日本ゼオライト学会 刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

ISSN: 0918–7774
一般社団法人日本ゼオライト学会 Japan Zeolite Association
〒162-0801 東京都新宿区山吹町358-5 アカデミーセンター Japan Zeolite Association Academy Center, 358-5 Yamabuki-cho, Shinju-ku, Tokyo 162-0801, Japan
Zeolite 42(2): 43-53 (2025)
doi:10.20731/zeoraito.42.2.45

解説解説

ゼオライトが発現するCO2選択的ゲート型吸着能Selective CO2 Gate-Type Adsorption Exhibited by Zeolites

関西大学環境都市工学部エネルギー環境・化学工学科Department of Chemical, Energy and Environmental Engineering, Faculty of Environmental and Urban Engineering, Kansai University ◇ 〒564–8680 大阪府吹田市山手町3–3–35

受理日:2025年1月29日Accepted: January 29, 2025
発行日:2025年4月15日Published: April 15, 2025
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2050年のカーボンニュートラル実現に向けて,二酸化炭素(CO2)の回収とその有効利用法の確立は必要不可欠である。中でも,多孔質材料を用いた物理吸着法はエネルギーコストや操作性の観点からも期待されているCO2回収法の一つである。ゼオライトや金属有機構造体(metal-organic frameworks: MOFs)などのミクロ孔を有する結晶性多孔質材料は,CO2に対して高い吸着容量と選択性を示すことからCO2の分離・回収材として近年注目されている。結晶構造に柔軟性を有するMOFs(Flexible MOFs)は,あるしきい圧力において急激にCO2などのゲスト分子を細孔内に取り込んで吸着する「ゲート型吸着」とよばれる吸着挙動を示すことが報告されており,従来のI型の吸着等温線を示す吸着材と比較してより小さな圧力スイングで大きなワーキングキャパシティを得ることができる。一方,ゼオライトにおいても同様のゲート型吸着に類似するステップ状のCO2吸着等温線を示すことが近年明らかになってきており,Flexible MOFsだけでなくゼオライトでも従来に比べて省エネルギーなCO2吸脱着が期待できる。本研究においてもCs+交換を行ったPHIゼオライトがCO2に対してゲート型の吸着挙動を示すことが明らかとなった。本解説では,その特異な吸着機構や異種ゼオライト骨格との複合化によるゲート型CO2吸着挙動の制御に関して説明する。

It is crucial to develop CO2 recovery and utilization methods toward the realization of carbon neutrality by 2050. The physisorption process using porous materials is one of the CO2 recovery processes expected from the viewpoint of energy cost and operationality. Microporous materials, such as zeolites and metal-organic frameworks (MOFs), have attracted attention as CO2 adsorbents due to their high adsorption capacity and separation selectivity. MOFs with structural flexibility, called flexible MOFs, exhibit gate-type adsorption performance, which results in a stepwise change in the amount of CO2 adsorbed at specific pressures. This adsorption performance can obtain a large working capacity in the narrow pressure range compared to adsorbents showing type-I adsorption isotherms. Meanwhile, nowadays it has been obvious that zeolites exhibit the stepwise adsorption isotherms derived from gate-type adsorption. In addition, it is expected to develop the energy-saving CO2 recovery process using zeolites. Our study clarified that Cs+-type PHI zeolite showed gate-type adsorption performance for CO2. This paper describes the unique adsorption mechanisms and the control of the CO2 adsorption behavior using the composition of heterogeneous zeolite frameworks.

キーワード:カーボンニュートラル;PHIゼオライト;二酸化炭素;ゲート開閉型吸着;異種骨格複合;トラップドア吸着

Key words: carbon neutrality; PHI zeolite; carbon dioxide; gate-opening/closing adsorption; composition of heterogeneous frameworks; trapdoor adsorption

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