かい合ったり、フルオロアルキル基１２同士が向かい合ったりしている。なお、膜４の表面に位置するフルオロアルキル基１２の末端がＣＦ３となっている。
また、図５に示すように、ＳｉＯ骨格１１の一部のＳｉは、Ｏを介して、本体３のＳｉ、Ｐ、Ａｌのいずれかの原子と化学結合している。化学結合によって、膜４は、本体３に対して強固に接合されている。
次に、本実施形態の吸着剤２の製造方法について説明する。
図８に示すように、吸着剤２の製造では、準備工程Ｓ１と、塗布工程Ｓ２と、乾燥工程Ｓ３と、焼成工程Ｓ４とが順に行われる。
準備工程では、複数の本体３と、処理液とが準備される。処理液は、複数の本体３のそれぞれの表面に膜４を形成するための膜形成液である。図９に示すように、処理液２１は、フルオロアルカンと、ＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicateの略称）と、塩酸と、エタノールとを含む。
フルオロアルカンは、フルオロアルキル基の原料である。ＴＥＯＳは、ＳｉＯ骨格１１の原料となる金属アルコキシドである。塩酸は、触媒である。エタノールは、ＴＥＯＳと水の共通溶媒である。なお、図示していないが、処理液には、ＴＥＯＳの加水分解用の水が含まれる。
本実施形態では、この処理液を用いたゾル−ゲル法によって膜が形成される。処理液中において、ＴＥＯＳの加水分解と脱水縮合反応が進行する。
塗布工程Ｓ２では、処理液２１（すなわち、ゾル）が複数の本体３のそれぞれに塗布される。例えば、処理液２１に複数の本体３のそれぞれが浸漬される。その後、処理液２１のうち膜の形成に寄与しない分が排除される。
乾燥工程Ｓ３では、処理液２１が塗布された複数の本体３のそれぞれが乾燥される。これにより、数の本体３の表面にゲル膜が形成される。ゲル膜には、エタノール、塩酸は、含まれない。
焼成工程Ｓ４では、処理液２１が塗布された複数の本体３のそれぞれが焼成される。焼成温度は、２００−２５０℃である。これにより、複数の本体３の表面に、フルオロアルキル基１２を有するＦＡＳ１３で構成された膜４が形成される。
このようにして、複数の本体３のそれぞれの表面に膜４が形成される。すなわち、複数の本体３のそれぞれの表面に膜４が形成された吸着剤２が製造される。
次に、本実施形態の吸着剤の特徴について説明する。
まず、水蒸気の吸着時と脱離時のゼオライトの結晶構造を説明する。
絶乾状態では、ゼオライトの結晶構造は、図１０に示す結晶構造となる。絶乾状態は、水蒸気の吸着前の状態、または、水蒸気の脱離後の状態である。図１０に示す結晶構造は、２重の６員環と、８員環とからなる最小単位構造を有する。６員環では、Ｓｉ、Ａｌ、Ｐのいずれかの主要元素が六角形の角部に配置されている。８員環では、主要元素が八角形の角部に配置されている。２重の６員環と８員環との連結部に、Ｓｉが存在する。図示していないが、６員環と８員環において、主要元素同士の間には、Ｏが配置されている。８員環の内側に細孔が形成される。この細孔が、本体３の細孔３ａである。
水蒸気の吸着時では、図１１に示すように、加水分解によって、６員環のＳｉ−Ｏ−Ａｌ結合が切れる。水蒸気、すなわち、気体の水分子が、Ｓｉ−Ｏ−Ａｌ結合が切れた部分から８員環の内側に侵入する。この状態が、水蒸気の吸着状態である。そして、８員環の内側から水分子が放出されるとともに、図１０に示すように、６員環のＳｉ−Ｏ−Ａｌ結合が形成される。この状態が、水蒸気の脱離状態である。このように、結晶構造中にＳｉが存在することで、水蒸気の吸着と脱離とが可能となっている。
続いて、本発明者が見出した課題について説明する。
図１２に示すように、ゼオライトの表面に液体の水が付着した場合、付着した液体の水に、結晶構造中のＳｉが溶出する。これにより、結晶構造が壊れる。この場合、結晶構造が壊れた部分から液体の水が８員環の内部に侵入する。侵入した液体の水が放出されずに残ることで、水蒸気の吸着が行われないか、水蒸気の吸着量が減少する。
これに対して、本実施形態によれば、吸着剤２は、本体３と膜４とを備えている。膜４は、液体の水の膜４の通過を不可能とする性質を有する。このため、液体の水の膜４の通過を防止できる。これにより、本体３に液体の水が直接付着することを防止できる。さらに、膜４は、水蒸気の膜４の通過を可能とする性質を有する。このため、本体３の表面に膜４が形成されていても、本体３の水蒸気の吸着性能が著しく低下することはない。よって、液体の水が付着することによる本体３の劣化を防止できる。
