(57)【要約】【課題】少量の加熱量でゼオライトの合成が可能であり、容易に組成の調整が可能となるゼオライトの製造方法、及びゼオライト製造装置を提供する。【解決手段】金属アルミニウム及び単体シリコンを水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液に溶解させて、混合溶液を製造し、混合溶液からゼオライトを晶析させる。金属アルミニウム又は単体シリコンを前記アルカリ水溶液に溶解させる反応は発熱反応であり、更にこの反応によって水素ガスが発生する。発生する熱及び水素ガスによって容易に高温・高圧状態を得ることができるので、ゼオライトを合成するための加熱量が少なくなる。またゼオライト中に含まれるアルミニウム、シリコン及びナトリウムの組成比を容易に調整することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム源及びシリコン源からなる原料を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、混合溶液を製造する工程と、該工程で製造した前記混合溶液からゼオライトを晶析させる工程とを含むゼオライトの製造方法において、
前記原料は、金属アルミニウム及び／又は単体シリコンを含むことを特徴とするゼオライトの製造方法。
【請求項２】
金属アルミニウムを含むアルミニウム源を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、アルミニウム溶液を製造するアルミニウム溶解工程と、
単体シリコンを含むシリコン源を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、シリコン溶液を製造するシリコン溶解工程と、
前記アルミニウム溶解工程で製造した前記アルミニウム溶液及び前記シリコン溶解工程で製造した前記シリコン溶液を混合した混合溶液を製造する工程と、
該工程で製造した前記混合溶液からゼオライトを晶析させる工程と
を含むことを特徴とするゼオライトの製造方法。
【請求項３】
金属アルミニウムを含むアルミニウム源を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、アルミニウム溶液を製造するアルミニウム溶解工程と、
シリコン源を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、シリコン溶液を製造するシリコン溶解工程と、
前記アルミニウム溶解工程で製造した前記アルミニウム溶液及び前記シリコン溶解工程で製造した前記シリコン溶液を混合した混合溶液を製造する工程と、
該工程で製造した前記混合溶液からゼオライトを晶析させる工程と
を含むことを特徴とするゼオライトの製造方法。
【請求項４】
アルミニウム源を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、アルミニウム溶液を製造するアルミニウム溶解工程と、
単体シリコンを含むシリコン源を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、シリコン溶液を製造するシリコン溶解工程と、
前記アルミニウム溶解工程で製造した前記アルミニウム溶液及び前記シリコン溶解工程で製造した前記シリコン溶液を混合した混合溶液を製造する工程と、
該工程で製造した前記混合溶液からゼオライトを晶析させる工程と
を含むことを特徴とするゼオライトの製造方法。
【請求項５】
前記アルカリ水溶液は水酸化ナトリウム水溶液であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のゼオライトの製造方法。
【請求項６】
アルミニウム源及びシリコン源からなり、金属アルミニウム及び／又は単体シリコンを含む原料を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、混合溶液を製造する手段と、
該手段で製造した前記混合溶液からゼオライトを晶析させる手段と
を備えることを特徴とするゼオライト製造装置。
【請求項７】
金属アルミニウムを含むアルミニウム源を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、アルミニウム溶液を製造するアルミニウム溶解手段と、
