フォージャサイト

フォージャサイト (フォージャス沸石、) はゼオライトに属するケイ酸塩鉱物の一つである。骨格コードはFAU (faujasite) である。含有する陽イオンの違いによりフォージャサイト-Na、フォージャサイト-Mgおよびフォージャサイト-Caが知られる。これらの基本化学組成は(Na2,Ca,Mg)3.5Al7Si17O48·32H2Oであり、陽イオン含有量は実際にはさまざまである。天然の鉱物としては世界の数箇所でしか確認されていない珍しいものである。

一方で工業的に幅広く合成されているゼオライトでもある。比較的Al量が多いもの (ca. Si/Al < 2) はX型ゼオライト、Al量が少ないもの (ca. Si/Al > 2) はY型ゼオライトと呼ばれる。前者は高いイオン交換容量および親水性を持つ吸着剤として重要である。後者は特に石油化学産業における流動接触分解の固体酸触媒として使われることから、工業的に非常に重要な材料である。

発見
フォージャサイトは1842年にドイツのバーデン＝ヴュルテンベルク州のSasbachおよびKaiserstuhlにあるLimberg Quarriesという場所で最初に発見された。フォージャサイト-Ca、フォージャサイ-Mgに続き、フォージャサイト-Naが1990年台になり見つかった。鉱物名の由来はフランスの地質学者であるバルテルミー・フォジャ・ド・サン＝フォン (1741–1819) に由来する。

フォージャサイトは玄武岩、フォノライト溶岩および凝灰岩中に変質鉱物または自生鉱物として存在する。ほかのゼオライトや、カンラン石、オージャイトおよびネフェリンなどと混合して存在する。

構造
フォージャサイトの骨格構造はソーダライトケージと呼ばれる切頂八面体構造が六角柱を形成するように連なることで形成する。細孔は3次元的に結晶内を広がっている。酸素12員環からなる細孔の大きさは約7.4 Åである。細孔内に存在するケージの直径は12 Åであり、これは10のソーダライトケージに囲まれて形成する。単位格子は立方晶であり、ヘルマン・モーガン記号はCF576、対称性はFd3m, No.227である。格子定数は24.7 Åである。

合成
フォージャサイトは他のゼオライトと同様に、アルミン酸ナトリウムなどのアルミニウム源とケイ酸ナトリウムなどのシリカ源から合成される。カオリナイトなどの他のアルミノケイ酸塩も原料として使われる。これらの原料を水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ条件下で溶解させ、およそ70から300 °C (典型的には100 °C) の条件下で結晶化させる。

一般にゼオライトはSi/Al比が高くなるにつれ安定性が向上することから、比較的Alの少ないY型ゼオライトは高温条件下で安定な固体酸触媒として利用できる。まずNa型のY型ゼオライトをアンモニウム (NH) 型へイオン交換処理をする。その後500 °C以上で加熱する事でアンモニア (NH) が脱離し、プロトン (H) 型となる。

Y型ゼオライトに対し水蒸気処理および酸処理により脱アルミニウムをする事でさらに安定化できる。こうして得られたものはUSY (Ultra Stable Y) ゼオライトと呼ばれ、工業的に重要な触媒である。さらに徹底的に脱アルミニウム処理を行うとシリカのフォージャサイトが得られる。

用途
フォージャサイト、特にY型ゼオライトは重油からガソリンや軽油といった軽質な炭化水素を得る流動接触分解の触媒として使われる。白金やパラジウムを担持させることで水素化分解に用いることもでき、芳香族に富んだ生成物を得ることができる。

一方、X型ゼオライトは吸着剤として有用である。比較的大きな分子の吸着に使われるモレキュラーシーブ13Xとして知られる。また、ガス流からCO2を選択的に吸着することが報告されている。空気分離において空気の予備精製に使われている。

脚注

参考文献
 Subhash Bhatia, Zeolite Catalysis: Principles and Applications, CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida, 1990.
 Ribeiro, F. R., et al., ed., Zeolites: Science and Technology, Martinus Nijhoff Publishers, The Hague, 1984.

関連項目
ゼオライト
ZSM-5
流動接触分解

外部リンク
 Structure type FAU

アルミノケイ酸塩
ケイ酸塩鉱物
触媒
ゼオライト