合成ゼオライト・モレキュラーシーブス

合成ゼオライト(またはモレキュラーシーブス)は、化学組成・結晶構造・吸着特性などの違いにより様々な種類が知られています。それぞれの製品の特性を下記に示します。使用目的に合わせお選び下さい^{※1, 2}。

合成ゼオライト

モレキュラーシーブス

※1 品名の3AやA-3、F-9の数字は細孔径(単位Å)を示しています(13Xのみ10Å)。細孔径は数字の順に大きくなります。
　　例えば、3Aに吸着される分子は4A、5A、13X全てに吸着されます。
※2 モレキュラシーブスには、各種類にそれぞれ直径が1/8(inch)と1/16(inch)のタイプがあります。

合成ゼオライトHSシリーズ

HSシリーズはシリカ/アルミナ比が高い(5以上)の疎水性合成ゼオライトです。シリカ/アルミナ比はその比率によって吸着能(親水性)が変化します。シリカ/アルミナ比が高くなると、結晶格子内に存在する金属カチオンの比率が減少することなどによって、水のような極性物質に対する親和性が弱くなり、非極性物質をより強く吸着するようになります。そのため、シリカ/アルミナ比が高いHSシリーズは、揮発性有機化合物(VOC：Volatile Organic Compounds)の除去や脱臭用途に適しています。また、極性物質との親和性が弱くなるため、親水性の合成ゼオライトより低温で水分を脱着する事ができます。

合成ゼオライトの触媒能は、結晶形(L型・Y型・モルデナイト・フェリエライト)、シリカ/アルミナ比、カチオン種によって変化します。合成ゼオライトの固体触媒作用は、一般的に、反応成分を吸着して細孔空間に触媒反応場をつくり出し、触媒反応に有利な状態に活性化する機構からなります。HSシリーズでは、様々な結晶形、細孔径、シリカ/アルミナ比、金属カチオン種の製品を取り揃えております。用途に合わせてご使用ください。

HSシリーズ^※3

※3　表の値は参考値であり、製品を保証するものではありません。
※4　ゼオライト細孔内に入った分子は、カチオンとの静電相互作用によって吸着しています。一般的には、カチオンの大きさが小さく、価数が大きいカチオンほど静電引力が大きくなる性質があり、極性が大きい分子ほど、強く、多く吸着されます。

1. 計算量の3～4倍くらいの合成ゼオライト(またはモレキュラーシーブス)を溶媒に添加します^{※1, 2}。
2. 時々、揺り動かして24時間放置します。
3. 早いもので1時間、乾燥しにくいものでは数日で乾燥が完了します^※3。

※1 吸湿容量は、合成ゼオライトの自重の約25％です。
※2 最大吸湿容量や計算量の倍数値は、書物によっても異なりますので、およその目安となります。
※3 対象とする吸着物質により乾燥時間は異なりますので、調整してください。

例）99.5 vol％(残り0.5％を水分と仮定)エタノール18 Lを乾燥させる場合

水の比重は1.0なので、18 L中に水分は90 gあることになります(計算式18 L x 0.005 (0.5%) x 1.0 = 0.09 kg (=90 g))。合成ゼオライトが自重の25％吸湿すると考えると、乾燥に必要な量は最低360 gとなります(計算式：90 g ÷ 0.25 (25％) = 360 g)。この計算量に3～4倍の量を添加することになります。よって、約1,500 g の合成ゼオライトを添加します。

1. まず風乾させて表面に付着した溶媒を除去します^※4。
2. 150～180℃で2,3時間加熱^※5します。この場合3～5%の水が残りますが、通常の使用には差し支えありません。
3. さらに厳密な乾燥を必要とする場合や、乾燥しにくい極性溶媒などに用いる時は、真空中(10^-1～10^-3 mmHg)または乾燥ガス気流下で、300～350℃に加熱^※5し、3,4時間乾燥します。
4. 乾燥後は注意してデシケーター内で冷却し、密栓して保存します。

※4 表面に溶媒が残っていると加熱処理の際引火する恐れがあります。
※5 700℃以上では分解しますので加熱時はご注意ください。

合成ゼオライト(またはモレキュラーシーブス)の吸着特性

(1)吸着特性の原理

合成ゼオライトの特異な吸着特性は、ファンデルワールス力による物理吸着と結晶の中に存在する金属カチオンの静電引力による吸着とが相まって強められます。その結晶格子は水分等の被吸着物質を脱着した際にも崩壊したり潮解することがありません。

(2)分子サイズによらない吸着

合成ゼオライトの外部表面積は全表面積の約1%です。細孔内部に入り込めない大きな分子が外部表面に吸着する量は、普通、担体重量の0.2～1.0 wt%程度です。

(3)被吸着成分の選択性

合成ゼオライトは、分子の大きさや形状の違いによって分離するだけでなく、極性や不飽和度の違いによっても選択的に吸着します。これは主に結晶格子内に存在する金属カチオンに起因するものです。細孔に入りうるような多成分系では、より揮発性、分極性が強く、不飽和度の高い分子ほど吸着されます。例えば、合成ゼオライトは二酸化炭素を強く吸着します。これは二酸化炭素分子が金属カチオンの強力な正電荷を受けて分極し、吸着されるためです。従って、分子の不飽和度が高いほど、大きい極性を生じるので、オレフィン・アセチレン・飽和炭化水素中の不飽和物・芳香族等を効率よく分離することができます。

合成ゼオライト(またはモレキュラーシーブス)を使用する利点

(1)非常に低い水分濃度まで乾燥が可能

幅広い操作条件のもとで、水分濃度を0.1ppm以下まで下げることが可能です。シリカゲルや活性アルミナではここまで乾燥することはできません。

(2)高温でも乾燥が可能

合成ゼオライトは、高温において流体を乾燥できる唯一の乾燥剤です。100℃で13 wt%以上の吸着能力をもち、200℃でも3 wt%の水を吸着する能力を有しています。これに対してシリカゲルや活性アルミナは、25℃以上では急激に能力を失い、150℃以上ではほとんど水分を吸着しません。

(3)高選択性

シリカゲルや活性アルミナは細孔径分布が非常に広いので、吸着したい物質以外に必要な成分までも吸着してしまいます。合成ゼオライトの場合、細孔径が0.1 nm (1Å)レベルで制御されていますので、用途に応じて種類(細孔径)を選択することによって、必要な成分を吸着することなく不純物のみを吸着除去することができます。