(57)【要約】【課題】酸素を選択的に吸着し、酸素吸着能や酸素・窒素の分離性能が従来のものを大幅に上回るような酸素分離剤とその製造方法を提供する。【解決手段】一般式ＭｘＶＯｙ（式中Ｍはアルカリ金属、アルカリ土類金属等の元素）で表され、層状構造で比較的結晶構造の自由度の高いバナジウム系複合酸化物をホストとし、その層間に有機アミンをゲストとして導入（インターカレーション）し、さらに該有機アミンを炭素前駆体にする熱処理を施してなる酸素分離剤である。有機アミンのインターカレーションに先立って、ホスト酸化物の元素Ｍをプロトンに置換するイオン交換処理を行なう。また、元素ＭとしてＣａを主体とするバナジウム系酸化物を用い、有機アミンとして炭素数６〜１４の鎖式のモノアミン又はジアミンを用いることが好ましい。【選択図】図２
2004358346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式ＭｘＶＯｙ（式中、Ｍはアルカリ金属、アルカリ土類金属、
Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂのうちの１種以上の元素）で表され、層状構造を有するバナジウム酸化物ブロンズに、陽イオンをプロトンに置換するイオン交換処理を施した後、該酸化物の層間に有機アミンをインターカレートし、さらに該有機アミンを炭素前駆体にする非酸化性雰囲気下の熱処理を施してなる酸素分離剤。
【請求項２】
前記一般式中の元素ＭがＣａを主体とするものである請求項１記載の酸素分離剤。
【請求項３】
前記有機アミンが鎖式アミンであって、その炭素原子数が６〜１４である請求項１又は２記載の酸素分離剤。
【請求項４】
前記有機アミンが、モノアミン又はジアミンである請求項１乃至３のいずれかに記載の酸素分離剤。
【請求項５】
前記有機アミンが、直鎖炭化水素の両端にアミノ基を有するジアミンである請求項１乃至３のいずれかに記載の酸素分離剤。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の酸素分離剤を製造する方法であって、所定の組成を有する前記バナジウム酸化物ブロンズを酸性溶媒に接触させて、該酸化物中の陽イオンをプロトンに置換するイオン交換工程と、次いでイオン交換された該酸化物に有機アミンを接触させて、層状構造を有する該酸化物の層間に前記有機アミンをインターカレートするインターカレーション工程と、
次いでこの酸化物を、真空下又は不活性ガス雰囲気下で所定の温度で熱処理して、
層間にインターカレートされた前記有機アミンを炭素前駆体に熱分解する熱処理工程とを具備することを特徴とする酸素分離剤の製造方法。
【請求項７】
前記熱処理温度が２５０〜３５０℃である請求項６記載の酸素分離剤の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気等の酸素と窒素を含有する混合ガスから、酸素を選択的に吸着・
分離する酸素分離剤とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＯ２削減の要請から、火力発電所等において酸素燃焼ガスタービンを用いて、
その排ガスからＣＯ２を回収する技術が注目されている。この方式は、燃焼時にサーマルＮＯｘが発生しないという特徴により、燃焼ガス成分がＣＯ２とＨ２Ｏだけになるため、高純度のＣＯ２固定化が容易に図れ、環境対応型の回収技術として多いに期待されている。しかしながら、従来の空気分離技術で製造される酸素は未だコスト高であり、酸素燃焼技術の確立には、安価な酸素を安定して供給するシステムの構築が急務となっている。
【０００３】
酸素及び窒素の製造法としては、液化した空気の酸素と窒素の沸点差を利用して分離する深冷分離法が一般的であるが、近年では、加圧下における酸素・窒素の平衡吸着量の差あるいは吸着速度の差を利用した空気分離ＰＳＡ法（ＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）の開発も盛んに行われてきた。分離のために使用される吸着剤としては、ゼオライトや分子ふるいカーボン（モレキュラーシーブ）が主に用いられているが、その吸着性能や酸素・窒素の分離係数は必ずしも十分とは言えない。
【０００４】
