JP7660876B2 - Adsorbent for alkane and method for separating isooctane - Google Patents
Adsorbent for alkane and method for separating isooctane Download PDFInfo
- Publication number
- JP7660876B2 JP7660876B2 JP2021047477A JP2021047477A JP7660876B2 JP 7660876 B2 JP7660876 B2 JP 7660876B2 JP 2021047477 A JP2021047477 A JP 2021047477A JP 2021047477 A JP2021047477 A JP 2021047477A JP 7660876 B2 JP7660876 B2 JP 7660876B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- isooctane
- adsorption
- alkanes
- adsorbent
- crystals
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Description
特許法第30条第2項適用 1.ウェブサイトにおいて発表 掲載アドレス: https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/chem.202000043 上記掲載アドレスにてダウンロードされるChemistry-A European Journal,vol.26,Issue 38、第8393~8399頁 掲載年月日: 令和2年3月31日Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act 1. Announcement on a website Posting address: https://chemistry-europe. onlinelibrary. wiley. com/doi/abs/10.1002/chem. 202000043 Download from the above posting address Chemistry-A European Journal, vol. 26, Issue 38, pages 8393-8399 Posting date: March 31, 2020
本発明は、アルカンの吸着剤およびイソオクタンの分離方法に関する。 The present invention relates to an alkane adsorbent and a method for separating isooctane.
アルカンは直鎖、分岐、環状アルカンの飽和炭化水素である。電子的偏りが少ないこれらアルカンを効果的に分離する方法は、高度分離精製法や分子認識が発達した現在においても難しい。そのため、効果的にアルカン類を分離できる材料の開発が求められている。なかでも、ガソリンにおけるアルカンの分離はオクタン価の向上のための必須技術とされている。ガソリンは、炭素数4~11から成るアルカンやアルケン、芳香族化合物の混合物であり、リサーチオクタン価(RON)が96以上のガソリンがハイオク、RONが86以上のガソリンがレギュラーに分類される。このRONは、ガソリン中のイソオクタンとn-へプタン混合物中のイソオクタンの体積比で評価される指標である。 Alkanes are saturated hydrocarbons that are linear, branched, or cyclic alkanes. Even today, with the development of advanced separation and refining methods and molecular recognition, it is difficult to effectively separate these alkanes, which have little electronic bias. For this reason, there is a demand for the development of materials that can effectively separate alkanes. In particular, the separation of alkanes from gasoline is considered an essential technology for improving the octane number. Gasoline is a mixture of alkanes and alkenes with carbon numbers of 4 to 11, and aromatic compounds. Gasoline with a research octane number (RON) of 96 or more is classified as high-octane, and gasoline with a RON of 86 or more is classified as regular. This RON is an index evaluated by the volume ratio of isooctane in gasoline to isooctane in a n-heptane mixture.
イソオクタンとn-へプタンの沸点(99℃と98℃)は近いため、蒸留によってn―へプタンを分離し、高RONガソリンを得ることは難しい。ガソリンを高RONにするには、(1)高温・高圧による熱改質法と(2)白金固定化触媒による接触改質法の2つがあり、日本においては(2)が主である。直鎖アルカンの高RON化は、異性化触媒による反応で、直鎖アルカンから分岐アルカンへと変換させることによって実施されている。 Because the boiling points of isooctane and n-heptane (99°C and 98°C) are close, it is difficult to separate n-heptane by distillation to obtain high-RON gasoline. There are two methods for increasing the RON content of gasoline: (1) thermal reforming using high temperature and pressure, and (2) catalytic reforming using a platinum-immobilized catalyst, with (2) being the predominant method in Japan. Linear alkanes are increased in RON content by converting them into branched alkanes in a reaction using an isomerization catalyst.
しかし、この異性化反応は、直鎖アルカンから分岐アルカンへの反応がある一定のところまで進んだ時点で、反応の進行がストップ(反応が平衡に達するため)するというデメリットが存在する。そのため、未反応の直鎖アルカンを除去するため、様々な方法が行われている。その中の一つに、ゼオライト5Aを充填した吸着体と接触させることで分離する方法が挙げられる。一般的に、アルカン自体は、炭素―炭素と炭素―水素の結合で構成される飽和炭化水素化合物である。つまり、アルカンは分極が低く(極性が低い)、吸着剤との十分な相互作用は期待できないことから、未反応の直鎖アルカンと分岐アルカンとを分離するのに時間を要する状況である。 However, this isomerization reaction has the disadvantage that once the reaction from linear alkanes to branched alkanes has progressed to a certain point, the reaction stops (because the reaction reaches equilibrium). For this reason, various methods are used to remove unreacted linear alkanes. One of these is to separate them by contacting them with an adsorbent filled with zeolite 5A. Generally, alkanes themselves are saturated hydrocarbon compounds composed of carbon-carbon and carbon-hydrogen bonds. In other words, alkanes have low polarization (low polarity), and sufficient interaction with the adsorbent cannot be expected, so it takes time to separate the unreacted linear alkanes from the branched alkanes.
