酸素６員環からなるアルミノホスフェート系ゼオライト吸着剤及びその製造方法並びにその用途
【課題】水の有効吸着量が大きく、且つ優れた耐久性を持つ、ヒートポンプ用、デシカント空調用、湿度調節壁材用、湿度調節シート用の吸着剤を提供する。
【解決手段】骨格を構成する元素として少なくともＡｌとＰを含み、且つ、細孔が径２．０から３．０オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライト、特にゼオライトがＳＯＤ構造またはＡＳＴ構造からなる吸着剤を用いる。当該吸着剤はＥＲＩ構造のゼオライトを相転移させて製造した針状又は柱状のゼオライトを用いることが好ましい。本発明の吸着剤はヒートポンプ用、特にデシカント空調、湿度調節壁材、及び、湿度調節シート用の吸着剤として優れる。
【解決手段】骨格を構成する元素として少なくともＡｌとＰを含み、且つ、細孔が径２．０から３．０オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライト、特にゼオライトがＳＯＤ構造またはＡＳＴ構造からなる吸着剤を用いる。当該吸着剤はＥＲＩ構造のゼオライトを相転移させて製造した針状又は柱状のゼオライトを用いることが好ましい。本発明の吸着剤はヒートポンプ用、特にデシカント空調、湿度調節壁材、及び、湿度調節シート用の吸着剤として優れる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ、デシカント空調、湿度調節壁材、湿度調節シート用の吸着剤として有用なアルミノホスフェート系ゼオライト、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミノホスフェート系ゼオライト吸着剤を用いたヒートポンプとしては、細孔径が３Å以上（細孔入り口が酸素８員環以上と実質的に同義）で細孔が２次元以上に繋がっている構造のゼオライトが数多く提案されている。
【０００３】
例えば、ＳＡＰＯ−３４（ＣＨＡ構造；細孔径３．８×３．８オングストロームの酸素８員環を持つ；細孔は３次元）、ＡＬＰＯ−３４（ＣＨＡ構造；細孔径３．８×３．８オングストロームの酸素８員環を持つ；細孔は３次元）、ＡＬＰＯ−１８（ＡＥＩ構造；細孔径３．８×３．８オングストロームの酸素８員環を持つ；細孔は３次元）などが例示されている（特許文献１，２参照。）。しかし、これらのゼオライトは、細孔径が３オングストローム以上と大きいため安定性が低く、耐久性も低いものであった。なお、細孔径が３オングストローム以上で細孔が１次元のゼオライトとして、ＡＬＰＯ−５（ＡＦＩ構造）が提案されているが、高い相対湿度で吸着量が大きく変化するため、ヒートポンプ用吸着剤としては適していない（特許文献２）。これは、ＡＬＰＯ−５の細孔径が７．３×７．３オングストロームと大きすぎるのが原因と考えられる。
【０００４】
また、特許文献２において、「２５℃で測定した水蒸気吸着等温線において、相対蒸気圧０．０５以上、０．３０以下の範囲で相対蒸気圧が０．１５変化したときに水の吸着量変化が０．１８ｇ／ｇ以上の相対蒸気圧域を有する吸着材からなる吸着ヒートポンプ用吸着材」が提案されているが、実施例はＳＡＰＯ−３４が示されているのみであった。
【０００５】
更に、アルミニウムとリンと鉄を含むゼオライトからなるヒートポンプ用吸着剤について、特許文献３、４の中で、数多くのアルミノホスフェート系ゼオライトの構造が記載されているが、細孔径と耐久性との関連性について検討されていなかった。
【０００６】
これまで、開放式ヒートポンプとも呼ばれるデシカント空調機は、吸着剤として一般にシリカゲルが用いられている。アルミノホスフェート系ゼオライト吸着剤を用いた開放式ヒートポンプとしては、特許文献５において、ＡＬＰＯ−５（細孔径７．３×７．３オングストロームの酸素１２員環を持つ）が例示されているが、高い相対湿度で吸着量が大きく変化するため、ヒートポンプと同様に利用し難く、デシカント空調用としても実用的な価値はまだ十分ではなかった。
【０００７】
湿度調節壁材および湿度調節シートは、自律的調湿機能を持つ吸着剤が用いられ、特許文献６ではアルミノケイ酸塩の多孔質材などが提案されているが、やはり性能、耐久性が十分とは言えなかった。
【０００８】
以上、細孔径が３オングストローム以上（細孔入り口が酸素８員環以上と実質的に同義）で細孔が２次元以上に繋がっているアルミノホスフェート系ゼオライト吸着剤は構造の安定性が低いため、ヒートポンプ用、デシカント空調用、湿度調節壁材用、湿度調節シート用の吸着剤としての耐久性が低く、実用的な価値が不十分であった。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３７２３３２号公報
【特許文献２】特開２００３−１１４０６７号公報
【特許文献３】特開２００４−１３６２６９号公報（７頁４３行−４９行）
【特許文献４】特開２００５−２０５３３１号公報（８頁３７行−４２行）
【特許文献５】特開平１１−１３７９４７号公報（第２１段３９行−４１行）
【特許文献６】特開平９−２９４９３１号公報（第２段２行−７行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、従来技術の問題点を解決するために、水の有効吸着量が大きく、且つ優れた耐久性を持つ、ヒートポンプ用、デシカント空調用、湿度調節壁材用、湿度調節シート用の吸着剤及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは従来技術の問題点を解決するために、アルミノホスフェート系ゼオライトの構造、組成、および水分吸着・脱離特性、サイクル試験による耐久性について鋭意検討を重ねた結果、水の有効吸着量が大きく、且つ優れた耐久性を持つゼオライトとして、アルミノホスフェート系ゼオライトの中から、骨格を構成する元素として少なくともＡｌとＰを含み、且つ、細孔が径２．０から３．０オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライト、例えば特に少なくともＡｌとＰを含んだＳＯＤ構造のゼオライトは水の有効吸着量が大きく、且つ優れた耐久性を持つことを見出し、これらの吸着剤はヒートポンプ用、特にデシカント空調用、湿度調節壁材用、湿度調節シート用の吸着剤として有用である事を見出し、本願発明を完成した。
【００１２】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
本発明のゼオライトは、骨格を構成する元素として少なくともＡｌとＰを含み、且つ、細孔が径２．０から３．０オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライトである。
【００１４】
当該ゼオライトの例として、ＳＯＤ構造を有するゼオライト及びＡＳＴ構造を有するゼオライトが挙げられる。
【００１５】
本発明では、骨格を構成する元素とは、酸素以外でゼオライト骨格を構築している元素のことを呼び、いわゆる交換カチオンや担持成分は含まない。
【００１６】