単体シリコンを含むシリコン源を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、シリコン溶液を製造するシリコン溶解手段と、
前記アルミニウム溶解手段で製造した前記アルミニウム溶液及び前記シリコン溶解手段で製造した前記シリコン溶液を混合した混合溶液を製造する手段と、
該手段で製造した前記混合溶液からゼオライトを晶析させる手段と
を備えることを特徴とするゼオライト製造装置。
【請求項８】
前記アルミニウム源及び／又は前記シリコン源が前記アルカリ水溶液に溶解する際に発生する水素を回収する手段を更に備えることを特徴とする請求項６又は７に記載のゼオライト製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゼオライトの製造方法及びゼオライト製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゼオライトは、沸石とも呼ばれ、アルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオンを含むアルミノケイ酸塩であり、可逆脱水が可能な水と弱く結合しており、多孔質性の３次元網目状構造を持つことを特徴とする。ゼオライトは、結晶中の細孔及び金属イオンの働きにより、吸着機能、分子ふるい機能、陽イオン交換機能及び触媒機能を持つので、調湿、脱臭、野菜保鮮、アスファルト改質、ガス精製、石油精製、フロンガスの分解除去、有機塩素系の分解除去、ディーゼル排気中ＮＯx の分解除去、硬水の軟水化、土壌改良、酸性雨対策及びコンクリート白華防止等、種々の用途に利用されている。
【０００３】
従来利用されているゼオライトには、天然鉱物として産出された天然ゼオライト、化学薬品で人工的に合成された合成ゼオライト、及び石炭灰を水熱処理して製造された人工ゼオライトが知られており、その中には化学組成及び結晶構造が相異なる多数の種類のゼオライトが含まれている。天然ゼオライト及び人工ゼオライトは機能が制限されており、用途に応じてその機能を制御することは困難であるので、合成ゼオライトの合成条件を制御することによって、種々の用途に応じたより優れた機能を有するゼオライトを得ているのが現状である。
【０００４】
ゼオライトを合成するためには、シリカ源、アルミナ源、アルカリ源及び水等の原料が必要である。シリカ源としては、珪酸ナトリウム（Ｎａ2 ＳｉＯ3 ）、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ又はアルコキシド等が用いられる。アルミナ源としては、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）、アルミン酸ナトリウム（Ｎａ2 Ａｌ2 Ｏ4）又はアルコキシド等が用いられる。またアルカリ源としては、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウム等が用いられる。以上の原料は、いずれもシリコン又はアルミニウムの塩類、酸化物若しくは水酸化物などの化合物である。ゼオライトの合成は、一般に、水の存在下で高温高圧に保持する水熱反応を利用する水熱合成法で行い、所望の化学組成になるように調製した反応性の高い非晶質のヒドロゲルをオートクレーブ等の圧力容器に仕込み、所定温度（〜250℃）で加熱することにより合成されている。
【０００５】
また従来、廃棄物を用いてゼオライトを製造する方法が提案されている。特許文献１には、廃棄物である石炭灰からゼオライトを製造する技術の例が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−３０６６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のゼオライトの製造方法では、一般的には少なくとも１００℃以上の温度でゼオライトを合成することが多く、製造時に外部から熱を加える必要があるので、製造時のコストが大きいという問題がある。また従来技術におけるゼオライトの原料は、シリコン又はアルミニウムの塩類、酸化物若しくは水酸化物等の化合物であるので、ゼオライトの組成の調整が困難であるという問題がある。更に、従来、半導体及びアルミニウム製品の製造工程において、切削粉又は端材等の形態で単体シリコン及び金属アルミニウムの廃棄物が大量に発生しており、これらの廃棄物の利用方法が求められている。