ゼオライト5Aの他にも、カーボンモレキュラーシーブをはじめ、新規ゼオライト材料、金属-有機構造体(MOF)など吸着剤としての可能性が報告されているが(非特許文献1)、上記理由により効果的な分離は難しい。そのため、低極性のアルカンを高選択的に分離できる新たな手法や材料の開発が必要である。アルカンの形状やサイズを効果的に認識し、選択的に短時間で吸着できる材料の開発は、これからの高RONガソリン精製に貢献できる重要な研究の一つであると考えられる。 In addition to zeolite 5A, the potential of carbon molecular sieves, new zeolite materials, metal-organic frameworks (MOFs), and other materials as adsorbents has been reported (Non-Patent Document 1), but effective separation is difficult for the reasons mentioned above. Therefore, it is necessary to develop new methods and materials that can separate low-polarity alkanes with high selectivity. The development of materials that can effectively recognize the shape and size of alkanes and selectively adsorb them in a short period of time is considered to be an important research area that can contribute to the refining of high RON gasoline in the future.
以上より、本発明は、従来に比べ短時間でアルカンを吸着することが可能である、新規構造の吸着剤を提供することを課題とする。 Based on the above, the objective of the present invention is to provide an adsorbent with a new structure that is capable of adsorbing alkanes in a shorter time than conventional methods.
本発明者は、鋭意検討の結果、特定構造のチアカリックスアレーンの超分子有機結晶有効成分とする吸着剤により、上記課題を解決可能であることを見出した。 After extensive research, the inventors discovered that the above problems can be solved by using an adsorbent containing a supramolecular organic crystal of a specific thiacalixarene structure as the active ingredient.
第1の本発明は、下記一般式(I)で示されるチアカリックスアレーンから構築される超分子有機結晶を有効成分とすることを特徴とするアルカンの吸着剤である。 The first aspect of the present invention is an adsorbent for alkanes, characterized in that the active ingredient is a supramolecular organic crystal constructed from thiacalixarene represented by the following general formula (I):
第1の本発明において、吸着対象であるアルカンが、分岐アルカンであることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the alkane to be adsorbed is preferably a branched alkane.
第1の本発明において、吸着対象であるアルカンが、イソオクタンであることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the alkane to be adsorbed is preferably isooctane.
第2の本発明は、第1の本発明の吸着剤にイソオクタンとn-へプタンとの混合物から選択的にイソオクタンを吸着させる吸着工程を有するイソオクタンの分離方法である。 The second invention is a method for separating isooctane, which includes an adsorption step in which the adsorbent of the first invention selectively adsorbs isooctane from a mixture of isooctane and n-heptane.
第2の本発明において、前記吸着工程の前に、第1の本発明の吸着剤を加熱することで、前記超分子有機結晶に含まれる結晶化溶媒を除去する工程を備えることが好ましい。 In the second invention, it is preferable to include a step of removing the crystallization solvent contained in the supramolecular organic crystal by heating the adsorbent of the first invention before the adsorption step.
本発明の吸着剤によると、従来に比べ短時間で、アルカンを吸着することが可能である。 The adsorbent of the present invention is capable of adsorbing alkanes in a shorter time than conventional methods.
<吸着剤>
本発明の吸着剤は、下記一般式(I)で示されるチアカリックスアレーンから構築される超分子有機結晶を有効成分とし、吸着対象をアルカンとする、吸着剤である。
<Adsorbent>
The adsorbent of the present invention has as its active ingredient a supramolecular organic crystal constructed from thiacalixarene represented by the following general formula (I), and is an adsorbent having an alkane as its adsorption target.
本発明の吸着剤の特色は、アルカンの構造(形とサイズ)を効果的に認識できるチアカリックスアレーン超分子有機結晶の性質を生かし、「アルカン」、好ましくは、「分岐アルカン」、より好ましくは、RONの評価基準で用いられる「イソオクタン」を効果的に分離できることである。 The characteristic of the adsorbent of the present invention is that it can effectively separate "alkanes", preferably "branched alkanes", and more preferably "isooctane", which is used in the RON evaluation criteria, by taking advantage of the properties of thiacalixarene supramolecular organic crystals, which can effectively recognize the structure (shape and size) of alkanes.