本発明のゼオライトは、骨格を構成する元素として少なくともＡｌとＰを含むことが必須である。少なくともＡｌとＰを含むことにより、水などの吸着質の有効吸着量が大きくなるという吸着剤として優れた特性が発現する。ＡｌとＰ以外の元素が含まれても良く、含まれている場合の元素の種類も特に限定されない。例えば、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅなどが例示できる。これらの中で、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｂ、Ｇａ、Ｇｅが耐久性の点から好ましく、Ｓｉが最も好ましい。これらの元素は、単独で含まれても良いし、２種以上の元素が同時に含まれても良い。
【００１７】
また、ＡｌとＰ以外の元素の量は特に限定されないが、ＡｌとＰ以外の元素をＭとすると、Ｍの割合（Ｍ／（Ａｌ＋Ｐ＋Ｍ）のモル比）として、０．４以下が例示できる。Ｍの割合は、大きいほど水の有効吸着量が小さくなるため、０．２以下が好ましく、特に０．１以下が好ましく、０つまりＡｌとＰ以外の元素を含まないものが最も好ましい。
【００１８】
本発明のゼオライトは、細孔が径２．０から３．０オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造である。
【００１９】
本発明において、細孔径は、細孔の形状が円状の場合には直径、楕円状の場合には長径と短径の平均と定義する。また、複数の細孔をもつゼオライトの場合には、その中で最も大きな細孔の径を細孔径とする。
【００２０】
本発明のゼオライトの「骨格を構成する元素として少なくともＡｌとＰを含み、且つ、細孔が径２．０から３．０オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライト」である好適な例として、ＳＯＤ構造を有するゼオライトが挙げられる。ＳＯＤ構造は、刊行物（「ＡＴＬＡＳ ＯＦ ＺＥＯＬＩＴＥ ＦＲＡＭＥＷＯＲＫ ＴＹＰＥＳ（第５改訂版）」、ｐ．２５４〜２５５、発行所：ＥＬＳＥＶＩＥＲ、発行年：２００１）に記載せれた構造として規定されている。
【００２１】
ＡｌとＰからなるＳＯＤ構造のゼオライトは、ＡＬＰＯ−ＳＯＤまたはＡＬＰＯ−２０と呼ばれ、ＡｌとＰとＳｉからなるＳＯＤ構造のゼオライトは、ＳＡＰＯ−２０と呼ばれている。
【００２２】
ＳＯＤ構造は、細孔が径２．２×２．２オングストロームの酸素６員環からなり、３オングストローム以下である（「ＺＥＯＬＩＴＥ ＭＯＬＥＣＵＬＡＲ ＳＩＥＶＥＳ」 著者：Ｄ．Ｗ．Ｂｒｅｃｋ、ｐ．１５５、発行所：ＫＲＩＮＧＥＲ ＰＵＢＬＩＳＨＩＮＧ ＣＯＭＰＡＮＹ、発行年：１９８４）。そのため、ＳＯＤ構造は安定性が高いと考えられ、ヒートポンプ用、デシカント空調用、湿度調節壁材用、湿度調節シート用の吸着剤としての耐久性も高くなる。
【００２３】
一方、その他のアルミノホスフェート系ゼオライトであり、酸素８員環以上の大きな環を持つＡＬＰＯ−３４（ＣＨＡ構造；細孔径３．８×３．８オングストロームの酸素８員環を持つ）、ＡＬＰＯ−１８（ＡＥＩ構造；細孔径３．８×３．８オングストロームの酸素８員環を持つ）では安定性が低く、耐久性も低い。
【００２４】
アルミノホスフェート系ゼオライトの中から、本発明のゼオライトのその他の好適な例として、ＡＳＴ構造を有するゼオライトを挙げる事ができる。このゼオライトは、刊行物（「ＡＴＬＡＳ ＯＦ ＺＥＯＬＩＴＥ ＦＲＡＭＥＷＯＲＫ ＴＹＰＥＳ（第５改訂版）」、ｐ．５８〜５９、発行所：ＥＬＳＥＶＩＥＲ、発行年：２００１）に記載されている。ＡＳＴ構造は、細孔が径２．２×２．２オングストローム程度の酸素６員環からなる３次元構造である。
【００２５】
ＡｌとＰからなるＡＳＴ構造のゼオライトは、ＡＬＰＯ−１６と呼ばれ、ＡｌとＰとＳｉからなるＡＳＴ構造のゼオライトは、ＳＡＰＯ−１６と呼ばれている。
【００２６】
本発明のゼオライトの結晶の形状は特に限定されない。例えば、球状、立方体状、板状、針状、柱状などが例示できる。これらの形状の中では、結晶間の空隙が大きく、水などの吸着質の吸脱着速度が速くなるため、針状および柱状が好ましい。
【００２７】
本発明のゼオライトの結晶の粒子径としては、特に限定されないが、０．０１μｍ〜１００μｍが例示でき、０．１μｍ〜１０μｍが好ましい。０．１μｍより小さいと安定性が低くなり、１０μｍより大きいと結晶内の拡散速度が遅くなるため好ましくない。
【００２８】
本発明のゼオライトの製造方法は特に限定されないが、例えば本発明のゼオライトの１種であるＳＯＤ構造を有するゼオライトは、直接合成のほかに、ＥＲＩ構造のゼオライトを相転移させて製造することが出来る。ＥＲＩ構造を相転移させて得られるＳＯＤ構造のゼオライトは、結晶の形状が針状又は柱状のゼオライトとなるため特に好ましい。
【００２９】
ＥＲＩ構造のゼオライトを合成する方法は限定されないが、特公平１−５７０４１の実施例４２〜４４および特公平３−７２０１０の実施例２５〜２６で示された有機ＳＤＡとしてキヌクリジン、ネオペンチルアミン、シクロヘキシルアミン、ピペリジンを用いた方法が例示できる。これらの中で、シクロヘキシルアミンを有機ＳＤＡ（Ｓｔｒｕｓｔｕｒｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｎｇ Ａｇｅｎｔ；構造規定材，構造指向材）として用いる方法が、安価なため好ましい。
【００３０】
ＥＲＩ構造のゼオライトをＳＯＤ構造へ相転移させる方法としては、窒素若しくは空気中での熱処理、または塩酸若しくは硫酸などの酸との接触による処理により有機ＳＤＡを取り除いたＥＲＩ構造のゼオライトを水熱処理することが例示できる。
【００３１】
水熱処理の方法としては、水の吸脱着の繰り返し処理が例示できる。例えば、ＥＲＩ構造のゼオライトを相対湿度の高いガスと接触させ（吸着）、次いで、相対湿度の低いガスと接触またはゼオライトの温度を高くすること（脱着）を繰り返すことによりＳＯＤ構造へ相転移させることができる。
【００３２】
ＥＲＩ構造のゼオライトを相転移させて得られるＳＯＤ結晶は、針状および柱状となる。ＳＯＤ構造は立方晶のため、その結晶形状は、通常の合成方法では、針状および柱状には成りえなく、立方体状、球状などになる。針状および柱状結晶はその形状のため、結晶間の空隙が大きくなり、水などの吸着質の吸脱着速度が速くなるという優れた効果が期待される。
【００３３】
一方、ＳＯＤ構造のゼオライトを直接合成する方法としては、有機ＳＤＡとして、ＴＭＡＯＨ（テトラメチルアンモニウム水酸化物）を用いる方法、ＴＭＡＯＨとＴＰＡＯＨ（テトラプロピルアンモニウム水酸化物）の混合液を用いる方法、ＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）を用いる方法が例示できる。これらの中で、ＴＭＡＯＨまたはＤＭＦを有機ＳＤＡとして用いる方法が、安価なため好ましい。
【００３４】
アルミニウム源、リン源、上に示した有機ＳＤＡ、水、およびＡｌとＰ以外の元素を含む場合にはその元素の化合物、また場合によってはフッ酸、塩酸などの酸を均一混合し、所定の温度で所定時間保持することによりＳＯＤ構造のゼオライトを合成することができる。アルミニウム源としては、擬ベーマイト、リン源としてリン酸が例示でき、温度は８０〜２００℃、時間は１２〜２４０時間が例示できる。
【００３５】
ＳＯＤ構造のゼオライトから有機ＳＤＡを取り除く方法としては、窒素若しくは空気中での熱処理、又は塩酸若しくは硫酸などの酸との接触による処理が例示できる。
【００３６】
また、本発明のゼオライトの１種であるＡＳＴ構造を有するゼオライトは、キヌクリジンを有機ＳＤＡとして合成することができる。
【００３７】