また、膜４の複数の細孔４ａのうち一部の細孔４ａが、液体の水の通過を不可能とする大きさであって、膜４の複数の細孔４ａのうち他の一部の細孔４ａが、液体の水の通過を可能とする大きさである場合も、膜４の全体としては、液体の水の膜４の通過を抑制することができる。これにより、膜４が形成されていない場合と比較して、本体３に液体の水が直接付着することを抑制することができる。
また、この場合であっても、本実施形態によれば、膜４を構成するＦＡＳ１３は、フルオロアルキル基１２を有している。これにより、フルオロアルキル基１２によって膜４に付着した液体の水をはじくことができる。このため、フルオロアルキル基１２が液体の水をはじくことで、液体の水の通過を可能とする大きさの細孔４ａを液体の水が通過することを抑制することができる。
なお、本発明者は、上記した製造方法で製造された膜４について、水蒸気と液体の水の通過試験を行った。その結果、水蒸気は膜４を通過したが、液体の水は膜４を通過しなかった。この試験結果より、膜４を構成するＦＡＳ１３は、図７に示す構造を有することが推測される。
また、本実施形態では、膜４は、本体３の表面の全域を覆っていたが、これに限定されない。膜４が、本体３の表面の全域を覆っていなくてもよい。この場合であっても、吸着剤２のうち膜４に覆われている部分において、上記した効果が得られる。
次に、本実施形態の膜４の好ましい仕様について説明する。
膜４を構成するＦＡＳ１３のフルオロアルキル基１２がＣＦ３（ＣＦ２）５（ＣＨ２）２である場合、図１３に示すように、膜４の厚さは、１５ｎｍ以上４３ｎｍ以下であることが好ましい。
図１３は、膜の厚みが異なる種々の吸着剤についての耐水性の評価試験の結果と、吸着速度の測定結果を示している。図１３に示す膜の厚みは、吸着剤の断面のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いた観察によって測定した結果である。この膜の厚みは、複数の粒子における膜の厚みの平均値である。
膜の厚みが異なる種々の吸着剤は、上記した本実施形態の吸着剤２の製造方法によって製造されたものである。フルオロアルキル基１２はＣＦ３（ＣＦ２）５（ＣＨ２）２である。上記した吸着剤２の製造方法において、図１４に示すように、処理液のゲル濃度が変更されることによって、膜の厚みが変更される。ゲル濃度は、図９に示す処理液全体の質量に対する固形分の質量の割合を百分率で示したものである。固形分は、図９中のフルオロアルカンとＴＥＯＳである。耐水性の評価試験に用いた吸着剤２の膜４のＦ／Ｓｉ原子数比は、３．９である。Ｆ／Ｓｉ原子数比は、ＦＡＳ１３におけるケイ素に対するフッ素の原子数比である。
耐水性の評価試験では、温水に所定時間浸漬した後の吸着剤の劣化率を測定した。耐水性の評価試験では、温水を用いることで、吸着剤の劣化を促進させた。吸着剤の劣化率とは、百分率で示す吸着剤の吸着量の低下割合である。所定時間は、図１５に示すように、膜が形成されていない比較例の吸着剤についての耐水性の評価試験を行った場合に、劣化率が１０％となった時間を所定時間とした。そして、測定した劣化率が３％以下の吸着剤を、耐水性ありと評価した。図１３中の〇が、耐水性ありを示す。図１３中の耐水性×が、劣化率が３％よりも高いこと、すなわち、耐水性無しを示す。
耐水性の評価試験の結果によると、膜の厚さを１５ｎｍ以上とすることで、吸着剤の１０年後の劣化率を３％以内にすることができる。劣化率が３％以内であれば、吸着量の実質的な低下がほとんどないと言える。
吸着剤の吸着速度の測定では、吸着装置を用いて、吸着剤の水蒸気の吸着速度を測定した。より具体的には、水蒸気の吸着開始から所定時間経過後の水蒸気の吸着量を測定した。吸着量の測定では、吸着時の発熱量を測定し、測定した発熱量から吸着量を算出した。所定時間は、０．５分−３分の間のいずれかで定められた時間である。
そして、図１６に示すように、膜が形成されていない比較例の吸着剤の吸着量と比較して、測定した吸着量の減少割合が１０％以内の吸着剤を、吸着性が良好であると評価した。測定した吸着量の減少割合が１０％を超える吸着剤を、吸着性が悪化していると評価した。