【０００７】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、単体シリコン又は金属アルミニウムを原料とすることによって、より少量の加熱量でゼオライトの合成が可能であり、容易に組成の調整が可能となるゼオライトの製造方法、及びゼオライト製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明に係るゼオライトの製造方法は、アルミニウム源及びシリコン源からなる原料を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、混合溶液を製造する工程と、該工程で製造した前記混合溶液からゼオライトを晶析させる工程とを含むゼオライトの製造方法において、前記原料は、金属アルミニウム及び／又は単体シリコンを含むことを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係るゼオライトの製造方法は、金属アルミニウムを含むアルミニウム源を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、アルミニウム溶液を製造するアルミニウム溶解工程と、単体シリコンを含むシリコン源を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、シリコン溶液を製造するシリコン溶解工程と、前記アルミニウム溶解工程で製造した前記アルミニウム溶液及び前記シリコン溶解工程で製造した前記シリコン溶液を混合した混合溶液を製造する工程と、該工程で製造した前記混合溶液からゼオライトを晶析させる工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
第３発明に係るゼオライトの製造方法は、金属アルミニウムを含むアルミニウム源を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、アルミニウム溶液を製造するアルミニウム溶解工程と、シリコン源を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、シリコン溶液を製造するシリコン溶解工程と、前記アルミニウム溶解工程で製造した前記アルミニウム溶液及び前記シリコン溶解工程で製造した前記シリコン溶液を混合した混合溶液を製造する工程と、該工程で製造した前記混合溶液からゼオライトを晶析させる工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
第４発明に係るゼオライトの製造方法は、アルミニウム源を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、アルミニウム溶液を製造するアルミニウム溶解工程と、単体シリコンを含むシリコン源を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、シリコン溶液を製造するシリコン溶解工程と、前記アルミニウム溶解工程で製造した前記アルミニウム溶液及び前記シリコン溶解工程で製造した前記シリコン溶液を混合した混合溶液を製造する工程と、該工程で製造した前記混合溶液からゼオライトを晶析させる工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
第５発明に係るゼオライトの製造方法は、前記アルカリ水溶液は水酸化ナトリウム水溶液であることを特徴とする。
【００１３】
第６発明に係るゼオライト製造装置は、アルミニウム源及びシリコン源からなり、金属アルミニウム及び／又は単体シリコンを含む原料を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、混合溶液を製造する手段と、該手段で製造した前記混合溶液からゼオライトを晶析させる手段とを備える。
【００１４】
第７発明に係るゼオライト製造装置は、金属アルミニウムを含むアルミニウム源を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、アルミニウム溶液を製造するアルミニウム溶解手段と、単体シリコンを含むシリコン源を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、シリコン溶液を製造するシリコン溶解手段と、前記アルミニウム溶解手段で製造した前記アルミニウム溶液及び前記シリコン溶解手段で製造した前記シリコン溶液を混合した混合溶液を製造する手段と、該手段で製造した前記混合溶液からゼオライトを晶析させる手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