アルミニウム源、リン源、キヌクリジン、水、およびＡｌとＰ以外の元素を含む場合にはその元素の化合物、また場合によってはフッ酸、塩酸などの酸を均一混合し、所定の温度で所定時間保持することによりＡＳＴ構造のゼオライトを合成することができる。アルミニウム源としては、擬ベーマイト、リン源としてリン酸が例示でき、温度は８０〜２００℃、時間は１２〜２４０時間が例示できる。
【００３８】
本発明のゼオライトからなる吸着剤は、主成分がゼオライトの吸着剤のことである。ゼオライトは、粉末のまま用いても良いし、粉末スラリーをハニカムローターなどに適切な方法でコーティングしたものであっても良い。ゼオライト粉末に適切な量のバインダや成形助剤を混合して粒状成形体としても良い。また、他の材料と一体成型しても良く、紙又は樹脂に混合することによりシート状にして良い。
【００３９】
粒状成形体の形状は特に限定されず、使用されるシステムの容器の大きさや充填密度を考慮して形状、大きさが選択される。この際に使用されるバインダは特に限定されないが、熱交換を効率的に行うために、熱伝導度を上げる工夫をすることが好ましい。バインダの添加量が多くなると、それに伴い、吸着剤の重量および体積あたりの吸着量が低下する。したがって、バインダの混合比は少ない程よいが、使用条件に耐えうる強度を持つように調整することが好ましい。
【００４０】
粒状成形体はバインダレス成形体でもよい。バインダレス成形体は通常の成形体よりもゼオライト分が多く、粒状成形体単位量あたりの有効吸着量が大きいため更に好適に使用される。
【００４１】
本発明のゼオライトからなる吸着剤は、カーエアコン、燃料電池などの低温排熱を用いたヒートポンプに用いることができる。吸着質としては、蒸発潜熱が大きく安全で安価な水が好ましい。
【００４２】
例えばカーエアコン用のヒートポンプとして用いるときには、排熱は８０〜１００℃、低温熱として３０〜４５℃、生成冷熱として５〜１０℃程度であり、この時、吸着時の相体湿度は９〜２９％、脱着時の相対湿度は５〜２０％に相当する。従って吸着剤は、吸着時と脱着時の相対湿度の中心である１６％付近で吸着量が大きく変化することが望ましい。
【００４３】
本発明で使用されるゼオライトは低い排熱を用いても、高いヒートポンプ性能が保持できる。また、水の吸脱着に対して非常に安定な結晶なため、水分吸着−加熱再生のサイクルを繰り返してもゼオライト構造はほとんど変化せず、有効吸着量の低下もほとんどない。
【００４４】
また、本発明のゼオライトからなる吸着剤は、開放式ヒートポンプとも呼ばれるデシカント空調機用の吸着剤として用いることができる。ゼオライトをコーティングしたハニカムローターに、熱交換器、冷却器、加熱器などを組み合わせることにより、主に除湿を目的とした空調機として使用させる。本発明で使用されるゼオライトは低い加熱温度であっても、ハニカムローターからの水の脱着を十分に行える。
【００４５】
また、本発明のゼオライトからなる吸着剤は、湿度調節壁材、湿度調節シートに用いることができる。湿度の高いときは水を吸着し、湿度が低いときは水を脱着するため、自律的な湿度の調整ができる。本発明のゼオライトからなる吸着剤は、既存のアルミノケイ酸塩などの多孔質材よりも低い湿度（５から３５％）で調節できることが特長である。また相対湿度に対する水の吸着量は、ある相対湿度で急激に変化するため、自律的な湿度の調整機能が大きい。
【発明の効果】
【００４６】
本発明のゼオライトからなる吸着剤は、水の有効吸着量が大きく、且つ優れた耐久性を持つため、ヒートポンプ用、デシカント空調用、湿度調節壁材用、湿度調節シート用の吸着剤として用いることができる。またＥＲＩ構造のゼオライトをＳＯＤ構造へ相転移させる方法により、特に吸脱着速度が速いゼオライト吸着剤を製造することができる。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例を用いて、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４８】
水吸着特性評価はすべて減圧下３５０℃で２時間活性化した後、スプリングバランス法によって２５℃の水分吸着等温線を測定し、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量を求めた。
【００４９】
また、粉末Ｘ線回折はマックサイエンス社製のＭＸＰ３を用いて測定し、走査型電子顕微鏡観察は日本電子製ＪＳＭ−Ｔ２２０Ａを用いて行った。
【００５０】
実施例１
［ＡＬＰＯ−ＥＲＩを相転移させて合成したＡＬＰＯ−ＳＯＤ］
以下の手順で、ＡＬＰＯ−１７（ＡＬＰＯ−ＥＲＩ）を合成した。擬ベーマイト（Ａｌ２Ｏ３＝７４％）：８．６３ｇ、８５％リン酸：１４．４ｇ、シクロヘキシルアミン：６．２０ｇ、水：３７．２ｇを均一に混合し、オートクレーブを用いて、２００℃×１６８時間静置合成した。得られた固形物をろ過後、水で洗浄し、さらに５５０℃×４時間（窒素流通下１時間＋空気流通下３時間）焼成してシクロヘキシルアミンを取り除いた。
【００５１】
次に、乾燥器と水の蒸発器からなる水吸脱着装置（装置Ｎｏ．１）を用いて、吸着：４０℃、相対湿度３８％、脱着：９０℃、相対湿度２％の条件で、ＡＬＰＯ−１７の水吸脱着処理を行った。２００サイクル後の試料を粉末Ｘ線回折で評価したところ、少量のＥＲＩ構造が共存したＳＯＤ構造（細孔が径２．２×２．２オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライト）の生成が確認できた（図１）。走査型電子顕微鏡で結晶の形状を観察したところ、針状結晶であった（図２）。
【００５２】
得られたＡＬＰＯ−ＳＯＤの初期水分吸着等温線を測定したところ、相対湿度１８％で吸着量が大きく変化した。また、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量は、２０．０（ｇ／１００ｇ）であった（図３）。
【００５３】
次に装置Ｎｏ．１の水吸脱着装置を用いて、吸着：４０℃、相対湿度３８％、脱着：９０℃、相対湿度２％を繰り返すサイクル耐久試験を行った。３００サイクル、５００サイクル後の試料を粉末Ｘ線回折で評価したところ、ＳＯＤ構造のみが確認できた。また、得られたＡＬＰＯ−ＳＯＤのサイクル耐久試験後の水分吸着等温線を測定したところ、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量は、３００サイクル：２０．０（ｇ／１００ｇ）、５００サイクル：２１．７（ｇ／１００ｇ）で大きな変化は認められなかった（図３）。
【００５４】
実施例２
［ＡＬＰＯ−ＥＲＩを相転移させて合成したＡＬＰＯ−ＳＯＤ］
実施例１で得られたシクロヘキシルアミン除去後のＡＬＰＯ−１７を、耐圧容器、真空ポンプ、恒温槽からなる水吸脱着装置（装置Ｎｏ．２）を用いて、吸着：９０℃、相対湿度３０％、脱着：９０℃、相対湿度３％を繰り返す水の吸脱着処理を行った。１２００サイクル後の試料を粉末Ｘ線回折で評価したところ、微量のＥＲＩ構造が共存したＳＯＤ構造（細孔が径２．２×２．２オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライト）が確認できた（図４）。また、走査型電子顕微鏡で結晶の形状を観察したところ、針状結晶であった。
【００５５】
得られたＡＬＰＯ−ＳＯＤの初期水分吸着等温線を測定したところ、相対湿度１６％で吸着量が大きく変化した。また、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量は、２３．５（ｇ／１００ｇ）であった（図５）。