そのため、本発明者らは、酸素・窒素分離用の吸着剤として、ＮａＡ型ゼオライトのナトリウムイオンをカリウムイオンで交換してなるカリウムイオン交換ＮａＡ型ゼオライトや、ＣａＸ型ゼオライトのカルシウムイオンをカリウムイオンで交換してなるカリウムイオン交換ＣａＸ型ゼオライトを先に提案している。また、所定の酸素吸着性能を有する親水性高分子由来水酸基含有炭化物を先に提案している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１２０９８９
【特許文献２】
特開２００１−１２０９９０
【特許文献３】
特開２００２−２１１９１１
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
酸素燃焼技術の普及には、酸素製造コストの低減が不可欠である。そのためには、酸素製造のエネルギー原単位を現行より大幅に低減する必要がある。ＰＳＡ法においては、吸着剤の酸素分離性能の抜本的な改良・改善が必要であり、従来のように単に分子ふるいの効果のみに依存することなく、新規な発想に基いて材料設計を行なうことがキーポイントとなると考えられる。
【０００７】
また、吸着平衡型の空気分離剤としては、これまでゼオライトしか高性能な材料がなく、ゼオライトは酸素よりも窒素を選択的に吸着するものである。しかし、
空気中の構成比を考慮すれば、窒素の１／４である酸素に対して選択性の高い吸着剤を開発することが、高効率の空気分離剤としては好適であると考えられる。また、かかる酸素を選択的に吸着する分離剤の性能の目標として、例えば酸素吸着量５０ｍｌ（Ｓ．Ｔ．Ｐ）Ｏ２／ｇ−ｓａｍｐｌｅ、分離率Ｏ２／Ｎ２＝１２程度の数値であることが望まれる。
【０００８】
そこで本発明は、新規な材料設計の発想に基づいて創出された材料であって、酸素を選択的に吸着し、その分離性能が上述の目標値を上回るような酸素分離剤とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の酸素分離剤は、
一般式ＭｘＶＯｙ（式中、Ｍはアルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂのうちの１種以上の元素）で表され、層状構造を有するバナジウム酸化物ブロンズ（タングステンブロンズ型構造を有するバナジウム系複合酸化物）に、陽イオンをプロトンに置換するイオン交換処理を施した後、該酸化物の層間に有機アミンをインターカレートし、さらに該有機アミンを炭素前駆体にする非酸化性雰囲気下の熱処理を施してなることを特徴とする。
【００１０】
この酸素分離剤は、比較的結晶構造の自由度の高い層状無機化合物と、酸素との親和性の高い物質とを複合化させてなるものである。これは新規な材料設計の思想に基づくものであり、本発明者らは、かかる層状無機化合物として、バナジウム酸化物ブロンズを選択し、この化合物の層間に導入する物質として、有機物の熱分解過程で生成する炭素前駆体に着目した。また、本発明はこの炭素前駆体を無機化合物の層間に安定に存在させる手段について、種々検討の上完成されたものである。このように炭素前駆体を用いることにより、従来にないような酸素吸着能と酸素・窒素分離性能が発揮され、これにより前述の分離性能の目標値を達成することが可能になった。
【００１１】
また、上記の酸素分離剤においては、前記一般式中の元素ＭがＣａを主体とするものであることが好ましい。また、上記の酸化物の層間に導入する有機アミンとしては、鎖式アミンであって、その炭素原子数が６〜１４であるものが好ましい。また、この有機アミンが、モノアミン又はジアミンであることが好ましい。さらに、この有機アミンは、直鎖炭化水素の両端にアミノ基を有するジアミンであることがより好ましい。
【００１２】
上記材料の最適設計について種々検討の結果、前記式中の元素ＭがＣａである場合に、他の金属元素の場合よりも、その酸素吸着性能が顕著に改善されることが見出された。また、酸化物の層間に導入する有機アミンが鎖式アミンの場合に、
アミンの直鎖炭素数の増加に伴って、酸素吸着量が増大することが見出された。しかし、炭素数が多過ぎると、酸素吸着能が低下するので、アミンの炭素数は６〜１４であることが好ましい。また、この有機アミンが、モノアミン又はジアミンである場合に酸素吸着量が大きく、直鎖炭化水素の両端にアミノ基を有するジアミンの場合にとくに酸素吸着量が増大することが見出された。
【００１３】
