モレキュラーシーブス

モレキュラーシーブ（Molecular Sieve）とは、ケイ素、アルミニウム、酸素などの金属陽イオンを主成分とし、均一な微細孔を持つ吸着剤または膜材料の一種です。その孔径は一般的な分子サイズと同等であり、その有効孔径に応じて様々な流体分子を選別する。ゼオライト分子ふるいとは、分子ふるい機能を持つ天然および合成の結晶性アルミノケイ酸塩を指す。分子ふるいビーズ、ペレット、乾燥剤粉末など、用途に応じてさまざまな形態で製造されます。 

モレキュラーシーブは、優れた動吸着と分離能力を持つ高性能吸着剤です。モレキュラーシーブは、極低温空気分離、PSA&VPSA酸素発生器、水素精製、天然ガス脱水、エタノール脱水、エチレン脱水、プロピレン脱水、エタノール脱水、冷媒脱水、エアブレイクシステム、断熱ガラスなどの様々な産業で広く使用されています。

ゼオライト分子ふるいは、結晶性ケイ酸塩またはアルミノケイ酸塩であり、シリコ-酸素四面体またはアルミノ-酸素四面体が酸素橋によって連結され、分子サイズの細孔と空隙を形成する。空洞系で、分子をふるい分ける性質がある。しかし、ゼオライト分子ふるいの合成と応用に関する詳細な研究により、研究者はホスホアルミネートゼオライト分子ふるいを発見し、ゼオライト分子ふるいの骨格元素（ケイ素またはアルミニウムまたはリン）は、B、Ga、Fe、Cr、Ge、I、V、Mn、Co、Zn、Be、Cuなどでも構成することができ、細孔と空洞のサイズは2nm以上に達することができます。したがって、ゼオライト分子ふるいは、骨格元素の組成によって、ケイ素-アルミニウムゼオライト分子ふるい、リン-アルミニウムゼオライト分子ふるい、骨格ヘテロ原子ゼオライト分子ふるいなどに分けられる。

流路サイズで分けると、流路サイズが2 nm未満、2～50 nm、50 nm以上のゼオライトモレキュラーシーブは、それぞれマイクロポーラス、メソポーラス、マクロポーラスモレキュラーシーブと呼ばれる。細孔径が大きいため、大きなサイズの分子反応に適した担体となるが、メソポーラス材料の細孔壁は非晶質であるため、水熱安定性や熱安定性が石油化学用途で要求される過酷な条件を満たすことができない。

電気量が少なくイオン半径の大きい金属イオンと水が結合した状態で含まれているため、加熱後は水分子が連続的に失われるが、結晶骨格構造は変化せず、同じ大きさの空洞が多数形成され、空洞は多数の直径を持つ。同じ微細孔がつながっている。これらの微小孔は直径が均一で、孔径より小さな分子は孔の内部に吸着し、孔径より大きな分子は反発するため、形状や直径の異なる分子を排除することができる。極性の異なる分子、沸点の異なる分子、飽和度の異なる分子を分離する、つまり分子を「ふるい分ける」機能を持つことから、モレキュラーシーブと呼ばれている。現在、モレキュラーシーブは冶金、化学、電子、石油化学、天然ガスなどの産業で広く使われている。

モレキュラーシーブはアルミノケイ酸塩結晶の一種です。ゼオライトモレキュラーシーブの孔径は均一であるため、分子動力学径がゼオライトモレキュラーシーブのそれよりも小さい場合にのみ、容易に空洞に入り込んで吸着することができます。したがって、ゼオライト分子篩は気体分子と液体分子の篩のようなものです。吸着されるかどうかを決定する分子の大きさに応じて。ゼオライトモレキュラーシーブは、結晶空洞に強い極性を持つため、ゼオライトモレキュラーシーブ表面の極性基を含む分子と相互作用したり、分極性分子の分極を誘導して強い吸着を生じさせることができます。このような極性分子や分極しやすい分子は、極性ゼオライトモレキュラーシーブに吸着されやすく、ゼオライトモレキュラーシーブのもう一つの吸着選択性を反映している。

モレキュラーシーブの再生には、主に加熱高温再生と真空再生の2つの方法があります。吸着は化学変化を起こさないので、表面に集中している分子を追い出そうとさえすれば、ゼオライト分子ふるいは再び吸着能力を持ちます。このプロセスは吸着の逆のプロセスであり、活性化、または脱着、再生と呼ばれます。モレキュラーシーブの活性化とは、モレキュラーシーブに吸着した水分などの吸着物を高温加熱や真空引きによってモレキュラーシーブから追い出し、モレキュラーシーブが吸着能力を回復するプロセスを指します。  

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