【００５６】
実施例３
［ＡＬＰＯ−ＥＲＩを相転移させて合成したＡＬＰＯ−ＳＯＤ］
実施例１で得られたシクロヘキシルアミン除去後のＡＬＰＯ−１７を、マッフル炉、水蒸気ライン、除湿空気ラインからなる水吸脱着装置（装置Ｎｏ．３）を用いて、吸着：１２０℃、相対湿度５０％、脱着：１２０℃、相対湿度５％以下を繰り返す水の吸脱着処理を行った。１００サイクル後の試料を粉末Ｘ線回折で評価したところ、少量のＥＲＩ構造が共存したＳＯＤ構造（細孔が径２．２×２．２オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライト）が確認できた。また、走査型電子顕微鏡で結晶の形状を観察したところ、針状結晶であった。
【００５７】
得られたＡＬＰＯ−ＳＯＤの初期水分吸着等温線を測定したところ、相対湿度１７％で吸着量が大きく変化した。また、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量は、２３．６（ｇ／１００ｇ）であった（図６）。
【００５８】
実施例４，５
［ＳＡＰＯ−ＥＲＩ（Ｓｉ：２，７％）を相転移させて合成したＳＡＰＯ−ＳＯＤ］
まず、以下の手順で、ＳＡＰＯ−１７（ＳＡＰＯ−ＥＲＩ；Ｓｉ：２，７％）を合成した。アルミニウムイソプロポキシド：１７．９ｇ、８５％リン酸：１０．１ｇ、シリカゾル（ＳｉＯ２＝４０％）：０．６６又は１．９７ｇ、シクロヘキシルアミン：４．３４ｇ、４７％フッ酸：１．８６ｇ、水：２８．２又は２７．４ｇを均一に混合し、オートクレーブを用いて、２００℃×２４時間回転合成した。得られた固形物をろ過後、水で洗浄し、さらに５５０℃×４時間（窒素流通下１時間＋空気流通下３時間）焼成してシクロヘキシルアミンを取り除いた。
【００５９】
次に、装置Ｎｏ．２を用いて、吸着：９０℃、相対湿度３０％、脱着：９０℃、相対湿度３％の条件で、ＳＡＰＯ−１７の水吸脱着処理を行った。１２００サイクル後の試料を粉末Ｘ線回折で評価したところ、微量のＥＲＩ構造が共存したＳＯＤ構造（細孔が径２．２×２．２オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライト）が確認できた（図７）。また、走査型電子顕微鏡で結晶の形状を観察したところ、柱状結晶であった（図８，９）。
【００６０】
得られたＳＡＰＯ−ＳＯＤの初期水分吸着等温線を測定したところ、相対湿度１５％で吸着量が大きく変化した。また、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量は、Ｓｉ：２％品で２０．４（ｇ／１００ｇ）、Ｓｉ：７％品で１８．４（ｇ／１００ｇ）であった（図１０）。
【００６１】
実施例６
［ＴＭＡＯＨ＋ＴＰＡＯＨを用いて合成したＡＬＰＯ−ＳＯＤ］
擬ベーマイト（Ａｌ２Ｏ３＝７４％）：９．９５ｇ、８５％リン酸：１６．６ｇ、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド５水和物：６．６３ｇ、４０％テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド：１８．０ｇ、水：４０．３ｇを均一に混合し、２００℃×１６時間でＡＬＰＯ−ＳＯＤを静置合成した。得られたＡＬＰＯ−ＳＯＤを６２０℃×４時間（窒素流通下１時間＋空気流通下３時間）焼成し、有機ＳＤＡを取り除いた。
【００６２】
試料を粉末Ｘ線回折で評価したところ、ＳＯＤ構造（細孔が径２．２×２．２オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライト）が確認でき、また、走査型電子顕微鏡で結晶の形状を観察したところ、球状から立方体状の結晶であった（図１１）。
【００６３】
得られたＡＬＰＯ−ＳＯＤの初期水分吸着等温線を測定したところ、相対湿度１５％で吸着量が大きく変化した。また、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量は、１６．６（ｇ／１００ｇ）であった（図１２）。
【００６４】
比較例１
［ＡＬＰＯ−３４］
特開平９−２９４９３１号公報に基づき、モルホリンを有機ＳＤＡとして、２００℃×２４０時間でＡＬＰＯ−３４を合成した。得られたＡＬＰＯ−３４を５６０℃×７時間（窒素流通下１時間＋空気流通下６時間）焼成し、モルホリンを取り除いた。
【００６５】
試料を粉末Ｘ線回折で評価したところ、ＣＨＡ構造（細孔径３．８×３．８オングストロームの酸素８員環を持つ）が確認できた。
【００６６】
得られたＡＬＰＯ−３４の初期水分吸着等温線を測定したところ、相対湿度６％で吸着量が大きく変化した。また、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量は、２７．９（ｇ／１００ｇ）であった（図１３）。
【００６７】
次に装置Ｎｏ．１の水吸脱着装置を用いて、吸着：４０℃、相対湿度３８％、脱着：９０℃、相対湿度２％を繰り返すサイクル耐久試験を行った。２００サイクル、５００サイクル後の試料を粉末Ｘ線回折で評価したところ、ＣＨＡ構造のみが確認できたが、ピーク強度の低下が認められた。また、得られたＡＬＰＯ−３４のサイクル耐久試験後の水分吸着等温線を測定したところ、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量は、２００サイクル：１９．９（ｇ／１００ｇ）、５００サイクル：１２．０（ｇ／１００ｇ）とサイクル数の増加に従い低下した（図１３）。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施例１で調整したＡＬＰＯ−ＳＯＤの粉末Ｘ線回折図
【図２】実施例１で調整したＡＬＰＯ−ＳＯＤの走査型電子顕微鏡写真
【図３】実施例１で調整したＡＬＰＯ−ＳＯＤの水吸着等温線
【図４】実施例２で調整したＡＬＰＯ−ＳＯＤの粉末Ｘ線回折図
【図５】実施例２で調整したＡＬＰＯ−ＳＯＤの水吸着等温線
【図６】実施例３で調整したＡＬＰＯ−ＳＯＤの水吸着等温線（２５℃）
【図７】実施例４，５で調整したＳＡＰＯ−ＳＯＤの粉末Ｘ線回折図
【図８】実施例４で調整したＳＡＰＯ−ＳＯＤ（Ｓｉ２％）の走査型電子顕微鏡写真
【図９】実施例５で調整したＳＡＰＯ−ＳＯＤ（Ｓｉ７％）の走査型電子顕微鏡写真
【図１０】実施例４，５で調整したＳＡＰＯ−ＳＯＤの水吸着等温線（２５℃）
【図１１】実施例６で調整したＡＬＰＯ−ＳＯＤの走査型電子顕微鏡写真
【図１２】実施例６で調整したＡＬＰＯ−ＳＯＤの水吸着等温線（２５℃）
【図１３】比較例１で調整したＡＬＰＯ−３４の水吸着等温線（２５℃）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ、デシカント空調、湿度調節壁材、湿度調節シート用の吸着剤として有用なアルミノホスフェート系ゼオライト、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミノホスフェート系ゼオライト吸着剤を用いたヒートポンプとしては、細孔径が３Å以上（細孔入り口が酸素８員環以上と実質的に同義）で細孔が２次元以上に繋がっている構造のゼオライトが数多く提案されている。
【０００３】
