「ゼオライトの特徴と利用法」


世の中にはゼオライトと呼ばれるものがありま す。
私は聞いたことがあるような無いような良く分からない素材です。
何気に隣の〇崎研で研究していることに驚きでした。
今日はそんなゼオライトについて調べました。

ゼオライトには天然物人工物があります。

天然ゼオライト
火山岩が凝固してできた鉱物で、
その種類は成分や結晶構造の違いによって数十種類もあります。
主な成分はシリカ(二酸化ケイ素)とアルミナ(酸化アルミニウム)です。
加熱したり減圧したりすると結晶構造の隙間に入っている水が蒸発して、
沸き上がるように見えるため、
ギリシャ語で「沸騰する(Zeo)石(Lite)」と呼ばれたらしいです。

人工ゼオライト
作り方は様々で、種類も多く存在します。
ある場所では石炭火力発電所で発生する
石炭灰を使用していました。
石炭灰の成分はシリカとアルミナが約8割を占め、
この石炭灰を苛性ソーダなどとともに高温、高圧で
化学処理することにより、
規則正しい化学構造をもつ人工ゼオライトが作られます。
配合や反応条件を調整することにより
天然ゼオライトより高性能な人工ゼオライトを
造ることができます。


では、このゼオライトですがどのようなことが出来るのでしょう?

ゼオライトの特徴は大きく分けて
 ・吸 着機能
 ・イオン交換機能


この二つの特徴から主な使用法として
 「吸着機能」・・・防臭、除湿、アンモニアガス吸着、リン除去、窒素除去
 「イオン交換機能」・・・硬水の軟水化

では、なぜこのような事ができるのでしょうか?
はじめに吸着機能の原理について説明します。

「吸着機能の原理」
ゼオライトの表面は肉眼では見えませんが
スポンジのように無数の穴をもつ多孔質構造で、
1gの人工ゼオライトは50m2以上の表面積を持っています。
そのため、この隙間に吸着させることで除去が出来ます。
同じようなものに活性炭がありますが
私の調べたところによると
天然ゼオライトが一袋(20kg)で4000円でしたので
活性炭よりは経済的であるといえると思います。

「イオン交換機能の原理」

ゼオライトは、上図のように
ケイ素(Si)とアルミニウム(Al)が
酸素(O)を介して結合した構造をしています。
骨格構造中では、アルミニウム(+3価)とケイ素(+4価)が
酸素(-2価)を互いに共有するため、
ケイ素の周りは電気的に中性となり、
アルミニウムの周りは-1価となります。
この負電荷を補償するために、
骨格中に陽イオン(例えばNa+)が必要となります。
イオン交換ではこの陽イオンが他のイオンと入れ替わり
イオン交換といった現象がおきます。
この陽イオンは、他の金属イオン(H+, K+, Ca2+・・・など)と容易に交換でき
陽イオンの種類によって、ゼオライトに機能性をもたせることが可能で す。
そのため、用途によって多くの種類が存在します。

以上が大きな特徴の説明です。

他の特徴として 「触媒能」があります。
この特徴を利用し、メタノールからガソリンを合成することも可能で
Mobilが開発したZSM−5というゼオライトはこれが可能な種類です。

今はこれしか分かりませんでしたが
私の実験にも使えそうだと感じました。

このゼオライトはゼオライト学会というものがありますので
興味がありましたらどうぞ→ゼオライト学会(http: //wwwsoc.nii.ac.jp/zeolite/)

ゼオライトのデータベース→Database of Zeolite Structures(http://www.iza-structure.org/databases/)

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