本発明の製造方法は、上記の酸素分離剤を製造する方法であって、所定の組成を有する前記バナジウム酸化物ブロンズを酸性溶媒に接触させて、該酸化物中の陽イオンをプロトンに置換するイオン交換工程と、次いでイオン交換された該酸化物に有機アミンを接触させて、層状構造を有する該酸化物の層間に前記有機アミンをインターカレートするインターカレーション工程と、次いでこの酸化物を、
真空下又は不活性ガス雰囲気下で所定の温度で熱処理して、層間にインターカレートされた前記有機アミンを炭素前駆体に熱分解する熱処理工程とを具備することを特徴とする。
【００１４】
上記の熱処理温度は、２５０〜３５０℃であることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の酸素分離剤は、層状構造を有するバナジウム系複合酸化物を骨格とし（ホスト）、その層間に酸素を選択的に吸着する物質（ゲスト）を導入してなるものである。ホスト化合物には、ＭｘＶＯｙ（式中、Ｍはアルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂのうちの１種以上の元素）で表されるタングステンブロンズ型構造のバナジウム系酸化物を用いた。この酸化物は非化学量論組成化合物であり、Ｖを中心としたＶＯ６，ＶＯ４，ＶＯ５等の骨格の中に、金属元素Ｍが入り込んだ構造のものである。
【００１６】
この酸化物の構造は、図１に示すように、Ｖ−Ｏ−Ｖ結合の網状面の積み重ねであり、各網面間は酸素原子を仲介としてゆるく結合している。そのため、層間に容易にゲストを導入することができ、ゲストイオンのサイズと量によって、層間の構造が種々に変化することが特徴である。
【００１７】
本発明者らは、酸素を選択的に吸着するゲスト物質として、炭素前駆体に着目した。ここで炭素前駆体とは、有機物の炭化過程で生成する、最終炭素製品の前段階にあたる一連の炭素中間対をいう。すなわち、原料有機物を加熱していくと、
４００〜５００℃で一見炭素化物に見えるものになるが、組織的には炭素以外の異元素を含み、層構造の発達したもの、芳香族架橋構造のものや四面体炭素を含む無秩序構造のものまで、その構造も多様である。このような異元素を含む炭素前駆体は、酸素分離剤としても未知の特性を有する可能性がある。本発明は、この異元素（本例ではＮ）を含む炭素前駆体が示す構造及び性質の特異性を、ホスト化合物の層間に導入することを材料設計の基本思想として、構造設計の最適化について種々検討した結果完成されたものである。
【００１８】
本発明においては、この炭素前駆体をゲストととして導入する手段として、塩基性有機物であって、ホスト化合物との親和性の大きな有機アミンを用いた。すなわち、有機アミンをホスト化合物の層間にインターカレートし、これを熱分解して炭素前駆体にするという方法によった。さらに、有機アミンとホスト化合物との結合をより強固なものにするために、インターカレーションに先立って、ホスト化合物中の陽イオン（金属元素Ｍのイオン）を一部をプロトン（Ｈ＋）に置換するイオン交換処理を行なっていることが特徴である。
【００１９】
以下、材料設計の最適化について検討した結果を、実施例のデータに基いて説明する。まず、ホスト酸化物のバナジウムと複合する金属元素Ｍの種類の、酸素吸着性能に対する影響を調査した結果、ＭがＣａの場合にとくに優れた性能を示すことが知見された。すなわち、後記実施例３に示すように、ＭがＣａとＬｉの場合で比較すると、前者の単位重量当りの酸素吸着量が後者の数倍になることが知れた。したがって、本発明においては、ホスト酸化物中の金属元素ＭはＣａを主体とするものであることが好ましい。なお、Ｍの全量がＣａであってもよいが、
塩基性アミンとの親和力をもたせるために、その一部をプロトンで置換しておくことが望ましい。
【００２０】
次ぎに、有機アミンの炭素数及びアミノ基数の酸素吸着性能に対する影響について説明する。ホスト酸化物にインターカレートして、熱処理により炭素前駆体を形成するという観点のみならば、有機アミンは鎖式アミン、環式アミンのいずれであってもよいと考えられる。しかし、鎖式アミンの場合、炭素数が１５程度の範囲において、炭素数の増加とともにホストの骨格の層間隔が拡大することから、ホスト層間へのアミンの導入が極めて容易であり、さらに、それらのアミンから誘導される炭素前駆体でホスト層間を修飾することも容易であることが確かめられている。一方、アニリンなどの環式アミンの場合はホスト層間への導入が困難であることが示されており、かかる効果を活用するためには、本発明に用いる有機アミンは鎖式アミンであることが好ましい。