例えば、ＳＡＰＯ−３４（ＣＨＡ構造；細孔径３．８×３．８オングストロームの酸素８員環を持つ；細孔は３次元）、ＡＬＰＯ−３４（ＣＨＡ構造；細孔径３．８×３．８オングストロームの酸素８員環を持つ；細孔は３次元）、ＡＬＰＯ−１８（ＡＥＩ構造；細孔径３．８×３．８オングストロームの酸素８員環を持つ；細孔は３次元）などが例示されている（特許文献１，２参照。）。しかし、これらのゼオライトは、細孔径が３オングストローム以上と大きいため安定性が低く、耐久性も低いものであった。なお、細孔径が３オングストローム以上で細孔が１次元のゼオライトとして、ＡＬＰＯ−５（ＡＦＩ構造）が提案されているが、高い相対湿度で吸着量が大きく変化するため、ヒートポンプ用吸着剤としては適していない（特許文献２）。これは、ＡＬＰＯ−５の細孔径が７．３×７．３オングストロームと大きすぎるのが原因と考えられる。
【０００４】
また、特許文献２において、「２５℃で測定した水蒸気吸着等温線において、相対蒸気圧０．０５以上、０．３０以下の範囲で相対蒸気圧が０．１５変化したときに水の吸着量変化が０．１８ｇ／ｇ以上の相対蒸気圧域を有する吸着材からなる吸着ヒートポンプ用吸着材」が提案されているが、実施例はＳＡＰＯ−３４が示されているのみであった。
【０００５】
更に、アルミニウムとリンと鉄を含むゼオライトからなるヒートポンプ用吸着剤について、特許文献３、４の中で、数多くのアルミノホスフェート系ゼオライトの構造が記載されているが、細孔径と耐久性との関連性について検討されていなかった。
【０００６】
これまで、開放式ヒートポンプとも呼ばれるデシカント空調機は、吸着剤として一般にシリカゲルが用いられている。アルミノホスフェート系ゼオライト吸着剤を用いた開放式ヒートポンプとしては、特許文献５において、ＡＬＰＯ−５（細孔径７．３×７．３オングストロームの酸素１２員環を持つ）が例示されているが、高い相対湿度で吸着量が大きく変化するため、ヒートポンプと同様に利用し難く、デシカント空調用としても実用的な価値はまだ十分ではなかった。
【０００７】
湿度調節壁材および湿度調節シートは、自律的調湿機能を持つ吸着剤が用いられ、特許文献６ではアルミノケイ酸塩の多孔質材などが提案されているが、やはり性能、耐久性が十分とは言えなかった。
【０００８】
以上、細孔径が３オングストローム以上（細孔入り口が酸素８員環以上と実質的に同義）で細孔が２次元以上に繋がっているアルミノホスフェート系ゼオライト吸着剤は構造の安定性が低いため、ヒートポンプ用、デシカント空調用、湿度調節壁材用、湿度調節シート用の吸着剤としての耐久性が低く、実用的な価値が不十分であった。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３７２３３２号公報
【特許文献２】特開２００３−１１４０６７号公報
【特許文献３】特開２００４−１３６２６９号公報（７頁４３行−４９行）
【特許文献４】特開２００５−２０５３３１号公報（８頁３７行−４２行）
【特許文献５】特開平１１−１３７９４７号公報（第２１段３９行−４１行）
【特許文献６】特開平９−２９４９３１号公報（第２段２行−７行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、従来技術の問題点を解決するために、水の有効吸着量が大きく、且つ優れた耐久性を持つ、ヒートポンプ用、デシカント空調用、湿度調節壁材用、湿度調節シート用の吸着剤及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは従来技術の問題点を解決するために、アルミノホスフェート系ゼオライトの構造、組成、および水分吸着・脱離特性、サイクル試験による耐久性について鋭意検討を重ねた結果、水の有効吸着量が大きく、且つ優れた耐久性を持つゼオライトとして、アルミノホスフェート系ゼオライトの中から、骨格を構成する元素として少なくともＡｌとＰを含み、且つ、細孔が径２．０から３．０オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライト、例えば特に少なくともＡｌとＰを含んだＳＯＤ構造のゼオライトは水の有効吸着量が大きく、且つ優れた耐久性を持つことを見出し、これらの吸着剤はヒートポンプ用、特にデシカント空調用、湿度調節壁材用、湿度調節シート用の吸着剤として有用である事を見出し、本願発明を完成した。
【００１２】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
本発明のゼオライトは、骨格を構成する元素として少なくともＡｌとＰを含み、且つ、細孔が径２．０から３．０オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライトである。
【００１４】
当該ゼオライトの例として、ＳＯＤ構造を有するゼオライト及びＡＳＴ構造を有するゼオライトが挙げられる。
【００１５】
本発明では、骨格を構成する元素とは、酸素以外でゼオライト骨格を構築している元素のことを呼び、いわゆる交換カチオンや担持成分は含まない。
【００１６】
本発明のゼオライトは、骨格を構成する元素として少なくともＡｌとＰを含むことが必須である。少なくともＡｌとＰを含むことにより、水などの吸着質の有効吸着量が大きくなるという吸着剤として優れた特性が発現する。ＡｌとＰ以外の元素が含まれても良く、含まれている場合の元素の種類も特に限定されない。例えば、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅなどが例示できる。これらの中で、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｂ、Ｇａ、Ｇｅが耐久性の点から好ましく、Ｓｉが最も好ましい。これらの元素は、単独で含まれても良いし、２種以上の元素が同時に含まれても良い。
【００１７】
また、ＡｌとＰ以外の元素の量は特に限定されないが、ＡｌとＰ以外の元素をＭとすると、Ｍの割合（Ｍ／（Ａｌ＋Ｐ＋Ｍ）のモル比）として、０．４以下が例示できる。Ｍの割合は、大きいほど水の有効吸着量が小さくなるため、０．２以下が好ましく、特に０．１以下が好ましく、０つまりＡｌとＰ以外の元素を含まないものが最も好ましい。
【００１８】
本発明のゼオライトは、細孔が径２．０から３．０オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造である。
【００１９】
本発明において、細孔径は、細孔の形状が円状の場合には直径、楕円状の場合には長径と短径の平均と定義する。また、複数の細孔をもつゼオライトの場合には、その中で最も大きな細孔の径を細孔径とする。
【００２０】
本発明のゼオライトの「骨格を構成する元素として少なくともＡｌとＰを含み、且つ、細孔が径２．０から３．０オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライト」である好適な例として、ＳＯＤ構造を有するゼオライトが挙げられる。ＳＯＤ構造は、刊行物（「ＡＴＬＡＳ ＯＦ ＺＥＯＬＩＴＥ ＦＲＡＭＥＷＯＲＫ ＴＹＰＥＳ（第５改訂版）」、ｐ．２５４〜２５５、発行所：ＥＬＳＥＶＩＥＲ、発行年：２００１）に記載せれた構造として規定されている。
【００２１】
ＡｌとＰからなるＳＯＤ構造のゼオライトは、ＡＬＰＯ−ＳＯＤまたはＡＬＰＯ−２０と呼ばれ、ＡｌとＰとＳｉからなるＳＯＤ構造のゼオライトは、ＳＡＰＯ−２０と呼ばれている。
【００２２】