第８発明に係るゼオライト製造装置は、前記アルミニウム源及び／又は前記シリコン源が前記アルカリ水溶液に溶解する際に発生する水素を回収する手段を更に備えることを特徴とする。
【００１６】
第１、第２、第３、第４、第６及び第７発明においては、アルミニウム源及びシリコン源からなり、金属アルミニウム及び／又は単体シリコンを含む原料を、ナトリウムを含むアルカリ水溶液に溶解させて、混合溶液を製造し、製造した混合溶液からゼオライトを晶析させる。金属アルミニウム及び／又は単体シリコンを前記アルカリ水溶液に溶解させる反応は発熱反応であり、更にこの反応によって水素ガスが発生する。従って、製造した混合溶液は容易に高温・高圧の状態となり、混合溶液中で効率よくゼオライトが水熱合成される。
【００１７】
第５発明においては、金属アルミニウム及び／又は単体シリコンを溶解させるアルカリ水溶液として、水酸化ナトリウム水溶液を用いることにより、効率的にゼオライトが製造される。
【００１８】
第８発明においては、金属アルミニウム及び／又は単体シリコンがアルカリ水溶液に溶解する際に発生する水素を回収することにより、エネルギーが得られる。
【発明の効果】
【００１９】
第１、第２、第３、第４、第６及び第７発明においては、発生する熱及び水素ガスによって容易に高温・高圧状態を得ることができるので、ゼオライトを合成するための条件を得るために外部から投入するエネルギーが従来技術に比べて少なくなる。またゼオライトの原料である単体シリコン及び金属アルミニウムとして切削粉又は端材等の廃棄物を利用することができる。また単体シリコン及び金属アルミニウムという高純度の原料を用い、更に高温・高圧状態でゼオライトを合成することができるので、原料の溶解及びゼオライトの合成に必要な時間を従来技術に比べて短縮することができる。従って、より低コストでゼオライトを製造することが可能となる。
【００２０】
第５発明においては、単体シリコン及び金属アルミニウムという高純度の原料を水酸化ナトリウム水溶液に溶解させてゼオライトを製造するので、製造するゼオライト中に含まれるアルミニウム、シリコン及びナトリウムの組成比を容易に調整することが可能となり、所望の特性を有するゼオライトを容易に合成することが可能となる。
【００２１】
第８発明においては、発生する水素ガスを回収することで、廃棄物からエネルギーを得ることができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図１は、本発明のゼオライトの製造方法を示す概念図である。本発明では、アルミニウム源として金属アルミニウム、シリコン源として単体シリコンを用い、これら金属アルミニウム及び単体シリコンをアルカリ水溶液である水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液に溶解させる。金属アルミニウム及び単体シリコンを水酸化ナトリウム水溶液に溶解させる反応は発熱反応であり、同時に水素ガスが発生する。金属アルミニウム及び単体シリコンを水酸化ナトリウム水溶液に溶解させた混合溶液を所定時間熟成させることで、各種のゼオライトが合成される。Ａ型ゼオライトが合成される化学反応式を下記に示す。
Ｓｉ＋Ａｌ＋ＮａＯＨ＋５．２５Ｈ2 Ｏ
→  ＮａＡｌＳｉＯ4 ・２．２５Ｈ2 Ｏ＋３．５Ｈ2
【００２３】
熟成した混合溶液から、ゼオライトが晶析される。晶析したゼオライトを濾過により混合溶液から分離し、水洗及び乾燥によってゼオライトが得られる。
【００２４】
従来技術では、アルミニウム源及びシリコン源として、塩類又は酸化物等の化合物を用いていたのに対し、本発明では、金属アルミニウム及び単体シリコンを用いるので、混合溶液中のアルミニウム、シリコン及びナトリウムの量の比率を容易に調整することができる。これにより、製造するゼオライト中に含まれるアルミニウム、シリコン及びナトリウムの組成比を容易に調整することが可能となり、所望の特性を有するゼオライトを容易に合成することが可能となる。
【００２５】
また従来技術では、ゼオライトを水熱合成法で製造するために加熱及び加圧が必要であったのに対し、本発明では、金属アルミニウム及び単体シリコンを水酸化ナトリウム水溶液に溶解させる反応は発熱反応であって、更には水素ガスが発生するので、反応系を密封することで発生する熱及び水素ガスによって容易に高温・高圧状態を得ることができる。従って、本発明では、ゼオライトを合成するための条件を得るために外部から投入するエネルギーが従来技術に比べて少なくなる。