本発明の吸着剤の有効成分である、「チアカリックスアレーン分子1同士が集合により構築されるチャネル型の柔軟な吸着サイトを持った3次元構造の超分子有機結晶」は、次に挙げる特徴を有する。
(1)アルカンの形状やサイズを認識して吸着サイトの「ゲートをON/OFF」する特徴、
(2)ゲートオープニング効果を伴って急激にアルカンを吸着する特徴、
(3)柔軟性のある構造、
これら特徴により、所定の「アルカン」、好ましくは「分岐アルカン」、より好ましくは「イソオクタン」のみを効果的に取り込むことができる。また、イソオクタンを選択的・効果的に分離できることから、高RON化が可能な吸着剤として大いに期待できる。
The active ingredient of the adsorbent of the present invention, "a three-dimensional supramolecular organic crystal having channel-type flexible adsorption sites constructed by the assembly of thiacalixarene molecules 1," has the following characteristics.
(1) The ability to recognize the shape and size of alkanes and "gate" the adsorption site on/off;
(2) The characteristic of rapid adsorption of alkanes accompanied by a gate opening effect.
(3) Flexible structure;
These characteristics allow for effective capture of only a specific "alkane", preferably a "branched alkane", more preferably only isooctane. In addition, since isooctane can be selectively and effectively separated, it is highly expected to be used as an adsorbent capable of achieving a high RON.
(チアカリックスアレーン)
本発明の吸着剤を構成するチアカリックスアレーンは、硫黄元素と芳香族で構成される環状化合物であり、4量体、つまり、チアカリックス[4]アレーンであって、向かい合ったフェノール単位が反転した1,3-alternate型である。
各芳香族環は、4位にBr基を有し、1位にOPr基を有する。
(Thiacalixarenes)
The thiacalixarene constituting the adsorbent of the present invention is a cyclic compound composed of elemental sulfur and aromatic groups, and is a tetramer, i.e., a thiacalix[4]arene, in which the opposing phenol units are inverted to form a 1,3-alternate type.
Each aromatic ring has a Br group at the 4-position and an OPr group at the 1-position.
(超分子有機結晶)
上記したチアカリックスアレーンは、シクロヘキサンを含んだ超分子有機結晶を形成する。上記チアカリックスアレーンとシクロヘキサンとより構成される超分子有機結晶を加熱することにより、シクロヘキサンを結晶外に放出することができる。本明細書において、上記超分子有機結晶から、シクロヘキサンを除いた後の結晶を「活性化結晶」と呼ぶ。
活性化結晶の調製における、温度は、好ましくは80℃以上150℃以下、より好ましくは90℃以上120℃以下である。また、活性化結晶は好ましくは減圧下で加熱することにより調製されるが、減圧度については、特に限定されない。
(Supramolecular organic crystals)
The above-mentioned thiacalixarene forms a supramolecular organic crystal containing cyclohexane. By heating the supramolecular organic crystal composed of the above-mentioned thiacalixarene and cyclohexane, the cyclohexane can be released from the crystal. In this specification, the crystal obtained after removing cyclohexane from the above-mentioned supramolecular organic crystal is called an "activated crystal."
The temperature in the preparation of the activated crystals is preferably 80° C. or higher and 150° C. or lower, more preferably 90° C. or higher and 120° C. or lower. The activated crystals are preferably prepared by heating under reduced pressure, but the degree of reduced pressure is not particularly limited.
本発明者らは、超分子有機結晶からシクロヘキサンを除いた後の活性化結晶は、無孔であるにも関わらず、アルカンの形状とサイズを認識して、アルカンの蒸気を吸着することができることを見出した。その現象とは、アルカンの蒸気圧力がある一定のところに達した時点で、結晶中の吸着ゲートが全開(ゲートオープニング効果)となり、急激にアルカン蒸気を吸着することである。 The inventors discovered that the activated crystal obtained after removing cyclohexane from the supramolecular organic crystal is non-porous, yet is able to recognize the shape and size of alkanes and adsorb alkane vapor. This phenomenon occurs when the vapor pressure of the alkane reaches a certain level, causing the adsorption gate in the crystal to fully open (gate opening effect), and the alkane vapor is rapidly adsorbed.
