多孔性材料による気体の吸着制御

活性炭、ゼオライトなどの多孔体は吸着剤として、物質の分離・精製、気体の貯蔵などに広く用いられています。さらに近年は多孔性有機金属錯体などの新しい多孔体が注目され、これらの応用についても研究がされています。 　本講演では、まず代表的な多孔体の幾何学的・化学的な細孔・表面の構造を説明します。そのうえで、多孔体への各種気体分子の吸着メカニズムについて説明します。気体の吸着性は多孔体の細孔構造・表面の化学組成と気体の化学的な性質により決まります。これらを理解すれば、吸着材の選定・設計に役立つでしょう。窒素、アルゴン吸着による多孔体の細孔構造 (細孔径分布・細孔容量) の解析法などについても解説します。

1. 吸着の基礎
   1. 吸着とはどのような現象か
   2. 吸着現象の利用
   3. 多孔体と吸着
2. 代表的な多孔体と細孔制御
   1. 多孔体とはどんなものか
   2. 多孔体の細孔について
   3. 多孔化で表面積,細孔容積はどのように変化するか
   4. 細孔径による多孔性材料の分類
   5. 代表的な多孔体と細孔の制御
      • 多孔性シリカ
      • ゼオライト類
      • 活性炭・活性炭素繊維
      • 多孔性金属錯体PCP/MOF
3. 吸着を支配する表面と気体分子間の相互作用
   1. 分子間相互作用
   2. 目的物質の選択吸着のための多孔体の細孔構造・表面化学組成の制御
4. 気体吸着実験法と解析
   1. 吸着測定の原理
   2. 吸着等温線
   3. 吸着等温線の解析と吸着理論
      1. 平坦平面への吸着
         • Langmuir理論
         • BET理論
      2. メソ細孔、マクロ細孔への吸着
         • ケルビン式と毛管凝縮
         • メソ細孔分布解析の考え方
         • DH法
         • BJH法
         • NLDFT法
         • 水銀圧入法
      3. ミクロ細孔への吸着
         • スリット型細孔への吸着 (ミクロ細孔充填)
         • ミクロ細孔の解析
           • t-プロット
           • DRプロット
5. 吸着エネルギーの測定と解析
   1. 吸着の熱力学
   2. 吸着エネルギー測定の原理
   3. 微分吸着エネルギー曲線の解析
   4. 等量吸着熱
6. まとめ