特殊な吸着性を持つモレキュラーシーブの魅力についてBBnetが解説
吸着の概念に革新をもたらしたモレキュラーシーブ。一般的な吸着剤とは異なる独特な構造を持ち、日常生活から産業分野まで幅広く活躍しています。
今回は、BBnetが取り扱うレゾナックユニバーサル社（旧社名 ユニオン昭和）のモレキュラーシーブについて詳しくご紹介します。一般的な吸着剤との違い、特徴的な吸着性能、主な用途、取り扱い時の注意点に加え、化学構造や再生方式についても解説します。これから購入を検討している方は、ぜひ最後までご覧ください。
モレキュラーシーブとは？
モレキュラーシーブは、ユニオンカーバイド社がゼオライトの特異な吸着性に着目して開発した合成ゼオライトです。吸着の分野に新しい概念を導入し、従来の吸着剤よりも多様な用途で活用されています。BBnetが取り扱うレゾナックユニバーサル社は1970年に設立され、優れた吸着性能を持つモレキュラーシーブの製造・販売を続けています。その微細な細孔構造により、水分や不純物を選択的、且つ効率的に吸着し、日常生活や石油精製、石油化学などの産業で欠かせない存在です。
モレキュラーシーブの化学式は一般的に以下の通りです。
M₂/nO・Al₂O₃・xSiO₂・yH₂O （M：金属カチオン、n：原子価）
特に広く使用される4A型と13X型は、それぞれ次の化学式で表されます。
4A: Na₁₂[(AlO₂)₁₂(SiO₂)₁₂]・27H₂O
13X: Na₈₆[(AlO₂)₈₆(SiO₂)₁₀₆]・276H₂O
その基本構造は、珪素またはアルミニウム原子を4つの酸素原子が取り囲む正四面体で構成され（図1）、ナトリウムイオンなどの金属カチオンが電荷のバランスを保ちます。この正四面体が三次元的に結合し、ジャングルジムのような空洞構造を形成します（図2）。例えば、A型モレキュラーシーブでは、直径約1.1nmの球形空洞が細孔でつながり、結晶全体の約半分が空洞で占められています。この構造により、内部表面積が非常に大きく、外部表面への吸着は全体の1%程度（0.2～1.0wt%）にすぎません。
モレキュラーシーブの特徴
モレキュラーシーブは、以下のような独自の吸着特性を持ち、他の吸着剤（シリカゲルや活性炭など）と一線を画します。
1. 均一な細孔による分子篩効果
モレキュラーシーブは、合成結晶アルミノシリケートの含水金属塩でできており、結晶水を加熱除去することで空洞が形成されます。この空洞に到達する細孔は均一な大きさで、細孔径より小さい分子のみを吸着する「分子篩効果」を発揮します。
3A: 3Å（0.3nm）で、主に水分吸着
4A: 4Å（0.4nm）で、水分や二酸化炭素を吸着
5A: 5Å（0.5nm）で、ノルマルパラフィンなどの吸着
13X: 10Å（1.0nm）で、より大きな分子を吸着
この選択性により、混合物から特定の分子（例：水分子）を優先的に吸着できます。
2. 優れた乾燥性能
親水性モレキュラーシーブは、極めて低い水分濃度（0.1ppm以下）でも高い水分吸着性能を発揮します。シリカゲルとの比較では、相対湿度10%以下でモレキュラーシーブは20%程度の水分を吸着するのに対し、シリカゲルは6～7%程度です（図3）。これは、低分圧下でモレキュラーシーブがシリカゲルの約3倍の吸着能力を持つことを示します。
さらに、モレキュラーシーブは比較的高温でも優れた性能を維持します。100℃で13%程度の吸着性能、200℃でも3%程度の水分を吸着可能ですが、シリカゲルは25℃以上で性能が急激に低下し、150℃以上ではほぼ吸着しません（図4）。このため、モレキュラーシーブは高温流体の乾燥において優位性を示します。
3. 極性分子や不飽和物質の優先吸着