【００２１】
後記実施例１に示すように、ＣａＶ２Ｏ６をホストとし、これをイオン交換処理した後、炭素数４〜８の範囲の各種の直鎖式モノアミン及びジアミンをインターカレートして、それぞれ熱処理後の酸素吸着量と酸素／窒素の吸着量比（分離率）
を調査した。その結果、炭素数の増加とともに酸素吸着量のみが増大することが確かめられた。
また、ホスト酸化物の元素ＭにＬｉ等の他の元素を用いた場合の検討結果では、
炭素数１２の付近に酸素吸着能のピークがあり、鎖式アミンの炭素数が６〜１４の範囲で酸素吸着量が多いことが知れた。したがって、本発明においては、有機アミンとして、炭素数が６〜１４の鎖式アミンを用いることが好ましい。
【００２２】
また、モノアミン及びジアミンでは、ジアミンの方が酸素吸着量がやや大きく、
とくに直鎖炭素列の両端にアミノ基を有するジアミンの場合に、酸素吸着能が最も大きくなることが知見された。この理由は、ホスト層間のプロトン化した部位とアミノ基の親和力によって、有機アミンがホストの骨格に固定化されているが、
両端にアミノ基を有するジアミンの場合には、ホスト層の上下２方向から固定化される結果、導入アミンの熱的安定性が高まり、モノアミンよりも、熱処理によってホスト層間に生じる炭素前駆体の生成量が多いためであると推測される。さらに、２級ジアミン（直鎖炭素列の一端に二つのアミノの基）やトリアミン以上のアミンでは、分子の立体障害が大きく、ホスト層間へのインターカレートが困難なため、好ましくないと考えられる。
【００２３】
したがって、本発明に用いる有機アミンとして、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ラウリルアミン、ミリスチルアミン、ジ−ｎ−ヘキシルアミン、ジ−ｎ−ドデシルアミン、１，６−ヘキシルジアミン、１，８−オクチルジアミン、１，１２−ドデカンジアミン等を例示することができる。
【００２４】
次ぎに、熱処理の影響について説明する。後記実施例２に示すように、有機アミン単体と、これをホスト酸化物にインターカレートとした場合の熱分解挙動を比較した。アルキルモノアミンで炭素数１２のもの（ラウリルアミン、以下Ｃ１２と略記する）と、これをイオン交換処理したホスト酸化物にインターカレートしたもの（以下、ＶＣＡ−Ｃ１２と略記する）の示差熱重量分析でのＴＧ曲線を図３に示す。図に見られるように、ＶＣＡ−Ｃ１２では、重量減少開始温度がＣ１２より大幅に高温側にシフトしていることが分かる。
【００２５】
ホスト酸化物は５００℃以上まで熱的に安定であるから、ＶＣＡ−Ｃ１２での重量減少は導入したアミンの熱分解によるものである。すなわち、導入されたアミンは熱的安定化が図られ、アミン単独のＣ１２では消失してしまう温度領域においても、アミンから誘導された炭素前駆体が、ホストの層間に強く保持されていることを示している。このようなインターカレーションによる熱的安定化は、有機アミンの炭素数やアミノ基数によらず共通に認められる。
【００２６】
一方、４００℃以上に加熱した試料では、ホスト酸化物の層間距離が減少し、アミン由来の赤外スペクトルが消失するとともに、ホスト酸化物の結晶構造がインターカレーション前の状態に戻ることが確認されている。したがって、熱処理温度が４００℃以上では生成した炭素前駆体も熱分解により系外に放出されるものと考えられる。
【００２７】
以上のような検討結果から、熱処理温度は２５０〜３５０℃にするのが好ましいと判断された。実際に、炭素数６のヘキシルアミンを用いた場合について、熱処理温度を１００〜４００℃に変えて、酸素吸着量を測定した結果、図４に示すように、３００℃付近に酸素吸着量のピークがあることが明らかになった。なお、
有機アミンの炭素数の少ないものほど、低温側で熱分解が進行すると考えられるので、適正な熱処理温度は、用いた有機アミンの炭素数を考慮して定めることが望ましい。
【００２８】
次ぎに、本発明の酸素分離剤の製造方法について説明する。本発明の方法は、所定組成の層状構造を有するホスト酸化物を原料とし、これをイオン交換処理する工程と、次いでその層間に有機アミンをインターカレート処理するインターカレーション工程と、次いでこの酸化物を非酸化性雰囲気下で所定時間加熱して、有機アミンを炭素前駆体に熱分解する熱処理工程とを備えていることを特徴とする。