【００２６】
また本発明では、ゼオライトの原料に含まれる金属アルミニウムとして、アルミニウムの切削粉、端材又はアルミニウム製品の廃品等、アルミニウム廃棄物を利用することができる。またゼオライトの原料に含まれる単体シリコンとして、半導体製造時に発生するシリコンの切削粉又は端材等のシリコン廃棄物を利用することができるので、資源の有効利用を促進することができる。更に、発生した水素ガスを回収することで、廃棄物からエネルギーを得ることができる。
【００２７】
図２は、本発明のゼオライト製造装置の第１の構成例を示すブロック図である。ゼオライト製造装置は、単体シリコンを水酸化ナトリウム水溶液に溶解させるシリコン溶解器１１と、金属アルミニウムを水酸化ナトリウム水溶液に溶解させるアルミニウム溶解器１２とを備えている。シリコン溶解器１１及びアルミニウム溶解器１２は、シリコンを水酸化ナトリウム水溶液に溶解させたシリコン溶液とアルミニウムを水酸化ナトリウム水溶液に溶解させたアルミニウム溶液とを混合し、ゼオライトの水熱合成を行う合成反応器１３に配管で接続されている。合成反応器１３は、合成したゼオライトを溶液から分離する分離器１４に配管で接続されている。分離器１４には、ゼオライトを分離した溶液を回収してシリコン溶解器１１及びアルミニウム溶解器１２へ戻す配管が接続されており、更に、分離したゼオライトを乾燥させる乾燥器１５が配管で接続されている。乾燥器１５には、乾燥したゼオライトを回収するゼオライト回収器１７が設けられている。更に、シリコン溶解器１１及びアルミニウム溶解器１２には、単体シリコン及び金属アルミニウムが水酸化ナトリウム水溶液に溶解する際に発生する水素ガスを回収する水素回収器１６が配管で接続されている。
【００２８】
シリコン溶解器１１は、所定比率の水酸化ナトリウム及び精製水を供給されることで所定濃度の水酸化ナトリウム水溶液を生成し、更に所定量の単体シリコンを供給され、攪拌を行って所定量の単体シリコンを所定濃度の水酸化ナトリウム水溶液に溶解させる溶解槽である。またアルミニウム溶解器１２は、所定比率の水酸化ナトリウム及び精製水を供給されることで所定濃度の水酸化ナトリウム水溶液を生成し、更に所定量の金属アルミニウムを供給され、攪拌を行って所定量の金属アルミニウムを所定濃度の水酸化ナトリウム水溶液に溶解させる溶解槽である。単体シリコン及び金属アルミニウムが水酸化ナトリウム水溶液に溶解する反応は発熱反応であり、溶解の進行によってシリコン溶液及びアルミニウム溶液は高温となる。また単体シリコン及び金属アルミニウムが水酸化ナトリウム水溶液に溶解する反応によって水素ガスが発生するので、溶解の進行によってシリコン溶解器１１及びアルミニウム溶解器１２内は高圧となる。
【００２９】
シリコン溶解器１１及びアルミニウム溶解器１２は、共に、断熱性及び耐圧性を有する密閉容器で構成されており、シリコン溶解器１１は高温・高圧状態のシリコン溶液を合成反応器１３へ供給し、アルミニウム溶解器１２は高温・高圧状態のアルミニウム溶液を合成反応器１３へ供給する。またシリコン溶解器１１及びアルミニウム溶解器１２は、溶解槽内の圧力が所定範囲内に収まるように、発生する水素ガスを適宜放出し、水素回収器１６は、シリコン溶解器１１及びアルミニウム溶解器１２からの水素ガスを回収する。シリコン溶解器１１へ供給する単体シリコンの量とアルミニウム溶解器１２へ供給する金属アルミニウムの量とを調整することにより、製造するゼオライトの組成比を制御することができる。
【００３０】
合成反応器１３は、シリコン溶解器１１から供給されたシリコン溶液とアルミニウム溶解器１２から供給されたアルミニウム溶液とを攪拌混合し、ゼオライトの水熱合成を行う反応槽である。シリコン溶液及びアルミニウム溶液は予め高温・高圧状態となっているので、合成反応器１３では、効率よくゼオライトの水熱合成が行われる。合成反応器１３は、シリコン溶液及びアルミニウム溶液を混合した混合溶液を所定時間保持することによって、混合溶液からゼオライトを晶析させる。なお、合成反応器１３は、加熱及び放熱によって反応槽内の温度を調整する手段を備え、反応槽内の温度を所定温度に保つことによって、効率的にゼオライトを晶析させる構成であってもよい。合成反応器１３は、次に、晶析したゼオライトを含む溶液を分離器１４へ供給する。
