1. 吸着分離プロセスの概要
吸着とは、流体（気体または液体）が固体の多孔質物質と接触すると、流体中の 1 つまたは複数の成分が多孔質物質の外面および微細孔の内面に移動して、これらの表面に濃縮されて、単分子層または多分子層プロセスを形成します。
吸着される流体は吸着質と呼ばれ、多孔質固体粒子自体は吸着剤と呼ばれます。
吸着質と吸着剤の物理的および化学的特性が異なるため、異なる吸着質に対する吸着剤の吸着容量も異なります。高い吸着選択性により、吸着相と吸収相の成分を濃縮し、物質の分離を実現します。
2. 吸着・脱着工程
吸着プロセス: 濃縮プロセスまたは液化プロセスとして考えることができます。したがって、温度が低く、圧力が高いほど、吸着容量は大きくなります。すべての吸着剤について、液化しやすい（沸点が高い）ガスほど吸着量が多く、液化しにくい（沸点が低い）ガスは吸着量が低くなります。
脱着プロセス: ガス化または揮発のプロセスと考えることができます。したがって、温度が高く圧力が低いほど、脱離はより完全になります。すべての吸着剤について、液化性が高い (沸点が高い) ガスは脱離しにくく、液化性が低い (沸点が低い) ガスは脱離しやすくなります。
3. 吸着分離の原理と分類
吸着には物理吸着と化学吸着があります。
物理吸着分離の原理：固体表面の原子や基と異物との吸着力（ファンデルワールス力、静電気力）の差を利用して分離します。吸着力の大きさは、吸着剤と吸着質の両方の特性に関係します。
化学吸着分離の原理は、固体吸着剤の表面で化学反応が起こり、吸着物質と吸着剤が化学結合で結合する吸着過程を利用しているため、選択性が強いです。化学吸着は一般に遅く、単層しか形成できず、不可逆的です。
4. 一般的な吸着剤の種類
一般的な吸着剤には主にモレキュラーシーブ、活性炭、シリカゲル、活性アルミナなどが含まれます。
モレキュラーシーブ: 規則的な微孔性チャネル構造を持ち、比表面積は約 500 ～ 1000m²/g、主に微小孔があり、細孔サイズの分布は 0.4 ～ 1nm です。モレキュラーシーブの吸着特性は、モレキュラーシーブの構造、組成、対カチオンの種類を調整することで変えることができます。モレキュラー シーブは主に、特徴的な細孔構造と、平衡カチオンとモレキュラー シーブの枠組みの間のクーロン力場に依存して吸着を生成します。これらは優れた熱安定性および水熱安定性を備えており、さまざまな気相および液相の分離および精製に広く使用されています。吸着剤は、強い選択性、高い吸着深さ、使用時の大きな吸着容量という特徴を持っています。
活性炭: 豊富なミクロ細孔とメソ細孔構造を持ち、比表面積は約 500 ～ 1000m²/g、細孔径分布は主に 2 ～ 50nm の範囲にあります。活性炭は主に吸着物が発生するファンデルワールス力を利用して吸着を生じ、主に有機化合物の吸着、重質炭化水素系有機物の吸着除去、消臭などに使用されます。
シリカゲル: シリカゲルベースの吸着剤の比表面積は約 300 ～ 500m²/g で、主にメソ多孔質で、細孔サイズ分布は 2 ～ 50nm で、細孔の内面には表面水酸基が豊富です。主にCO₂などを生成するための吸着乾燥や圧力スイング吸着に使用されます。
活性アルミナ: 比表面積は 200 ～ 500m²/g、主にメソ細孔、細孔径分布は 2 ～ 50nm です。主に乾燥・脱水、酸性排ガス浄化等に使用されます。