ＳＯＤ構造は、細孔が径２．２×２．２オングストロームの酸素６員環からなり、３オングストローム以下である（「ＺＥＯＬＩＴＥ ＭＯＬＥＣＵＬＡＲ ＳＩＥＶＥＳ」 著者：Ｄ．Ｗ．Ｂｒｅｃｋ、ｐ．１５５、発行所：ＫＲＩＮＧＥＲ ＰＵＢＬＩＳＨＩＮＧ ＣＯＭＰＡＮＹ、発行年：１９８４）。そのため、ＳＯＤ構造は安定性が高いと考えられ、ヒートポンプ用、デシカント空調用、湿度調節壁材用、湿度調節シート用の吸着剤としての耐久性も高くなる。
【００２３】
一方、その他のアルミノホスフェート系ゼオライトであり、酸素８員環以上の大きな環を持つＡＬＰＯ−３４（ＣＨＡ構造；細孔径３．８×３．８オングストロームの酸素８員環を持つ）、ＡＬＰＯ−１８（ＡＥＩ構造；細孔径３．８×３．８オングストロームの酸素８員環を持つ）では安定性が低く、耐久性も低い。
【００２４】
アルミノホスフェート系ゼオライトの中から、本発明のゼオライトのその他の好適な例として、ＡＳＴ構造を有するゼオライトを挙げる事ができる。このゼオライトは、刊行物（「ＡＴＬＡＳ ＯＦ ＺＥＯＬＩＴＥ ＦＲＡＭＥＷＯＲＫ ＴＹＰＥＳ（第５改訂版）」、ｐ．５８〜５９、発行所：ＥＬＳＥＶＩＥＲ、発行年：２００１）に記載されている。ＡＳＴ構造は、細孔が径２．２×２．２オングストローム程度の酸素６員環からなる３次元構造である。
【００２５】
ＡｌとＰからなるＡＳＴ構造のゼオライトは、ＡＬＰＯ−１６と呼ばれ、ＡｌとＰとＳｉからなるＡＳＴ構造のゼオライトは、ＳＡＰＯ−１６と呼ばれている。
【００２６】
本発明のゼオライトの結晶の形状は特に限定されない。例えば、球状、立方体状、板状、針状、柱状などが例示できる。これらの形状の中では、結晶間の空隙が大きく、水などの吸着質の吸脱着速度が速くなるため、針状および柱状が好ましい。
【００２７】
本発明のゼオライトの結晶の粒子径としては、特に限定されないが、０．０１μｍ〜１００μｍが例示でき、０．１μｍ〜１０μｍが好ましい。０．１μｍより小さいと安定性が低くなり、１０μｍより大きいと結晶内の拡散速度が遅くなるため好ましくない。
【００２８】
本発明のゼオライトの製造方法は特に限定されないが、例えば本発明のゼオライトの１種であるＳＯＤ構造を有するゼオライトは、直接合成のほかに、ＥＲＩ構造のゼオライトを相転移させて製造することが出来る。ＥＲＩ構造を相転移させて得られるＳＯＤ構造のゼオライトは、結晶の形状が針状又は柱状のゼオライトとなるため特に好ましい。
【００２９】
ＥＲＩ構造のゼオライトを合成する方法は限定されないが、特公平１−５７０４１の実施例４２〜４４および特公平３−７２０１０の実施例２５〜２６で示された有機ＳＤＡとしてキヌクリジン、ネオペンチルアミン、シクロヘキシルアミン、ピペリジンを用いた方法が例示できる。これらの中で、シクロヘキシルアミンを有機ＳＤＡ（Ｓｔｒｕｓｔｕｒｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｎｇ Ａｇｅｎｔ；構造規定材，構造指向材）として用いる方法が、安価なため好ましい。
【００３０】
ＥＲＩ構造のゼオライトをＳＯＤ構造へ相転移させる方法としては、窒素若しくは空気中での熱処理、または塩酸若しくは硫酸などの酸との接触による処理により有機ＳＤＡを取り除いたＥＲＩ構造のゼオライトを水熱処理することが例示できる。
【００３１】
水熱処理の方法としては、水の吸脱着の繰り返し処理が例示できる。例えば、ＥＲＩ構造のゼオライトを相対湿度の高いガスと接触させ（吸着）、次いで、相対湿度の低いガスと接触またはゼオライトの温度を高くすること（脱着）を繰り返すことによりＳＯＤ構造へ相転移させることができる。
【００３２】
ＥＲＩ構造のゼオライトを相転移させて得られるＳＯＤ結晶は、針状および柱状となる。ＳＯＤ構造は立方晶のため、その結晶形状は、通常の合成方法では、針状および柱状には成りえなく、立方体状、球状などになる。針状および柱状結晶はその形状のため、結晶間の空隙が大きくなり、水などの吸着質の吸脱着速度が速くなるという優れた効果が期待される。
【００３３】
一方、ＳＯＤ構造のゼオライトを直接合成する方法としては、有機ＳＤＡとして、ＴＭＡＯＨ（テトラメチルアンモニウム水酸化物）を用いる方法、ＴＭＡＯＨとＴＰＡＯＨ（テトラプロピルアンモニウム水酸化物）の混合液を用いる方法、ＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）を用いる方法が例示できる。これらの中で、ＴＭＡＯＨまたはＤＭＦを有機ＳＤＡとして用いる方法が、安価なため好ましい。
【００３４】
アルミニウム源、リン源、上に示した有機ＳＤＡ、水、およびＡｌとＰ以外の元素を含む場合にはその元素の化合物、また場合によってはフッ酸、塩酸などの酸を均一混合し、所定の温度で所定時間保持することによりＳＯＤ構造のゼオライトを合成することができる。アルミニウム源としては、擬ベーマイト、リン源としてリン酸が例示でき、温度は８０〜２００℃、時間は１２〜２４０時間が例示できる。
【００３５】
ＳＯＤ構造のゼオライトから有機ＳＤＡを取り除く方法としては、窒素若しくは空気中での熱処理、又は塩酸若しくは硫酸などの酸との接触による処理が例示できる。
【００３６】
また、本発明のゼオライトの１種であるＡＳＴ構造を有するゼオライトは、キヌクリジンを有機ＳＤＡとして合成することができる。
【００３７】
アルミニウム源、リン源、キヌクリジン、水、およびＡｌとＰ以外の元素を含む場合にはその元素の化合物、また場合によってはフッ酸、塩酸などの酸を均一混合し、所定の温度で所定時間保持することによりＡＳＴ構造のゼオライトを合成することができる。アルミニウム源としては、擬ベーマイト、リン源としてリン酸が例示でき、温度は８０〜２００℃、時間は１２〜２４０時間が例示できる。
【００３８】
本発明のゼオライトからなる吸着剤は、主成分がゼオライトの吸着剤のことである。ゼオライトは、粉末のまま用いても良いし、粉末スラリーをハニカムローターなどに適切な方法でコーティングしたものであっても良い。ゼオライト粉末に適切な量のバインダや成形助剤を混合して粒状成形体としても良い。また、他の材料と一体成型しても良く、紙又は樹脂に混合することによりシート状にして良い。
【００３９】
粒状成形体の形状は特に限定されず、使用されるシステムの容器の大きさや充填密度を考慮して形状、大きさが選択される。この際に使用されるバインダは特に限定されないが、熱交換を効率的に行うために、熱伝導度を上げる工夫をすることが好ましい。バインダの添加量が多くなると、それに伴い、吸着剤の重量および体積あたりの吸着量が低下する。したがって、バインダの混合比は少ない程よいが、使用条件に耐えうる強度を持つように調整することが好ましい。
【００４０】
粒状成形体はバインダレス成形体でもよい。バインダレス成形体は通常の成形体よりもゼオライト分が多く、粒状成形体単位量あたりの有効吸着量が大きいため更に好適に使用される。
【００４１】
本発明のゼオライトからなる吸着剤は、カーエアコン、燃料電池などの低温排熱を用いたヒートポンプに用いることができる。吸着質としては、蒸発潜熱が大きく安全で安価な水が好ましい。
【００４２】
例えばカーエアコン用のヒートポンプとして用いるときには、排熱は８０〜１００℃、低温熱として３０〜４５℃、生成冷熱として５〜１０℃程度であり、この時、吸着時の相体湿度は９〜２９％、脱着時の相対湿度は５〜２０％に相当する。従って吸着剤は、吸着時と脱着時の相対湿度の中心である１６％付近で吸着量が大きく変化することが望ましい。