モレキュラーシーブの結晶内には金属カチオンが存在し、強い静電引力で極性分子（例：水やメタノール）を優先的に吸着します（図5）。また、不飽和性の高い物質も選択的に吸着する特性があります。例えば、二酸化炭素はカチオンの正電荷により分極し、強く吸着されます。
4. 長寿命と高い耐久性
均一な細孔径により、オレフィン類などの共吸着が起こりにくく、コーキングや重合による汚れが少ないです。また、結晶構造は水との接触で潮解せず、高温での脱水でも崩壊しません。これにより、モレキュラーシーブは長寿命を実現し、省資源で環境に優しい吸着剤として評価されています。操業費や設備費の削減にも貢献します。
モレキュラーシーブの活用方法
モレキュラーシーブは、日常生活から産業分野まで多岐にわたる用途で活躍しています。
1. 日常生活の空調や調湿
除湿機では、低温で水分を吸着する特殊なゼオライトが使用され、省エネ性能を向上させます。脱臭機能付きゼオライトはフィルターに添加され、空気をクリーンに保ちます。また、複層ガラスの結露防止やポリウレタンシーリング材の気泡抑制にも活用され、快適な生活環境を支えます。
2. カーエアコンや冷蔵庫の冷媒乾燥
カーエアコン用途には長期間の運転による振動でも割れ、摩耗による粉化がない吸着剤が求められます。モレキュラーシーブはそれらの要求に応えるため、圧縮強度、摩耗強度特性に優れた製品を取り揃えています。
また、冷蔵庫用途では、冷蔵庫の性能と耐久性を向上させるため、冷蔵回路内の凍結や腐食を防止するための適切な製品をラインアップし、モレキュラーシーブが採用されています。
3. 産業分野での幅広い活躍
水銀吸着剤: エチレン製造で水分や水銀を除去し、配管の閉塞や触媒劣化を防止。国内トップシェアを誇ります。
酸素発生装置: 水分を除去し、高純度な酸素を供給。空気分離では、窒素の選択的吸着を利用して酸素を分離します。
LNG精製: 天然ガスの水分や硫黄化合物を除去し、エネルギー供給を支援します。
モレキュラーシーブの使用方法と再生方式
モレキュラーシーブは、再生せずに使用する場合（例：冷蔵機器の冷媒乾燥）と、吸着塔で再生を繰り返す場合（例：化学プロセス）があります。再生には以下の方式が用いられます。
1. 熱再生方式（TSA）
温度差を利用し、加熱したガス（窒素など）で吸着物質を脱着します（図6）。完全な再生が可能ですが、冷却に時間がかかり、コーキングのリスクがあります（図7）。
2. 圧力変動再生方式（PSA）
高圧で吸着し、常圧または減圧で脱着します（図8）。短いサイクルで再生でき、加熱・冷却が不要です。窒素PSAでは、圧力変化による吸着容量の差を利用します（図9）。
3. パージガス脱着方式
吸着しにくいガス（例：窒素）で被吸着物質の分圧を下げて脱着します。
4. 置換再生方式
吸着されやすい物質で置換し、元の吸着物質を脱着します。
これらの方式は、原料流体や操作条件に応じて選択されます。
モレキュラーシーブを使用する際の注意点
・手袋、マスク着用してお取り扱い頂く事を推奨しております。
詳しくはSDSをご参照下さい。
・水分吸着時に発熱する性質があります。炭化水素や塩化水素との急激な接触は危険です。
・屋内で未開封、水濡れを避けた状態で保管した場合、モレキュラーシーブは基本的に変質するものではありませんが、実際の保管・ご使用に際してはメーカー記載事項に従って下さい。
通常、品質保証期間は屋内保管、未開封の状態で出荷後6か月にてご案内しております。
モレキュラーシーブはBBnetで！
レゾナックユニバーサル社のモレキュラーシーブは、優れた吸着性能と環境配慮で国内外から信頼されています。UOP社と共同開発した「AZ-300」や「OXYSIVTM」シリーズは、特定の用途に最適化されています。購入を検討するなら、便利なBBnetでぜひご確認ください。
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