鹿児島県産シラスを活用した

軽石状ゼオライト複合体

神奈川県立産業技術総合研究所
機械・材料技術部
主任研究員 小野 洋介

1

ゼオライト
原子配列からなる骨格構造が規則的なマイクロ孔を形成する結晶

骨格構造は多様、2021年10月時点で255種存在する（国際ゼオライト学会がアルファベット3文字のコードを付与）

例)

LTACHA

FAU
2

紹介する新技術の概要※ 鹿児島県工業技術センターとの共同研究の成果

軽石のマクロ孔とゼオライトのマイクロ孔を併せ持つ新材料

mm～mmの軽石の大きな孔

軽石状

水に浮く
指でつまめるÅ～nmの分子レベルの細孔

イオン交換能・吸着能
分子ふるい触媒能Y. Ono, T. Masunaga, and K. Sodeyama, Microporous and Mesoporous Materials 328 (2021) 111500.

3紹介する新技術の概要
天然資源の有効利用

軽石の表面のみにゼオライトを生成

化学反応

CHA zeolite

100℃以下鹿児島県産シラス軽石を用いた実施例を紹介※特許請求項ではシラス軽石に限定していません

FAU zeolite4キーポイント
軽石原料が担う２つの役割の両立
ゼオライトの原料として、Si、Al成分の溶解＆析出析出したゼオライトの支持体として、多孔構造の維持※軽石を「溶解したい役割」と「溶解したくない役割」を両立しなければならない

Na+OH-

Liquid phase

Solid phase

OH-Na+OH-

OH-

Na+Na+
Al3+

Si4+
Si4+ 2+Al3+ Si4+ + Si4+ Si4+
K
Ca
Si
Si
Si
AlO
OO
軽石反応

Na+Na+OH- Si4+ OHSi4++ 3+Si4+
Si4+ Na Al
OHSi4+Na+Al3+ Na+ Si4+OHSi

O

AlO

SiO

Si5

従来技術・類似品
高・多孔体表面にゼオライトを析出した複合体

・ゼオライトをメインとする天然の多孔体類
似 ・多孔体にゼオライトを担持した複合体
性・成形した多孔性ゼオライト(複合体)
低・粉末状のゼオライト複合体※これらと比較した本技術の特徴を次頁以降に記す
6

特徴１：軽石状
作製試料のSEM写真；反応後も孔構造を残している・水に浮く→回収性、分離性・つまめる→取扱性、作業性

0.1 ㎜

7

特徴２：高機能種のゼオライト
水熱反応

Intensity

Qaa CCCCCa
CCCQaa C
C C CCC C aCa C C C
C CC C CCC C aC C C C
C Ca
Qaa
C
C CCCCQaCaa
QC
C CC C CC C CCC C Ca
G CGCCC CQaC
C GC C C
GCCaaFaF F F F F F FF F F FFF FF Fa F FFFFaaFF F
F F F F F F FFFF FaGa FFaFFF
GFF
F FFGaFF F
GF F FF F FGF L F FL F F F LFFFLF QFLaa FLFFFF FF F
5152535

NaOH濃度、温度、時間

1M 100oC-20h.

C: CHA zeolite
F: FAU zeolite
L: LTA zeolite
G: GIS zeolite

2M 80oC-20h.
2M 90oC-20h.
C 2M 100oC-20h.
3M 70oC-20h.
3M 80oC-20h.
a: Anorthite, Albite
C 3M 90oC-20h.
C 3M 100oC-20h. Q: Quartz
4M 70oC-20h.
※C, F, L, Gがゼオライト
4M 80oC-20h.
4M 90oC-20h.
4M 100oC-20h.
未処理CCCFF
FF
FF
FF
455565

CuKa 2q8特徴２：高機能種のゼオライト
CHA型
細孔径0.38 nm

FAU型
細孔径0.74 nm

・放射性物質（Cs+）除染・排ガス（NOx）浄化触媒
・工業触媒（MTO）

・分子ふるい・空気精製（CO2吸着分離）
・石油精製触媒9特徴３：一体構造
原料 (before)