また、この結晶は、共有結合や配位結合などの強い結合で構築されているのではなく、比較的弱い分子間相互作用で式(I)のチアカリックスアレーンが集合することにより形成されるため、結晶構造が柔軟であり、吸着できるアルカンのサイズの許容範囲が大きいことも本発明者らが行った蒸気吸着実験から明らかとなっている。 In addition, the crystals are not constructed with strong bonds such as covalent bonds or coordinate bonds, but are formed by the aggregation of thiacalixarenes of formula (I) through relatively weak intermolecular interactions. This means that the crystal structure is flexible, and the vapor adsorption experiments conducted by the inventors have revealed that the size of the alkanes that can be adsorbed can be within a wide range.
(吸着対象)
上記活性化結晶は、アルカンの形状とサイズとを認識して、アルカンの蒸気を特異的に吸着する。吸着可能なアルカンとしては、例えば、分岐アルカンとして、2,2-ジメチルブタン、2,3-ジメチルブタン、イソオクタン、環状アルカンとして、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロへプタンが挙げられる。
一方、上記活性化結晶は、直鎖アルカンの蒸気を吸着しない。直鎖アルカンとしては、例えば、n-へプタン、n-ヘキサン、n-ペンタンを挙げることができる。
(Subject to absorption)
The activated crystals recognize the shape and size of alkanes and specifically adsorb the vapor of the alkanes. Examples of the adsorbable alkanes include branched alkanes such as 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane, and isooctane, and cyclic alkanes such as cyclopentane, cyclohexane, and cycloheptane.
On the other hand, the activated crystals do not adsorb vapors of straight-chain alkanes, such as n-heptane, n-hexane, and n-pentane.
吸着対象であるアルカンの吸着に要する時間、つまり、吸着剤の吸着容量が飽和する時間は、3~5時間程度である。 The time required to adsorb the target alkanes, i.e., the time it takes for the adsorbent's adsorption capacity to reach saturation, is approximately 3 to 5 hours.
本発明の吸着剤は、アルカンの形状とサイズの認識能力と柔軟な構造的特徴を組み合わせることで、RONの向上剤として機能性を持たすことが期待できる。つまり、分岐アルカンと直鎖アルカンとの混合物から、分岐アルカンを選択的に吸着する機能を有するRON向上剤としての機能が期待できる。
本発明の吸着剤は、中でも、分岐アルカンとしてイソオクタン、直鎖アルカンとしてn-へプタンの混合物から、イソオクタンを選択的に吸着する吸着剤として使用することが可能であり、RON向上剤としての用途に適用可能である。
The adsorbent of the present invention is expected to have functionality as an RON improver by combining the ability to recognize the shape and size of alkanes with flexible structural features. In other words, it is expected to function as an RON improver that has the function of selectively adsorbing branched alkanes from a mixture of branched alkanes and linear alkanes.
The adsorbent of the present invention can be used as an adsorbent that selectively adsorbs isooctane from a mixture of isooctane as a branched alkane and n-heptane as a linear alkane, and can be used as a RON improver.
<イソオクタンの分離方法>
(吸着工程)
本発明のイソオクタンの分離方法は、上記した本発明の吸着剤にイソオクタンとn-へプタンとの混合物を接触させて、該混合物から選択的にイソオクタンを吸着させる吸着工程を有する。
<Method for separating isooctane>
(Adsorption process)
The method for separating isooctane of the present invention comprises an adsorption step of contacting a mixture of isooctane and n-heptane with the above-described adsorbent of the present invention to selectively adsorb isooctane from the mixture.
イソオクタンとn-へプタンとの混合物を吸着剤に接触させる方法は、後の実施例において示すように、イソオクタンとn-へプタンとの混合物の蒸気に、本発明の吸着剤を接触させる方法が好ましい。 As shown in the examples below, the method of contacting the mixture of isooctane and n-heptane with the adsorbent of the present invention is preferable.
イソオクタンとn-へプタンとの混合物から選択的にイソオクタンを吸着剤に吸着させるのに要する時間、つまり、吸着剤の吸着容量が飽和する時間は、40~60時間の間である。 The time required for selectively adsorbing isooctane from a mixture of isooctane and n-heptane onto the adsorbent, i.e., the time until the adsorption capacity of the adsorbent becomes saturated, is between 40 and 60 hours.
