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 43(2): 51-62 (2026)
doi:10.20731/zeoraito.43.2.51

解説解説

走査電子顕微鏡によるゼオライトの脱アルミニウム過程の可視化と機構解明FAUにおける階層的細孔構造形成の追跡Visualizing Internal Structure of Zeolite FAU by Scanning Electron Microscopy: Elucidation of Dealumination Process and Hierarchical Architecture

国立研究開発法人産業技術総合研究所化学プロセス研究部門National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) ◇ 〒305–8565 茨城県つくば市東1–1–1 中央第5

受理日:2026年2月17日Accepted: February 17, 2026
発行日:2026年4月25日Published: April 25, 2026
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ゼオライトの脱アルミニウム(Al)化過程におけるメソ孔形成は,脱Al種の生成と細孔構造の変化が同時に起こる複雑性のため,これまで十分に解明されていなかった。本研究では,FE-SEMとEDSを組み合わせた分析手法により,一連の脱Al処理から得られた幅広いSi/Al比を持つY型ゼオライト粒子内部(断面)の構造と組成の変化を直接観察した。その結果,スチーミングと焼成によって,高密度のAlに富む非晶質相に由来する明るいコントラストが見られ,これらがゼオライト結晶粒子内に偏在していることが明らかになった。Ar吸脱着による細孔解析の結果,スチーミングと焼成によりAl原子がFAU骨格から放出され,その中にメソ孔が形成されるが,これらの骨格外Al(EFAl)はマイクロ孔およびメソ孔を充填せず,これまで提唱されてきた細孔形成メカニズムとは矛盾することを示唆した。また,EFAlの集積は骨格の部分的な崩壊につながり,偏在したAlに富む非晶質アルミノシリケートに変化する。非晶質アルミノシリケートの酸への浸漬による除去は,メソ孔の追加形成に関与することが示された。

The formation of mesopores during the dealumination process of zeolites has not been fully understood due to the complexity of the generation of dealumination species and the detailed changes in the pore structure. In this study, we directly observed the internal (cross-section) structural and compositional changes of zeolite Y (FAU-type framework) with a wide range of silicon-to-aluminum atomic (Si/Al) ratios obtained through a series of dealumination treatments using a high spatial resolution field-emission scanning electron microscope (FE-SEM) equipped with an energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) instrument. Cross-sectional observations of zeolite Y particles revealed that steaming and calcination lead to the formation of complex local structures with bright contrast originating from a dense Al-rich amorphous matter in scale regions of several tenth nanometer. Pore analysis by Ar physisorption suggested that steaming and calcination forced to release Al atoms from the framework to form mesopores. These extra-framework Al (EFAl) atoms, however, do not fill the micropores of FAU, contradicting the previously proposed mechanism. Furthermore, local condensation of EFAl leads to partial collapse of the framework, transforming it into segregated Al-rich amorphous aluminosilicate. Further removal of segregated amorphous aluminosilicate by acid leaching is the origin of the formation of additional mesopores. Especially, with regard to the internal structure, our concept of a direct visualization approach can be effectively used as a versatile technique to reveal detailed characterization of dealuminated species that correlate with the stepwise mesopore formation during zeolite dealumination.

キーワード:ゼオライト粒子断面観察;脱アルミニウム;階層細孔構造;走査型電子顕微鏡;エネルギー分散X線分析

Key words: cross-sectional observation of zeolite particles; dealumination; hierarchical pore structure; scanning electron microscopy; energy-dispersive X-ray spectroscopy

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