CHA-3M100oC

10 μm
軽石表面に緻密に生成した鞠状のゼオライト

生成ゼオライトが軽石支持体と一体構造を形成；密着性

10 μm10

特徴３：一体構造
FAU-4M100oC

多様な形態のゼオライトが生成

10 μm

11

特徴３：比表面積が高い
吸着量 (cm3 g-1)

N2ガス
4M100oC
マイクロ孔による吸着

1M100oC
2M100oC
シラス軽石

3M100oC
マイクロトラック・ベル(株)製

相対圧 p/p0

BELSORP-max II12特徴３：比表面積が高い
水熱

70℃

80℃

90℃

100℃

1M－－－(CHA)
145 m2/g

2M－(CHA)(CHA)
6 m2/gCHA
95 m2/g

10 m2/g

(CHA)

(CHA)
44 m2/g

CHA, (GIS)
51 m2/g(FAU)
129 m2/g

FAU
439 m2/g

FAU, GIS
350 m2/g

FAU, (LTA)
150 m2/g

3M
4M

XRDピーク無し※シラス軽石の比表面積は 1.4 m2/g

13

特徴４：NH4+吸着能が高い
1M 100oC 20h.

吸着速度の比較

Ci: 10 mM, t: 24h.

4M 80℃ 20h.試料

29

3M 100oC 20h.

48

4M 100oC 20h.

38

4M 80oC 20h.

38

シラス軽石-1

市販品：FAUゼオライト粉末

15NH4+ 濃度 C (mM)

試料

NH4＋除去率 (%)

粉状（粉砕：有）軽石状（粉砕：無）時間 t (hour)14特徴５：シンプルな製造方法
代表的な化学組成 (mass%)

SiO2:Al2O3:Fe2O3:Na2O:K2O:CaO= 72 : 13 : 2 : 4 : 4 : 2(例)シラス軽石

30 円/kg

反応温度

100oC以下NaOH aq.中
密閉容器で加熱するだけ
Na+OH-OHNa+

15

特徴５：シンプルな製造方法（常圧）常圧 1M 100oC 20h.

常圧条件でもゼオライトが生成

16

他の原料は？(課題)
SiO2-Al2O3を主成分とする物質であれば可能性あり
岩、石
無機系建材（レンガ）
無機系産業廃棄物結晶化するゼオライト相のコントロールやロット間バラつき、性能の確認、スケールアップ等が必要

17

想定用途１：水槽の水質維持★水に浮くため回収作業が簡単（水面から網ですくって回収）◇設備を持たない小規模養殖業者
家庭用水槽（熱帯魚など）
イメージ図

18

想定用途２：放射性物質の除染★取扱性が高いため遠隔操作ロボットを利用
汚染水に撒いてすくって回収、汚泥と混ぜて比重差で回収◇福島第一原発等
イメージ図

19

想定用途３：アオコ・赤潮対策
光触媒と複合化★プランクトンは光合成しやすい水面近傍で繁殖するため効率よく光分解＆窒素成分吸着
イメージ図

植物プランクトンが発生する水面近傍で光分解

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企業への期待
特許ライセンス契約による技術移転
他材料への水平展開の場合は研究受託も検討※外部資金への共同申請の可能性もあり特許ライセンス契約
必要に応じて研究の委託／受託

鹿児島県

企業
21

本技術に関する知的財産権
発明の名称 ：ゼオライト複合体及びその製造方法
出願番号 ：特願2021-018750
出願人：神奈川県立産業技術総合研究所
鹿児島県
発明者：小野 洋介、袖山研一、増永卓朗

22お問い合わせ先－ライセンスについて－
神奈川県立産業技術総合研究所（溝の口支所）
企画部 知財戦略課

TEL
FAX

０４４－８１９－２０３５
０４４－８１９－２０２６

E-mailchizai@kistec.jp

23

お問い合わせ先－技術について－神奈川県立産業技術総合研究所（海老名本部）
機械・材料技術部
技術相談専用電話（平日 8:30~12:00, 13:00~17:15）
TEL
０４６－２３６－１５１０FAX
０４６－２３６－１５２７※メール相談をご希望の場合は、KISTECホームページのメール技術相談フォームをご利用ください。
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