イソオクタンの吸着は、イソオクタンの分圧がある程度になった時点で、吸着剤の吸着ゲートが全開となり、吸着が開始されるので、そのイソオクタンの分圧を、4kPa以上とすることが好ましい。 When the partial pressure of isooctane reaches a certain level, the adsorption gate of the adsorbent opens fully and adsorption begins, so it is preferable to set the partial pressure of isooctane to 4 kPa or more.
(結晶化溶媒除去工程)
上記した吸着工程の前に、本発明の吸着剤中の超分子有機結晶中の結晶化溶媒を除去して、活性化結晶とする工程を有することが好ましい。
該結晶化溶媒除去工程は、超分子有機結晶を加熱することにより行うことができる。好ましくは減圧下において加熱することにより行うことができる。減圧度は、得に限定されない。加熱温度は、好ましくは80℃以上150℃以下であり、好ましくは90℃以上120℃以下である。
超分子結晶が有する結晶化溶媒としては、超分子結晶作成時に内包しているシクロヘキサン、または、上記した吸着工程後の結晶が有するイソオクタン等を挙げることができる。
(Crystallization Solvent Removal Step)
It is preferable to have a step of removing the crystallization solvent from the supramolecular organic crystals in the adsorbent of the present invention to form activated crystals, prior to the above-mentioned adsorption step.
The crystallization solvent removal step can be carried out by heating the supramolecular organic crystal. Preferably, the supramolecular organic crystal can be heated under reduced pressure. The degree of reduced pressure is not particularly limited. The heating temperature is preferably 80° C. or higher and 150° C. or lower, and preferably 90° C. or higher and 120° C. or lower.
Examples of the crystallization solvent contained in the supramolecular crystal include cyclohexane contained in the supramolecular crystal when it is formed, and isooctane contained in the crystal after the above-mentioned adsorption step.
<活性化結晶の調製>
下記式(I)で示されるチアカリックスアレーンの超分子有機結晶を100℃、減圧下、一晩加熱することで、該超分子有機結晶に含まれるシクロヘキサンを除去した活性化結晶を調製した。
<Preparation of Activated Crystals>
A supramolecular organic crystal of thiacalixarene represented by the following formula (I) was heated overnight at 100° C. under reduced pressure to prepare an activated crystal from which cyclohexane contained in the supramolecular organic crystal was removed.
<活性化結晶へのアルカン混合物の吸着実験(アルカン類の吸着優位性の評価)>
図1に、2成分のアルカン混合物に対する活性化結晶の競合吸着実験の結果を示す。吸着した各種アルカンの量は、1H NMRにより求めた。
[a]吸着したアルカンの数は、平衡状態において測定した値である。アルカンの数は、測定した1H NMRのアルカンのケミカシフトの積分値から、式(I)のチアカリックスアレーンを1分子とした値として求めた。
測定は、開口した15mLバイアル中の300mgの活性化結晶を、1:1(v/v)でアルカン混合物5mLを含む50mLのバイアル中に、2日間、常温、常圧にて静置することで行った。
<Adsorption experiment of alkane mixture onto activated crystals (evaluation of the adsorption advantage of alkanes)>
The results of a competitive adsorption experiment of the activated crystals with a binary alkane mixture are shown in Figure 1. The amount of each alkane adsorbed was determined by 1 H NMR.
[a] The number of adsorbed alkanes is a value measured at equilibrium. The number of alkanes was calculated from the integral value of the measured 1 H NMR chemical shift of the alkane, assuming that the thiacalixarene of formula (I) is one molecule.
The measurements were performed by placing 300 mg of activated crystals in an open 15 mL vial in a 50 mL vial containing 5 mL of a 1:1 (v/v) alkane mixture for 2 days at ambient temperature and pressure.
図1に示すように、種々のアルカン混合物において、それぞれ吸着に対して優位性が見られた。アルカン蒸気の活性化結晶に対する吸着の優位性について、図2にまとめた。 As shown in Figure 1, various alkane mixtures showed different adsorption advantages. The adsorption advantages of alkane vapors to activated crystals are summarized in Figure 2.
また、図3に活性化結晶の、分岐アルカン(a)、環状アルカン(b)、および、直鎖アルカン(c)に対する吸着等温線を示す。測定は、298Kにて行った。
直鎖アルカンは全く吸着されないことが示された(図3(c))。一方、分岐アルカンの2,2-ジメチルブタン、と2,3-ジメチルブタンや、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロへプタン、については、吸着能を有していた。図3(b)より、環状アルカンでの、吸着優位性は、シクロペンタン<シクロヘキサン<シクロへプタンの順であり、環状アルカンのサイズが大きくなるほど優先的に吸着することが分かった。また、分岐アルカンも含めた優位性については、図2に示した通りであった。
3 shows the adsorption isotherms of the activated crystals for branched alkanes (a), cyclic alkanes (b), and linear alkanes (c). The measurements were performed at 298K.