【００３１】
分離器１４は、濾過によって溶液からゼオライトを分離し、分離したゼオライトを水洗し、水洗したゼオライトを脱水し、脱水後の結晶体のゼオライトを乾燥器１５へ供給する。また分離器１４は、ゼオライトを分離した溶液をシリコン溶解器１１及びアルミニウム溶解器１２へ適宜供給する。乾燥器１５は、分離器１４から供給されたゼオライトを乾燥させ、ゼオライト回収器１７は、乾燥器１５が乾燥させたゼオライトを回収する。
【００３２】
以上の如きゼオライト製造装置では、単体シリコン及び金属アルミニウムという高純度の原料を用い、更に高温・高圧状態でゼオライトを合成することができるので、原料の溶解及びゼオライトの合成に必要な時間を従来技術に比べて短縮することができる。本発明では、原料として廃棄物を利用することができ、またゼオライトの製造のために外部から投入するエネルギーが従来技術に比べて少なくなり、更にゼオライトの製造に必要な時間が従来技術に比べて短縮するので、より低コストでゼオライトを製造することが可能となる。
【００３３】
図３は、本発明のゼオライト製造装置の第２の構成例を示すブロック図である。ゼオライト製造装置は、単体シリコン及び金属アルミニウムを水酸化ナトリウム水溶液に溶解させ、水熱合成によりゼオライトを合成させる溶解・合成反応器２１を備えている。溶解・合成反応器２１は、分離器１４に配管で接続されており、更に水素回収器１６が配管で接続されている。分離器１４には、ゼオライトを分離した溶液を回収して溶解・合成反応器２１へ戻す配管が接続されており、更に、乾燥器１５が配管で接続されている。乾燥器１５には、ゼオライトを回収するゼオライト回収器１７が設けられている。
【００３４】
溶解・合成反応器２１は、所定比率の水酸化ナトリウム及び精製水を供給されることで所定濃度の水酸化ナトリウム水溶液を生成し、更に所定量比の単体シリコン及び金属アルミニウムを供給され、攪拌を行って単体シリコン及び金属アルミニウムを水酸化ナトリウム水溶液に溶解させる。溶解・合成反応器２１は断熱性及び耐圧性を有する密閉容器で構成されており、単体シリコン及び金属アルミニウムが水酸化ナトリウム水溶液に溶解することによって、熱及び水素ガスが発生し、溶解・合成反応器２１内は高温・高圧となる。溶解・合成反応器２１は、圧力が所定範囲内に収まるように、発生する水素ガスを適宜放出し、水素回収器１６は、溶解・合成反応器２１から放出された水素ガスを回収する。
【００３５】
溶解・合成反応器２１は、単体シリコン及び金属アルミニウムが水酸化ナトリウム水溶液に溶解した混合溶液を高温・高圧状態に保ち、ゼオライトの水熱合成を行う。更に溶解・合成反応器２１は、混合溶液を所定時間保持することによって、混合溶液からゼオライトを晶析させる。なお、溶解・合成反応器２１は、加熱及び放熱によって混合溶液の温度を調整する手段を備え、混合溶液の温度を所定温度に保つことによって、効率的にゼオライトを晶析させる構成であってもよい。溶解・合成反応器２１は、次に、晶析したゼオライトを含む溶液を分離器１４へ供給する。
【００３６】
分離器１４は、濾過・水洗・脱水によって溶液から分離した結晶体のゼオライトを乾燥器１５へ供給し、ゼオライトを分離した溶液を溶解・合成反応器２１へ適宜供給する。乾燥器１５は、分離器１４から供給されたゼオライトを乾燥させ、ゼオライト回収器１７は、乾燥器１５が乾燥させたゼオライトを回収する。この構成のゼオライト製造装置においても、効率よくゼオライトの製造を行うことができる。この構成のゼオライト製造装置では、単体シリコン及び金属アルミニウムをまとめて水酸化ナトリウム水溶液に溶解させるので、ゼオライト中のシリコン及びアルミニウムの組成比をより容易に調整することができる。
【００３７】
図４は、本発明のゼオライト製造装置の第３の構成例を示すブロック図である。ゼオライト製造装置は、単体シリコンを水酸化ナトリウム水溶液に溶解させるシリコン溶解器３１を備え、シリコン溶解器３１は、シリコンを水酸化ナトリウム水溶液に溶解させたシリコン溶液に金属アルミニウムを溶解させ、水熱合成によりゼオライトを合成させる溶解・合成反応器３２に配管で接続されている。溶解・合成反応器３２は、分離器１４に配管で接続されており、更にシリコン溶解器３１及び溶解・合成反応器３２に水素回収器１６が配管で接続されている。分離器１４には、ゼオライトを分離した溶液を回収してシリコン溶解器３１へ戻す配管が接続されており、更に、乾燥器１５が配管で接続されている。乾燥器１５には、ゼオライトを回収するゼオライト回収器１７が設けられている。
