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公開番号2024172985
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-12
出願番号2023091082
出願日2023-06-01
発明の名称ガス吸着材成形体およびその製造方法
出願人国立大学法人京都大学
代理人個人,個人,個人
主分類B01J 20/22 20060101AFI20241205BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】ガス吸着量の低下が十分に抑制されたガス吸着材成形体を提供する。
【解決手段】複数の構造柔軟性MOF粒子と、前記複数の構造柔軟性MOF粒子を連結する水溶性高分子化合物とを含み、下記式(1)を満たすガス吸着材成形体。
ε≧(1-π√2/6/(1+x))×100 ・・・(1)
【選択図】図7A
特許請求の範囲【請求項１】
複数の構造柔軟性ＭＯＦ粒子と、前記複数の構造柔軟性ＭＯＦ粒子を連結する水溶性高分子化合物とを含み、下記式（１）を満たすガス吸着材成形体。
ε≧（１－π√２／６／（１＋ｘ））×１００・・・（１）
式（１）において、εは前記ガス吸着材成形体の空隙率（体積％）であり、ｘは、前記構造柔軟性ＭＯＦ粒子の構造転移による体積膨張率である。
続きを表示（約 420 文字）【請求項２】
前記水溶性高分子化合物の重量平均分子量は、１００００以上である、請求項１に記載のガス吸着材成形体。
【請求項３】
前記水溶性高分子化合物は繊維状の部分を含む、請求項１または２に記載のガス吸着材成形体。
【請求項４】
球状である請求項１または２に記載のガス吸着材成形体。
【請求項５】
複数の構造柔軟性ＭＯＦ粒子が分散された水溶性高分子化合物水溶液を、凍結乾燥させることを含む、ガス吸着材成形体の製造方法。
【請求項６】
前記複数の構造柔軟性ＭＯＦ粒子が分散された水溶性高分子化合物水溶液の合計重量に対する水の含有量は４０重量％以上である、請求項５に記載のガス吸着材成形体の製造方法。
【請求項７】
前記水溶性高分子化合物水溶液は、重量平均分子量が１００００以上である水溶性高分子化合物を含む、請求項５または６に記載のガス吸着材成形体の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示はガス吸着材成形体およびその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ガス分離装置などにおいて、ゼオライトおよび活性炭などの、いわゆる多孔体と呼ばれるガス吸着材が広く利用されている（特許文献１等）。
【０００３】
一般に、ゼオライトおよび活性炭などの既存の多孔体は、いわゆるＩＵＰＡＣの吸着等温線の６分類で分類可能である。すなわち、既存の多孔体は、圧力上昇に応じてガス吸着力が増加する特性を有している。一方で、ＩＵＰＡＣの６分類では分類できない、特殊な吸着等温線を示す材料が発表されている。これらは、金属イオン、配位子から形成される金属有機構造体（ＭＯＦ：ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＦｒａｍｅｗｏｒｋｓ）の一種で、構造柔軟性ＭＯＦなどと呼ばれ、これらが示す特殊なガス吸着挙動は、ゲート現象、またはゲート吸着などと呼ばれている。
【０００４】
ゲート現象とは、主として、構造柔軟性ＭＯＦの構造が変化することで、ガスの吸着量が急激に変化する現象である。ガス圧が一定値未満の場合は、構造柔軟性ＭＯＦはガスをほとんど吸着しないが、ガス圧が一定値（この圧がゲート圧と呼ばれる）に達すると、構造柔軟性ＭＯＦの構造が変化（例えば、積層がずれる、層間が広がる等）し、ガス分子が取り込まれる。このため、ゲート圧を境にガス吸着量は急激に増加する。これは、ゲート圧未満では、構造柔軟性ＭＯＦとガス分子が別々に存在している方がエネルギー的に安定であるが、ゲート圧以上では、構造柔軟性ＭＯＦとガス分子が別々に存在しているよりも、ガス分子が構造柔軟性ＭＯＦの内部に取り込まれる方が、より安定な包摂体を形成し、エネルギー的に有利になるためと考えられている。
【０００５】
ガス放出では逆の現象が生じる。すなわち、ガス圧がゲート圧未満になると、構造柔軟性ＭＯＦに取り込まれていたガス分子が放出され、元の構造柔軟性ＭＯＦの構造に戻ろうとする為、ガスの放出が急激に生じる。すなわち、このようなゲート現象は、構造柔軟性ＭＯＦの柔軟性に基づいており、当該柔軟性を有していない既存多孔体であるゼオライトおよび活性炭では生じ得ない、構造柔軟性ＭＯＦ特有の現象である。
【０００６】
特許文献２は、ゲート型多孔性高分子錯体をガス吸着材として利用したガス分離装置を開示している。しかしながら、特許文献２は、ゲート型多孔性高分子錯体を主に粉末（すなわち複数の粒子）として利用しており、ガス分離装置に用いると圧力損失が生じる、飛散しやすいなどの弊害がある。そのためゲート型多孔性高分子錯体は、成形体（すなわち、複数の粒子の集合体）にして利用することが好ましい。
【０００７】
特許文献３は、柔軟性多孔性高分子金属錯体と、バインダーとしてパルプ繊維とを含む成形体を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０００－０６１２４４号公報
特開２０１７－８７１０１号公報
特開２０１８－１５３７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者らの検討の結果、構造柔軟性ＭＯＦの粉末を成形体にすると、構造柔軟性ＭＯＦの重量当たりのガス吸着量が顕著に低下するという問題が生じることがわかった。また、特許文献３に開示されるような成形体においても、更なる改善の余地があった。
【００１０】
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、ガス吸着量の低下が十分に抑制されたガス吸着材成形体、およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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