吸着速度の測定結果によると、膜の厚さを４３ｎｍ以下とすることで、膜が形成されていない場合と比較した吸着速度の低下率を１０％以内にすることができる。吸着速度の低下率を１０％以内であれば、吸着剤の体格を大きくすることで、吸着速度の低下を抑制することができる。
また、図１３に示すように、フルオロアルキル基１２がＣＦ３（ＣＦ２）５（ＣＨ２）２である場合、ＦＡＳ１３におけるケイ素に対するフッ素の原子数比（すなわち、Ｆ／Ｓｉ原子数比）は、０．１３以上７．８以下であることが好ましい。
ここで、図１７に、膜の表面上に液滴を配置して、膜の表面に対する液滴の接触角度を測定した結果を示す。用いた膜は、接触角度の測定のための試料の表面に形成したものでる。このときの膜の形成方法は、上記した本実施形態の吸着剤２の製造方法と同じである。ＦＡＳ１３のフルオロアルキル基１２はＣＦ３（ＣＦ２）５（ＣＨ２）２である。上記した吸着剤２の製造方法において、処理液中のフルオロアルカンとＴＥＯＳとの比が変更されることによって、ＦＡＳ１３におけるＦ／Ｓｉ原子数比が変更される。すなわち、膜４の表面におけるフルオロアルキル基１２の間隔が変更される。
図１７に示すように、Ｆ／Ｓｉ原子数比を０．１３以上とすることで、膜に撥水性を持たせることができる。すなわち、一般的に、接触角が９０度以上のとき、撥水性であると言われている。Ｆ／Ｓｉ原子数比が０．１３以上のとき、接触角が９０度以上となる。このため、膜は撥水性を持つ。Ｆ／Ｓｉ原子数比が０．１３よりも小さいとき、接触角が９０度よりも小さくなる。このため、膜は撥水性を持たない。
また、Ｆ／Ｓｉ原子数比が７．８を超える膜の形成は困難である。すなわち、Ｆ／Ｓｉ原子数比が７．８を超える膜を形成しようとしても、常温で処理液を準備することができない。Ｆ／Ｓｉ原子数比が７．８以下の膜を形成する場合であれば、常温で処理液を準備することができる。したがって、撥水性を有する膜を容易に形成するためには、Ｆ／Ｓｉ原子数比を７．８以下とすることが好ましい。
よって、本実施形態の吸着剤２の製造方法では、準備工程Ｓ１において、処理液中のＦ／Ｓｉ原子数比が０．１３以上７．８以下になるように、処理液を調整することが好ましい。さらに、製造後の膜厚が１５ｎｍ以上４３ｎｍ以下となるように、処理液のゲル濃度を調整することが好ましい。
（他の実施形態）
第１実施形態では、膜４を構成するケイ素と酸素とを骨格とするケイ素化合物が、フルオロアルキル基１２を有していた。しかし、膜４を構成するケイ素化合物は、他の撥水基を有していてもよい。他の撥水基としては、アルキル基が挙げられる。
第１実施形態では、膜４を構成するケイ素と酸素とを骨格とするケイ素化合物が、フルオロアルキル基１２を有していた。しかし、膜４を構成するケイ素化合物は、他の撥水基を有していてもよい。他の撥水基としては、アルキル基が挙げられる。
また、膜４を構成するケイ素化合物は、撥水基を有していなくてもよい。この場合であっても、膜４に形成されている複数の孔４ａの少なくとも一部が、水蒸気の通過が可能であって、液体の水の通過が不可能な大きさであることによって、第１実施形態と同じ効果が得られる。
また、膜４には、上記したケイ素化合物に加えて、他の化合物が含まれていてもよい。すなわち、膜４には、少なくとも上記したケイ素化合物が含まれていればよい。
また、膜４が、上記したケイ素化合物以外の化合物で構成されていてもよい。この場合であっても、膜４が、水蒸気の膜の通過を可能とし、液体の水の膜の通過を抑制する性質を有することによって、第１実施形態と同じ効果が得られる。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能であり、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
（まとめ）
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、吸着剤は、本体と、膜とを備える。本体は、Ｓｉを含む結晶構造を持つゼオライトで構成されている。膜は、水蒸気の膜の通過を可能とし、液体の水の膜の通過を抑制する性質を有する。