【００３８】
シリコン溶解器３１は、所定比率の水酸化ナトリウム及び精製水を供給されることで所定濃度の水酸化ナトリウム水溶液を生成し、更に所定量の単体シリコンを供給され、攪拌を行って所定量の単体シリコンを所定濃度の水酸化ナトリウム水溶液に溶解させる溶解槽である。シリコン溶解器３１は断熱性及び耐圧性を有する密閉容器で構成されており、単体シリコンが水酸化ナトリウム水溶液に溶解することによって高温・高圧となったシリコン溶液を溶解・合成反応器３２へ供給する。
【００３９】
溶解・合成反応器３２は、シリコン溶解器３１からシリコン溶液を供給され、所定量の金属アルミニウムを供給され、更に水酸化ナトリウム及び精製水を適宜供給されることで、シリコン溶液に金属アルミニウムを溶解させる。溶解・合成反応器３２は断熱性及び耐圧性を有する密閉容器で構成されており、金属アルミニウムがシリコン溶液に溶解することによって、熱及び水素ガスが更に発生し、溶解・合成反応器３２内は高温・高圧となる。シリコン溶解器３１及び溶解・合成反応器３２は、圧力が所定範囲内に収まるように、発生する水素ガスを適宜放出し、水素回収器１６はシリコン溶解器３１及び溶解・合成反応器３２から放出された水素ガスを回収する。
【００４０】
溶解・合成反応器３２は、シリコン溶液に金属アルミニウムが溶解した混合溶液を高温・高圧状態に保ち、ゼオライトの水熱合成を行う。更に溶解・合成反応器３２は、混合溶液を所定時間保持することによって、混合溶液からゼオライトを晶析させる。なお、溶解・合成反応器３２は、加熱及び放熱によって混合溶液の温度を調整する手段を備え、混合溶液の温度を所定温度に保つことによって、効率的にゼオライトを晶析させる構成であってもよい。溶解・合成反応器３２は、次に、晶析したゼオライトを含む溶液を分離器１４へ供給する。
【００４１】
分離器１４は、濾過・水洗・脱水によって溶液から分離した結晶体のゼオライトを乾燥器１５へ供給し、ゼオライトを分離した溶液をシリコン溶解器３１及び溶解・合成反応器３２へ適宜供給する。乾燥器１５は、分離器１４から供給されたゼオライトを乾燥させ、ゼオライト回収器１７は、乾燥器１５が乾燥させたゼオライトを回収する。この構成のゼオライト製造装置においても、効率よくゼオライトの製造を行うことができる。なお、図４に示した構成のゼオライト製造装置では、シリコン溶液に金属アルミニウムを溶解させる構成を示したが、これに限るものではなく、本発明のゼオライト製造装置は、金属アルミニウムを水酸化ナトリウム水溶液に溶解させたアルミニウム溶液を先に製造し、アルミニウム溶液に単体シリコンを溶解させる構成であってもよい。
【００４２】
なお、以上の本実施の形態においては、密封容器の中でゼオライトを合成する形態を示したが、これに限るものではなく、本発明のゼオライト製造装置は、開放系の容器内でゼオライトを合成する形態であってもよい。また以上の本実施の形態においては、単体シリコン及び金属アルミニウムを水酸化ナトリウム水溶液に溶解させた混合溶液を製造する工程と混合溶液からゼオライトを晶析させる工程とを同一の容器で行う形態を示したが、これに限るものではなく、製造した混合溶液を他の容器へ移してからゼオライトを晶析させる形態であってもよい。
【００４３】
更に、本発明におけるゼオライトの原料に含まれる金属アルミニウムは、純粋の金属アルミニウムである必要はなく、他の金属との合金であってもよい。また本発明においては、ゼオライトの原料として、単体シリコンと酸化物等のアルミニウムの化合物とを含む原料を利用しても良く、また酸化物等のシリコンの化合物と金属アルミニウムとを含む原料を利用しても良い。このような場合でも、単体シリコン又は金属アルミニウムを原料として利用することにより、本発明の効果を得ることは可能である。
【００４４】
（実施例１）
次に、本発明を用いて具体的にゼオライトを製造した実施例を説明する。３Ｎの水酸化ナトリウム水溶液１３０ｍｌに金属アルミニウム１．３５ｇを完全に溶解し、アルミニウム溶液を製造した。また３Ｎの水酸化ナトリウム水溶液１４０ｍｌに単体シリコン５．６２ｇを溶解し、シリコン溶液を製造した。アルミニウム溶液及びシリコン溶液の製造の際には、攪拌及び温度調節を適宜行い、また水素の発生が認められた。次に、製造したアルミニウム溶液及びシリコン溶液を１：１．１の割合で混合して、混合溶液を製造した。混合溶液中のアルミニウムとシリコンとナトリウムとのモル比は、０．２５：１：４．１となる。