【００２９】
原料酸化物の調製についてとくに限定を要しないが、例えば所定純度のバナジウム酸化物（Ｖ２Ｏ５など）と金属元素Ｍの酸化物又は炭酸塩を所定比率で配合し、
電気炉等で溶解して調製すればよい。イオン交換工程は、通常は酸性溶媒中に原料酸化物を浸漬し、所定温度に所定時間保持して、金属元素Ｍの陽イオンとプロトンとの交換反応を進行させればよい。また、反応後必要に応じて、酸性溶媒と酸化物を固液分離すればよい。
【００３０】
インターカレーション工程は、例えば、有機アミンをエタノール等の溶媒で希釈し、この中に原料酸化物を浸漬して、有機アミンの沸点近傍又はそれ以下の温度に長時間（数十時間）保持して行なえばよい。熱処理工程は、所定温度に数時間〜十数時間程度保持すれば良いが、酸化性雰囲気では、炭素前駆体の酸化損失が大きいので、真空中又はアルゴン等の不活性雰囲気下で行なうことが好ましい。
【００３１】
【実施例】
（実施例１）
試料の調製
有機アミンの種類を変えて、元素ＭがＣａである本発明の酸素分離剤を作製し、
それぞれの物性や酸素吸着性能を調査した。ホスト酸化物の合成には、純度９９％の酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）及び炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）試薬（和光純薬（株）製）を用いた。両者をモル比で１：１に混合し、電気炉にて昇温速度約１０℃／分にて８００℃迄加熱し、この温度に１時間保定して溶融し、放冷後の塊状試料を粉砕して、ＣａＶ２Ｏ６の粉末結晶を合成した。
【００３２】
この試料を粉末Ｘ線回折測定装置（リガク製ＲＩＮＴ２１００Ｕｌｔｉｍａ、以下ＸＲＤと略記）で測定した結果、かなり結晶性の高いＣａＶ２Ｏ６であることが確認された。また、この試料のＢＥＴ比表面積は、１．７１ｍ２／ｇと非常に小さな値であり、細孔への単純な物理吸着では、吸着量は非常に少ないと予想される。
【００３３】
次ぎに、この粉末試料にイオン交換処理を行なった。フラスコ内にＣａＶ２Ｏ６１０ｇと試薬のＡｌ２Ｏ３・６Ｈ２Ｏ２．５ｇを入れ、０．０７５ＮのＨＣｌを１０００ｍｌ添加して、マグネチックスターラーを用いて、４８時間攪拌した。攪拌後固液分離して、６０℃で乾燥し粉砕したものをイオン交換処理後のホスト酸化物試料（以下、ＶＣＡと略記）とした。
【００３４】
ゲストとしてＶＣＡの層間に導入する有機アミンとしては、ブチルアミン（Ｃ４と略記、括弧内は以下同じ）、ヘキシルアミン（Ｃ６）、オクチルアミン（Ｃ８）、ジアミノブタン（Ｃ４Ｄｉ）、ジアミノヘキサン（Ｃ６Ｄｉ）、ジアミノオクタン（Ｃ８Ｄｉ）の各３種のモノアミンとジアミンを用いた（いずれも純度９８％以上の試薬）。
【００３５】
有機アミンのインターカレーション工程は、ＶＣＡ６ｇとアミン１０ｍｌをフラスコに入れ、エタノール溶媒中でマグネチックスターラーを用いて７２時間攪拌した。攪拌後固液分離して、６０℃で乾燥して粉砕したものをアミン導入試料とした（以下、ＶＣＡ−Ｃ４，ＶＣＡ−Ｃ６Ｄｉのように略記）。なお、室温で固体であるアミンを使用した試料の合成は、加温下で攪拌を行なった。次いで、熱処理工程は、真空下で３００℃付近で１０時間加熱する処理を行なった。ただし、一部の試料では、２００〜２５０℃で熱処理を行なった。
【００３６】
酸素・窒素吸着特性の測定
上記のようにして調製された供試試料の酸素と窒素の吸着量の測定は、高精度全自動ガス吸着装置（日本ベル製ＢＥＳＯＲＰ２８ＳＡ）を用いて、２５℃、大気圧（１０１．３ｋＰａ）下で行なった。まず、予備測定として、ＣａＶ２Ｏ６粉末（１１０，４００℃で加熱処理）及びＶＣＡ（１１０で加熱処理）粉末の酸素と窒素の吸着量を測定したが、いずれも０．０２ｍｌ（Ｓ．Ｔ．Ｐ）／ｇ以下で、ほとんど吸着しないことが確かめられた。
【００３７】
本発明の酸素分離剤の供試試料についての測定結果（酸素吸着量、窒素吸着量及び両者の比）を表１に示す。また、図２に有機アミンにジアミノオクタンを用いた試料（ＶＣＡ−Ｃ８Ｄｉ）の酸素の吸着等温線を示す。
【表１】
2004358346.tif 000003
【００３８】