It was shown that no linear alkanes were adsorbed at all (Figure 3(c)). On the other hand, the branched alkanes 2,2-dimethylbutane and 2,3-dimethylbutane, as well as cyclopentane, cyclohexane, and cycloheptane, were adsorbed. Figure 3(b) shows that the order of adsorption priority for cyclic alkanes is cyclopentane < cyclohexane < cycloheptane, meaning that the larger the size of the cyclic alkane, the more preferentially it is adsorbed. The priority when branched alkanes are also included is as shown in Figure 2.
<活性化結晶へのイソオクタンの吸着実験>
上記で調製した活性化結晶にイソオクタンを吸着させる実験を行った。図4に実験方法を示す。活性化結晶を入れた15mL容のサンプル管を、イソオクタンを入れた50mL容のサンプル管に入れ、蓋をして、2日間、静置した。
<Adsorption experiment of isooctane onto activated crystals>
An experiment was carried out in which isooctane was adsorbed onto the activated crystals prepared above. The experimental method is shown in Figure 4. A 15 mL sample tube containing the activated crystals was placed in a 50 mL sample tube containing isooctane, and the tube was covered and left to stand for two days.
イソオクタンの蒸気を吸着した結晶をサンプル管から取り出し、核磁気共鳴スペクトル解析(NMR)を行った結果を図5に示す。図5の下の拡大図に示されるように、活性化結晶に取り込まれたイソオクタンの化学シフトが、0.89ppmと0.90ppm、1.17ppm、1.65ppmに検出された。本結晶はイソオクタンを吸着していることが確認された。 The crystals that had adsorbed isooctane vapor were removed from the sample tube, and the results of nuclear magnetic resonance spectrum analysis (NMR) are shown in Figure 5. As shown in the enlarged view at the bottom of Figure 5, the chemical shifts of isooctane that had been incorporated into the activated crystals were detected at 0.89 ppm, 0.90 ppm, 1.17 ppm, and 1.65 ppm. It was confirmed that the crystals had adsorbed isooctane.
次いで、サンプル菅から取り出した結晶の粉末X線回折(PXRD)パターンを図6に示す。下から順に、式(I)のチアカリックスアレーンの超分子有機結晶を調製した直後のPXRDパターン(A)、該超分子有機結晶中からシクロヘキサンを除去することで得られる活性化結晶のPXRDパターン(B)、該活性化結晶をイソオクタンに暴露した後のPXRDパターン(C)である。 Next, the powder X-ray diffraction (PXRD) patterns of the crystals taken out of the sample tube are shown in Figure 6. From the bottom, they are the PXRD pattern (A) immediately after the preparation of the supramolecular organic crystal of thiacalixarene of formula (I), the PXRD pattern (B) of the activated crystal obtained by removing cyclohexane from the supramolecular organic crystal, and the PXRD pattern (C) after exposing the activated crystal to isooctane.
活性化結晶にイソオクタンを曝すことで、調製直後のチアカリックスアレーン超分子有機結晶のPXRDパターン(A)と同様のパターンを示す。これは、活性化結晶がイソオクタンを吸着することで、チアカリックスアレーン超分子有機結晶に近い形に結晶構造が変化したことを示唆する。つまり、シクロヘキサンが取り込まれていた位置にイソオクタンが取り込まれていることを意味する。 By exposing the activated crystals to isooctane, they show a PXRD pattern similar to that of the thiacalixarene supramolecular organic crystal immediately after preparation (A). This suggests that the activated crystals adsorb areoctane, changing the crystal structure to a shape similar to that of the thiacalixarene supramolecular organic crystal. In other words, this means that isooctane has been incorporated into the position where cyclohexane was previously incorporated.