【００４３】
本発明で使用されるゼオライトは低い排熱を用いても、高いヒートポンプ性能が保持できる。また、水の吸脱着に対して非常に安定な結晶なため、水分吸着−加熱再生のサイクルを繰り返してもゼオライト構造はほとんど変化せず、有効吸着量の低下もほとんどない。
【００４４】
また、本発明のゼオライトからなる吸着剤は、開放式ヒートポンプとも呼ばれるデシカント空調機用の吸着剤として用いることができる。ゼオライトをコーティングしたハニカムローターに、熱交換器、冷却器、加熱器などを組み合わせることにより、主に除湿を目的とした空調機として使用させる。本発明で使用されるゼオライトは低い加熱温度であっても、ハニカムローターからの水の脱着を十分に行える。
【００４５】
また、本発明のゼオライトからなる吸着剤は、湿度調節壁材、湿度調節シートに用いることができる。湿度の高いときは水を吸着し、湿度が低いときは水を脱着するため、自律的な湿度の調整ができる。本発明のゼオライトからなる吸着剤は、既存のアルミノケイ酸塩などの多孔質材よりも低い湿度（５から３５％）で調節できることが特長である。また相対湿度に対する水の吸着量は、ある相対湿度で急激に変化するため、自律的な湿度の調整機能が大きい。
【発明の効果】
【００４６】
本発明のゼオライトからなる吸着剤は、水の有効吸着量が大きく、且つ優れた耐久性を持つため、ヒートポンプ用、デシカント空調用、湿度調節壁材用、湿度調節シート用の吸着剤として用いることができる。またＥＲＩ構造のゼオライトをＳＯＤ構造へ相転移させる方法により、特に吸脱着速度が速いゼオライト吸着剤を製造することができる。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例を用いて、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４８】
水吸着特性評価はすべて減圧下３５０℃で２時間活性化した後、スプリングバランス法によって２５℃の水分吸着等温線を測定し、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量を求めた。
【００４９】
また、粉末Ｘ線回折はマックサイエンス社製のＭＸＰ３を用いて測定し、走査型電子顕微鏡観察は日本電子製ＪＳＭ−Ｔ２２０Ａを用いて行った。
【００５０】
実施例１
［ＡＬＰＯ−ＥＲＩを相転移させて合成したＡＬＰＯ−ＳＯＤ］
以下の手順で、ＡＬＰＯ−１７（ＡＬＰＯ−ＥＲＩ）を合成した。擬ベーマイト（Ａｌ２Ｏ３＝７４％）：８．６３ｇ、８５％リン酸：１４．４ｇ、シクロヘキシルアミン：６．２０ｇ、水：３７．２ｇを均一に混合し、オートクレーブを用いて、２００℃×１６８時間静置合成した。得られた固形物をろ過後、水で洗浄し、さらに５５０℃×４時間（窒素流通下１時間＋空気流通下３時間）焼成してシクロヘキシルアミンを取り除いた。
【００５１】
次に、乾燥器と水の蒸発器からなる水吸脱着装置（装置Ｎｏ．１）を用いて、吸着：４０℃、相対湿度３８％、脱着：９０℃、相対湿度２％の条件で、ＡＬＰＯ−１７の水吸脱着処理を行った。２００サイクル後の試料を粉末Ｘ線回折で評価したところ、少量のＥＲＩ構造が共存したＳＯＤ構造（細孔が径２．２×２．２オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライト）の生成が確認できた（図１）。走査型電子顕微鏡で結晶の形状を観察したところ、針状結晶であった（図２）。
【００５２】
得られたＡＬＰＯ−ＳＯＤの初期水分吸着等温線を測定したところ、相対湿度１８％で吸着量が大きく変化した。また、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量は、２０．０（ｇ／１００ｇ）であった（図３）。
【００５３】
次に装置Ｎｏ．１の水吸脱着装置を用いて、吸着：４０℃、相対湿度３８％、脱着：９０℃、相対湿度２％を繰り返すサイクル耐久試験を行った。３００サイクル、５００サイクル後の試料を粉末Ｘ線回折で評価したところ、ＳＯＤ構造のみが確認できた。また、得られたＡＬＰＯ−ＳＯＤのサイクル耐久試験後の水分吸着等温線を測定したところ、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量は、３００サイクル：２０．０（ｇ／１００ｇ）、５００サイクル：２１．７（ｇ／１００ｇ）で大きな変化は認められなかった（図３）。
【００５４】
実施例２
［ＡＬＰＯ−ＥＲＩを相転移させて合成したＡＬＰＯ−ＳＯＤ］
実施例１で得られたシクロヘキシルアミン除去後のＡＬＰＯ−１７を、耐圧容器、真空ポンプ、恒温槽からなる水吸脱着装置（装置Ｎｏ．２）を用いて、吸着：９０℃、相対湿度３０％、脱着：９０℃、相対湿度３％を繰り返す水の吸脱着処理を行った。１２００サイクル後の試料を粉末Ｘ線回折で評価したところ、微量のＥＲＩ構造が共存したＳＯＤ構造（細孔が径２．２×２．２オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライト）が確認できた（図４）。また、走査型電子顕微鏡で結晶の形状を観察したところ、針状結晶であった。
【００５５】
得られたＡＬＰＯ−ＳＯＤの初期水分吸着等温線を測定したところ、相対湿度１６％で吸着量が大きく変化した。また、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量は、２３．５（ｇ／１００ｇ）であった（図５）。
【００５６】
実施例３
［ＡＬＰＯ−ＥＲＩを相転移させて合成したＡＬＰＯ−ＳＯＤ］
実施例１で得られたシクロヘキシルアミン除去後のＡＬＰＯ−１７を、マッフル炉、水蒸気ライン、除湿空気ラインからなる水吸脱着装置（装置Ｎｏ．３）を用いて、吸着：１２０℃、相対湿度５０％、脱着：１２０℃、相対湿度５％以下を繰り返す水の吸脱着処理を行った。１００サイクル後の試料を粉末Ｘ線回折で評価したところ、少量のＥＲＩ構造が共存したＳＯＤ構造（細孔が径２．２×２．２オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライト）が確認できた。また、走査型電子顕微鏡で結晶の形状を観察したところ、針状結晶であった。
【００５７】
得られたＡＬＰＯ−ＳＯＤの初期水分吸着等温線を測定したところ、相対湿度１７％で吸着量が大きく変化した。また、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量は、２３．６（ｇ／１００ｇ）であった（図６）。
【００５８】
実施例４，５
［ＳＡＰＯ−ＥＲＩ（Ｓｉ：２，７％）を相転移させて合成したＳＡＰＯ−ＳＯＤ］
まず、以下の手順で、ＳＡＰＯ−１７（ＳＡＰＯ−ＥＲＩ；Ｓｉ：２，７％）を合成した。アルミニウムイソプロポキシド：１７．９ｇ、８５％リン酸：１０．１ｇ、シリカゾル（ＳｉＯ２＝４０％）：０．６６又は１．９７ｇ、シクロヘキシルアミン：４．３４ｇ、４７％フッ酸：１．８６ｇ、水：２８．２又は２７．４ｇを均一に混合し、オートクレーブを用いて、２００℃×２４時間回転合成した。得られた固形物をろ過後、水で洗浄し、さらに５５０℃×４時間（窒素流通下１時間＋空気流通下３時間）焼成してシクロヘキシルアミンを取り除いた。
【００５９】