【００４５】
次に、混合溶液を室温下で３０分間攪拌して熟成させ、精製水を添加して混合溶液を２．８Ｎ又は２．５Ｎに調整した。次に、ウオーターバスを用いて混合溶液の温度を約９０℃に保ちながら、混合溶液を６〜１１時間静止させた。混合溶液を静止させている間に、混合溶液中でゼオライトが合成され、混合溶液からゼオライトが晶析する。晶析したゼオライトを濾過によって溶液から分離し、分離したゼオライトを精製水で洗浄し、室温で乾燥させた。次に、製造したゼオライトの粉末Ｘ線回折の測定を行った。
【００４６】
図５は、実施例１で製造したゼオライトの粉末Ｘ線回折の結果を示す特性図である。図の横軸は入射Ｘ線と回折線とのなす角２θであり、縦軸は回折線の強度である。図５中に示したグラフは、上から、２．５Ｎの混合溶液から８時間晶析させたゼオライト、２．８Ｎの混合溶液から１１時間晶析させたゼオライト、２．８Ｎの混合溶液から８時間晶析させたゼオライト、２．８Ｎの混合溶液から６時間晶析させたゼオライト、及びＸ型ゼオライトの標準試料の夫々のＸ線回折パターンである。図５に示す如く、実施例１に示す条件で製造した各ゼオライトのＸ線回折パターンは、Ｘ型ゼオライトの標準試料のＸ線回折パターンと良く一致しており、実施例１に示す製造条件によってＸ型ゼオライトが製造されていることが明らかである。
【００４７】
（実施例２）
次に、本発明を用いて具体的にゼオライトを製造した他の実施例を説明する。３Ｎの水酸化ナトリウム水溶液に金属アルミニウム及び単体シリコンを溶解し、混合溶液を製造した。混合溶液中のアルミニウムとシリコンとナトリウムとのモル比は、１：１：６となるように調整した。混合溶液の製造の際には水素の発生が認められた。
【００４８】
次に、ウオーターバスを用いて混合溶液の温度を約８０〜８５℃に保ちながら、混合溶液を３〜９時間攪拌した。混合溶液を攪拌している間に、混合溶液中でゼオライトが合成され、混合溶液からゼオライトが晶析する。晶析したゼオライトを濾過によって溶液から分離し、分離したゼオライトを精製水で洗浄し、乾燥させた。次に、製造したゼオライトの粉末Ｘ線回折の測定を行った。
【００４９】
図６は、実施例２で製造したゼオライトの粉末Ｘ線回折の結果を示す特性図である。図の横軸は入射Ｘ線と回折線とのなす角２θであり、縦軸は回折線の強度である。図６中に示したグラフは、上から、９時間晶析させたゼオライト、７時間晶析させたゼオライト、５時間晶析させたゼオライト、３時間晶析させたゼオライト、及びＡ型ゼオライトの標準試料の夫々のＸ線回折パターンである。図６に示す如く、実施例２に示す条件で製造した各ゼオライトのＸ線回折パターンは、Ａ型ゼオライトの標準試料のＸ線回折パターンと良く一致しており、実施例２に示す製造条件によってＡ型ゼオライトが製造されていることが明らかである。
【００５０】
なお、本実施の形態においては、本発明のゼオライトの製造方法の実施例として実施例１及び実施例２のみを示したが、実施例１及び実施例２に示した条件以外の条件でゼオライトを製造して、本発明を実施することも可能である。アルミニウムとシリコンとナトリウムとのモル比、混合溶液の濃度、晶析中の温度及び晶析時間等の条件を調整することにより、Ｘ型及びＡ型のみならず、種々のゼオライトを製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のゼオライトの製造方法を示す概念図である。
【図２】本発明のゼオライト製造装置の第１の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明のゼオライト製造装置の第２の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明のゼオライト製造装置の第３の構成例を示すブロック図である。
【図５】実施例１で製造したゼオライトの粉末Ｘ線回折の結果を示す特性図である。
【図６】実施例２で製造したゼオライトの粉末Ｘ線回折の結果を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１、３１  シリコン溶解器
１２  アルミニウム溶解器
１３  合成反応器
１６  水素回収器
２１、３２  溶解・合成反応器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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