<活性化結晶へのイソオクタンの吸着平衡時間と吸着等温線>
活性化結晶のイソオクタンに対する吸着平衡時間を調査するため、イソオクタンに暴露した後の各時間におけるイソオクタンの吸着量を核磁気共鳴スペクトルの1H NMRにより算出した。暴露実験は<活性化結晶へのイソオクタンの吸着実験>で示した図4の実験器具を使用して実施した。暴露時間を1~19時間とし、吸着量として、チアカリックスアレーン1分子当たりのイソオクタンの割合を図7に示した。活性化結晶は1~4時間の間でイソオクタンを急激に吸着し、4時間以降のイソオクタンの吸着量は平衡に達していることが明らかとなった。
<Adsorption equilibrium time and adsorption isotherm of isooctane onto activated crystals>
To investigate the adsorption equilibrium time for isooctane on the activated crystals, the amount of isooctane adsorbed at each time point after exposure to isooctane was calculated by 1H NMR nuclear magnetic resonance spectroscopy. The exposure experiment was carried out using the experimental equipment shown in Figure 4 in <Adsorption experiment of isooctane on activated crystals>. The exposure time was 1-19 hours, and the ratio of isooctane per thiacalixarene molecule as the amount of adsorption is shown in Figure 7. It was revealed that the activated crystals rapidly adsorbed isooctane between 1 and 4 hours, and the amount of isooctane adsorbed after 4 hours reached equilibrium.
次に、イソオクタンとn-へプタンに対する吸着等温線を図8に示す。図中の●と〇はイソオクタンの吸着と脱着、▲と△はn-へプタンの吸着と脱着を示す。イソオクタンの吸着は蒸気圧4kPa付近から急激に始まり、最大吸着量は15mLであった。この急激な吸着現象は、活性化結晶中の吸着サイトがONとなり、イソオクタンを取り込んでいることを意味する。また、脱着については、系内の圧力を減少させても脱着は見られず、安定に保持されていることが観測された。一方、n-へプタンに関して、活性化結晶は吸着能力を示さないことが本実験により証明された。以上から、本活性化結晶はイソオクタンを認識して吸着していると結論付けることができる。 Next, the adsorption isotherms for isooctane and n-heptane are shown in Figure 8. In the figure, ● and ◯ indicate the adsorption and desorption of isooctane, while ▲ and △ indicate the adsorption and desorption of n-heptane. Adsorption of isooctane began abruptly at a vapor pressure of approximately 4 kPa, with the maximum amount of adsorption being 15 mL. This abrupt adsorption phenomenon means that the adsorption sites in the activated crystals are turned ON and are taking in isooctane. As for desorption, no desorption was observed even when the pressure in the system was reduced, and it was observed that isooctane was retained stably. On the other hand, this experiment proved that the activated crystals do not exhibit any adsorption ability for n-heptane. From the above, it can be concluded that this activated crystal recognizes and adsorbs isooctane.
<イソオクタンとn-ヘプタン混合蒸気からの吸着実験>
活性化結晶が、イソオクタンのみを吸着するかどうかを実証するため、イソオクタンとn-ヘプタンの混合系からの競争的な吸着実験を実施した。イソオクタンとn-ヘプタンの体積混合比を1:1とし、<活性化結晶へのイソオクタンの吸着実験>で示した図4の実験器具を使用して行った。混合蒸気の暴露時間を2日間として行った際の得られた結晶について測定した1H NMRスペクトルを図9に示す。n-ヘプタンの化学シフトは観測されず、イソオクタンのみの化学シフトが検出された。活性化結晶に取り込まれたイソオクタンの化学シフトは、0.89ppmと0.90ppm、1.17ppm、1.65ppmである。つまり、本結晶はイソオクタンのみを選択的に吸着していると結論付けることができる。
<Adsorption experiment from mixed vapor of isooctane and n-heptane>
In order to verify whether the activated crystals adsorb only isooctane, a competitive adsorption experiment was carried out from a mixture of isooctane and n-heptane. The volumetric mixing ratio of isooctane and n-heptane was set to 1:1, and the experiment was carried out using the experimental equipment shown in Figure 4 shown in <Adsorption experiment of isooctane to activated crystals>. Figure 9 shows the 1 H NMR spectrum measured for the crystals obtained when the exposure time to the mixed vapor was set to 2 days. No chemical shift of n-heptane was observed, and only the chemical shift of isooctane was detected. The chemical shifts of isooctane incorporated into the activated crystals are 0.89 ppm, 0.90 ppm, 1.17 ppm, and 1.65 ppm. In other words, it can be concluded that the crystals selectively adsorb only isooctane.