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、吸着剤は、本体と、膜とを備える。本体は、Ｓｉを含む結晶構造を持つゼオライトで構成されている。膜は、水蒸気の膜の通過を可能とし、液体の水の膜の通過を抑制する性質を有する。
また、第２の観点によれば、膜に、膜の本体側の表面から膜の反本体側の表面まで貫通する複数の孔が形成されている。複数の孔の少なくとも一部は、水蒸気の通過が可能であり、液体の水の通過が不可能な大きさである。
第１の観点において、膜が、水蒸気の膜の通過を可能とし、液体の水の膜の通過を抑制する性質を有するためには、膜が、第２の観点の構成を有していればよい。
また、第３の観点によれば、複数の孔の少なくとも一部の孔の最大開口幅は、０．２６ｎｍ以上０．６４ｎｍ以下である。第２の観点において、具体的に、孔の最大開口幅を、第３の観点の大きさとすることができる。
また、第４の観点によれば、膜は、ケイ素と酸素とを骨格とするケイ素化合物を含む。第１の観点において、具体的には、第４の観点の構成を採用することができる。さらに、これによれば、膜中のＳｉと本体中の原子とが化学結合する。このため、膜を本体に強固に接着させることができる。
また、第５の観点によれば、ケイ素化合物は、撥水基を有する。これによれば、撥水基によって膜に付着した液体の水をはじくことができる。このため、膜に付着した液体の水の膜の通過を抑制することができる。
また、第６の観点によれば、ケイ素化合物は、撥水基としてのフルオロアルキル基を有するフルオロアルキルシランである。第５の観点において、撥水基を有するケイ素化合物として、具体的には、フルオロアルキルシランを用いることができる。
また、請求項７の観点によれば、フルオロアルキル基は、ＣＦ３（ＣＦ２）５（ＣＨ２）２である。膜の厚さは、１５ｎｍ以上４３ｎｍ以下である。
これによれば、吸着剤の１０年後の劣化率を３％以内にすることができる。さらに、膜が形成されていない場合と比較した吸着速度の低下率を１０％以内にすることができる。
また、第８の観点によれば、フルオロアルキルシランにおけるケイ素に対するフッ素の原子数比は、０．１３以上７．８以下である。これによれば、膜に撥水性を持たせることができる。
また、第９の観点によれば、吸着器は、第１の観点ないし第８の観点のいずれか１つに記載の吸着剤を備える。吸着器が、第１の観点ないし第８の観点のいずれか１つに記載の吸着剤を備えることで、第１−第８の観点のそれぞれの効果が得られる。
３ 本体
４ 膜
４ａ 膜の細孔
１１ ＳｉＯ骨格
１２ フルオロアルキル基
１３ フルオロアルキルシラン
４ 膜
４ａ 膜の細孔
１１ ＳｉＯ骨格
１２ フルオロアルキル基
１３ フルオロアルキルシラン
Claims (5)
- 水蒸気を吸着する吸着剤であって、
水蒸気を吸着する本体（３）と、
前記本体の表面に形成された膜（４）とを備え、
前記本体は、Ｓｉを含む結晶構造を持つゼオライトで構成されており、
前記膜は、水蒸気の前記膜の通過を可能とし、液体の水の前記膜の通過を抑制する性質を有し、
前記膜は、ケイ素と酸素とを骨格とするとともに、撥水基（１２）を有するケイ素化合物（１３）を含み、
前記ケイ素化合物は、前記撥水基としてのフルオロアルキル基（１２）を有するフルオロアルキルシラン（１３）であり、
前記フルオロアルキル基は、ＣＦ ３ （ＣＦ ２ ） ５ （ＣＨ ２ ） ２ であり、
前記膜の厚さは、１５ｎｍ以上４３ｎｍ以下である吸着剤。 - 前記フルオロアルキルシランにおけるケイ素に対するフッ素の原子数比は、０．１３以上７．８以下である請求項１に記載の吸着剤。
- 前記膜に、前記膜の本体側の表面から前記膜の反本体側の表面まで貫通する複数の孔（４ａ）が形成されており、
前記複数の孔の少なくとも一部は、水蒸気の通過が可能であり、液体の水の通過が不可能な大きさである請求項１または２に記載の吸着剤。 - 前記複数の孔の少なくとも一部の孔の最大開口幅（Ｌ４ａ）は、０．２６ｎｍ以上０．６４ｎｍ以下である請求項３に記載の吸着剤。
- 請求項１ないし４のいずれか１つに記載の前記吸着剤を備える吸着器。
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