次に、装置Ｎｏ．２を用いて、吸着：９０℃、相対湿度３０％、脱着：９０℃、相対湿度３％の条件で、ＳＡＰＯ−１７の水吸脱着処理を行った。１２００サイクル後の試料を粉末Ｘ線回折で評価したところ、微量のＥＲＩ構造が共存したＳＯＤ構造（細孔が径２．２×２．２オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライト）が確認できた（図７）。また、走査型電子顕微鏡で結晶の形状を観察したところ、柱状結晶であった（図８，９）。
【００６０】
得られたＳＡＰＯ−ＳＯＤの初期水分吸着等温線を測定したところ、相対湿度１５％で吸着量が大きく変化した。また、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量は、Ｓｉ：２％品で２０．４（ｇ／１００ｇ）、Ｓｉ：７％品で１８．４（ｇ／１００ｇ）であった（図１０）。
【００６１】
実施例６
［ＴＭＡＯＨ＋ＴＰＡＯＨを用いて合成したＡＬＰＯ−ＳＯＤ］
擬ベーマイト（Ａｌ２Ｏ３＝７４％）：９．９５ｇ、８５％リン酸：１６．６ｇ、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド５水和物：６．６３ｇ、４０％テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド：１８．０ｇ、水：４０．３ｇを均一に混合し、２００℃×１６時間でＡＬＰＯ−ＳＯＤを静置合成した。得られたＡＬＰＯ−ＳＯＤを６２０℃×４時間（窒素流通下１時間＋空気流通下３時間）焼成し、有機ＳＤＡを取り除いた。
【００６２】
試料を粉末Ｘ線回折で評価したところ、ＳＯＤ構造（細孔が径２．２×２．２オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライト）が確認でき、また、走査型電子顕微鏡で結晶の形状を観察したところ、球状から立方体状の結晶であった（図１１）。
【００６３】
得られたＡＬＰＯ−ＳＯＤの初期水分吸着等温線を測定したところ、相対湿度１５％で吸着量が大きく変化した。また、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量は、１６．６（ｇ／１００ｇ）であった（図１２）。
【００６４】
比較例１
［ＡＬＰＯ−３４］
特開平９−２９４９３１号公報に基づき、モルホリンを有機ＳＤＡとして、２００℃×２４０時間でＡＬＰＯ−３４を合成した。得られたＡＬＰＯ−３４を５６０℃×７時間（窒素流通下１時間＋空気流通下６時間）焼成し、モルホリンを取り除いた。
【００６５】
試料を粉末Ｘ線回折で評価したところ、ＣＨＡ構造（細孔径３．８×３．８オングストロームの酸素８員環を持つ）が確認できた。
【００６６】
得られたＡＬＰＯ−３４の初期水分吸着等温線を測定したところ、相対湿度６％で吸着量が大きく変化した。また、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量は、２７．９（ｇ／１００ｇ）であった（図１３）。
【００６７】
次に装置Ｎｏ．１の水吸脱着装置を用いて、吸着：４０℃、相対湿度３８％、脱着：９０℃、相対湿度２％を繰り返すサイクル耐久試験を行った。２００サイクル、５００サイクル後の試料を粉末Ｘ線回折で評価したところ、ＣＨＡ構造のみが確認できたが、ピーク強度の低下が認められた。また、得られたＡＬＰＯ−３４のサイクル耐久試験後の水分吸着等温線を測定したところ、相対湿度５％と２５％の差による有効吸着量は、２００サイクル：１９．９（ｇ／１００ｇ）、５００サイクル：１２．０（ｇ／１００ｇ）とサイクル数の増加に従い低下した（図１３）。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施例１で調整したＡＬＰＯ−ＳＯＤの粉末Ｘ線回折図
【図２】実施例１で調整したＡＬＰＯ−ＳＯＤの走査型電子顕微鏡写真
【図３】実施例１で調整したＡＬＰＯ−ＳＯＤの水吸着等温線
【図４】実施例２で調整したＡＬＰＯ−ＳＯＤの粉末Ｘ線回折図
【図５】実施例２で調整したＡＬＰＯ−ＳＯＤの水吸着等温線
【図６】実施例３で調整したＡＬＰＯ−ＳＯＤの水吸着等温線（２５℃）
【図７】実施例４，５で調整したＳＡＰＯ−ＳＯＤの粉末Ｘ線回折図
【図８】実施例４で調整したＳＡＰＯ−ＳＯＤ（Ｓｉ２％）の走査型電子顕微鏡写真
【図９】実施例５で調整したＳＡＰＯ−ＳＯＤ（Ｓｉ７％）の走査型電子顕微鏡写真
【図１０】実施例４，５で調整したＳＡＰＯ−ＳＯＤの水吸着等温線（２５℃）
【図１１】実施例６で調整したＡＬＰＯ−ＳＯＤの走査型電子顕微鏡写真
【図１２】実施例６で調整したＡＬＰＯ−ＳＯＤの水吸着等温線（２５℃）
【図１３】比較例１で調整したＡＬＰＯ−３４の水吸着等温線（２５℃）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨格を構成する元素として少なくともＡｌとＰを含み、且つ、細孔が径２．０から３．０オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライトからなる吸着剤。
【請求項２】
ゼオライトがＳＯＤ構造またはＡＳＴ構造である請求項１の吸着剤。
【請求項３】
骨格を構成する元素として少なくともＡｌとＰ以外にＳｉを含むゼオライトからなる請求項１〜２に記載の吸着剤。
【請求項４】
ゼオライト中の結晶の形状が針状又は柱状であることを特徴とする請求項１〜３に記載の吸着剤。
【請求項５】
ＥＲＩ構造のゼオライトを相転移させる事を特徴とする請求項１〜４記載の吸着剤の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４記載の吸着剤を使用するヒートポンプ、デシカント空調、湿度調節壁材、湿度調節シートのいずれか1種の用途。
【請求項１】
骨格を構成する元素として少なくともＡｌとＰを含み、且つ、細孔が径２．０から３．０オングストロームの酸素６員環からなる３次元構造であるゼオライトからなる吸着剤。
【請求項２】
ゼオライトがＳＯＤ構造またはＡＳＴ構造である請求項１の吸着剤。
【請求項３】
骨格を構成する元素として少なくともＡｌとＰ以外にＳｉを含むゼオライトからなる請求項１〜２に記載の吸着剤。
【請求項４】
ゼオライト中の結晶の形状が針状又は柱状であることを特徴とする請求項１〜３に記載の吸着剤。
【請求項５】
ＥＲＩ構造のゼオライトを相転移させる事を特徴とする請求項１〜４記載の吸着剤の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４記載の吸着剤を使用するヒートポンプ、デシカント空調、湿度調節壁材、湿度調節シートのいずれか1種の用途。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−１８１７９６（Ｐ２００７−１８１７９６Ａ）
【公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３２７（Ｐ２００６−２３２７）
【出願日】平成１８年１月１０日（２００６．１．１０）
【出願人】（０００００３３００）東ソー株式会社 (1,901)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１０日（２００６．１．１０）
【出願人】（０００００３３００）東ソー株式会社 (1,901)
【Ｆターム（参考）】
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