この結果から、本発明の酸素分離剤は、酸素に対し顕著な選択吸着性を示し、有機アミンの炭素数が大きいほど酸素吸着量が大きくなること、モノアミンよりジアミンの方が酸素吸着量が大きいことなどが知れる。この吸着は化学吸着によると考えられ、最も酸素吸着能の大きいＶＣＡ−Ｃ８Ｄｉの場合には、酸素吸着量４２．４ｍｌ（Ｓ．Ｔ．Ｐ）／ｇ、分離率（Ｏ２／Ｎ２）７７という驚異的な酸素選択的吸着特性を示すことが明らかになった。また、本実施例ではデータが得られていないが、炭素数が８を超える有機アミンを用いることにより、酸素吸着量がさらに大きくなることも期待できる。
【００３９】
なお、図２の吸着等温線に見られるように（図２の●，▲記号が吸着過程、○，
△記号が脱着過程を示す）、本発明の酸素分離剤には、減圧するだけでは一旦吸着した酸素が脱着しにくいという問題が残されている。ただし、酸素吸着した分離剤を加熱すると、酸素吸着性能はほぼ最初の状態まで回復するので、酸素吸着剤として繰り返し使用することに問題はない。
【００４０】
（実施例２）
有機アミンとして、ラウリルアミン（Ｃ１２）を用い、実施例１と同様に試料の調製を行なったＶＣＡ−Ｃ１２の熱分解挙動を、示差熱重量分析装置（リガク製ＴＡＳ２０００）で調査し、そのＴＧ曲線をラウリルアミン単体（Ｃ１２）のものと比較した結果を図３に示す。先に述べたように、ホストへのインターカレーションにより、有機アミンの熱的安定性が顕著に増大し、アミン単体の分解温度を大幅に超える温度でも、炭素前駆体がホストの層間に残存していると推測される。
【００４１】
また、ヘキシルアミン（Ｃ６）を用い、インターカレーションまでの工程を実施例１と同様に行なった後、熱処理温度を１００，２００，３００，４００℃の４段階（いずれも真空下で１０時間加熱）に変えて調製した試料（ＶＣＡ−Ｃ６）
について、実施例１と同様に酸素吸着量を測定した結果を図４に示す。この結果から、熱処理温度を３００℃前後にするのが好ましいことが知れる。
【００４２】
（実施例３）
ホスト酸化物としてＬｉＶ３Ｏ８を用いて、ＣａＶ２Ｏ６を用いた上記実施例１の場合と酸素吸着性能を比較した。原料酸化物の調製は、Ｖ２Ｏ５とＬｉ２ＣＯ３をモル比２：１で混合・溶解したこと以外は、実施例１と同様で、イオン交換処理も実施例１と同様に行なった（以下、この粉末試料をＨＶＬと略記する）。有機アミンとしては、オクチルアミン（Ｃ８）とジアミノヘキサン（Ｃ６Ｄｉ）の２種類を用い、実施例１と同様なインターカレーション工程と熱処理工程で、ＨＶＬ−Ｃ８とＨＶＬ−Ｃ６Ｄｉの試料を作製した。酸素と窒素の吸着量測定の装置および方法も実施例１と同じである。測定結果を表２に示す。
【００４３】
【表２】
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この結果を表１の結果と比較してみると、Ｃａ系はＬｉ系より酸素吸着量が大きく、オクチルアミン（Ｃ８）では３倍近く、ジアミノヘキサン（Ｃ６Ｄｉ）では４倍近くになっており、これに伴って分離率（Ｏ２／Ｎ２）もＣａ系の方が顕著に大きくなっている。この結果からホスト酸化物中の元素Ｍとして、Ｃａを用いるのが好ましいことが明らかになった。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の酸素分離剤は、層状無機化合物の層間に導入された有機アミンを熱処理により炭素前駆体とし、この炭素前駆体の選択的酸素吸着性を利用して、酸素・
窒素の分離を図るものである。この材料の最適構造の設計について検討した結果、
当初目標を上回る酸素吸着性能、酸素・窒素分離性能を有する材料を提供することが可能となった。これにより、空気分離ＰＳＡ法による酸素製造コストの大幅な低減への途が開かれるものと期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の酸素分離剤のホスト酸化物の原子配列の例を示す模式図である。
【図２】本発明の酸素分離剤の吸着等温線の例を示す図である。
【図３】本発明の酸素分離剤の示差熱分析結果の例で、原料有機アミンとの熱分解挙動の比較を示す図である。
【図４】本発明の酸素分離剤における熱処理温度の影響の例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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