次に、イソオクタンとn-ヘプタンの体積比を変化させた際の選択性についても調査した。体積比はイソオクタン:n-ヘプタン=0.2:1、0.4:1、0.6:1、0.8:1の条件で実施した。また、本実験は<活性化結晶へのイソオクタンの吸着実験>で示した図4の実験器具を使用して行った。イソオクタンおよびn-へプタンの吸着量は1H NMRの積分強度により算出した。吸着量として、チアカリックスアレーン1分子当たりのイソオクタンの割合を図10に示した。暴露時間は5~168時間である。
まず初めに、本実験から、いずれの体積比においても、活性化結晶はn-へプタンを吸着していないことを1H NMRにて確認できた。イソオクタンの吸着量は、イソオクタンの割合が多いほど大きいことが示された。競争的な吸着実験においては、イソオクタンの吸着平衡は48時間であることが明らかとなった。
Next, the selectivity when the volume ratio of isooctane to n-heptane was changed was also investigated. The volume ratios were isooctane:n-heptane = 0.2:1, 0.4:1, 0.6:1, and 0.8:1. This experiment was performed using the experimental equipment shown in Figure 4 in <Adsorption experiment of isooctane to activated crystals>. The adsorption amounts of isooctane and n-heptane were calculated from the integrated intensity of 1H NMR. The ratio of isooctane per thiacalixarene molecule as the adsorption amount is shown in Figure 10. The exposure time was 5 to 168 hours.
First, this experiment confirmed by 1 H NMR that the activated crystals did not adsorb n-heptane at any volume ratio. The amount of isooctane adsorbed was shown to be greater with a higher ratio of isooctane. In a competitive adsorption experiment, it was revealed that the adsorption equilibrium of isooctane was 48 hours.
<イソオクタンの繰り返し吸着実験(活性化結晶の繰り返し利用)>
図11に、活性化結晶に対して、イソオクタンを繰り返し吸着させた結果を示した。図4に示すように、活性化結晶を入れた15mL容のサンプル管を、イソオクタンを入れた50mL容のサンプル管に入れ、蓋をして、2日間、静置した(吸着一回目)。
その後、イソオクタンの吸着量(mL/g)を核磁気共鳴スペクトルの1H NMRにより算出した。イソオクタンを吸着した結晶に対して、100℃、減圧下、一晩加熱することで、含まれるイソオクタンを除去して活性化結晶を再調製(脱着処理)した。
該再調製した活性化結晶に対して、上記同様の方法により、吸着処理(二回目)および脱着処理(二回目)を行った。また、これらの処理を、5回まで繰り返した。
<Repeated adsorption experiment of isooctane (repeated use of activated crystals)>
The results of repeated adsorption of isooctane onto the activated crystals are shown in Figure 11. As shown in Figure 4, a 15 mL sample tube containing the activated crystals was placed into a 50 mL sample tube containing isooctane, the tube was capped, and the tube was left to stand for two days (first adsorption).
The amount of isooctane adsorbed (mL/g) was then calculated by 1 H NMR of the nuclear magnetic resonance spectrum. The crystals adsorbing isooctane were heated overnight at 100° C. under reduced pressure to remove the isooctane contained therein, and the activated crystals were reprepared (desorption treatment).
The re-prepared activated crystals were subjected to the second adsorption treatment and the second desorption treatment in the same manner as above, and these treatments were repeated up to five times.
図11に示すように、イソオクタンの吸着と脱着とを繰り返すと、徐々に低い蒸気圧にて、吸着が可能となることが分かった。つまり、本発明の吸着剤に対して、使用前に、好ましくは1~5回、より好ましくは3~5回、さらに好ましくは4~5回の溶媒の吸着および脱着処理を行うことにより、本発明の吸着剤の吸着能力を向上できることが分かった。 As shown in Figure 11, it was found that repeated adsorption and desorption of isooctane gradually enables adsorption at a lower vapor pressure. In other words, it was found that the adsorption capacity of the adsorbent of the present invention can be improved by performing the solvent adsorption and desorption process preferably 1 to 5 times, more preferably 3 to 5 times, and even more preferably 4 to 5 times before use.
本発明の吸着剤は、アルカンの構造(形とサイズ)を効果的に認識できるチアカリックスアレーン超分子有機結晶の性質を生かし、アルカン、好ましくは分岐アルカン、より好ましくはイソオクタンを効果的に分離することができる。
また、本発明のイソオクタンの分離方法によると、ガソリンのRONの向上方法としての用途に好適である。
The adsorbent of the present invention can effectively separate alkanes, preferably branched alkanes, and more preferably isooctane, by taking advantage of the properties of thiacalixarene supramolecular organic crystals that can effectively recognize the structures (shapes and sizes) of alkanes.
Furthermore, the method for separating isooctane of the present invention is suitable for use as a method for improving the RON of gasoline.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021047477A JP7660876B2 (en) | 2021-03-22 | 2021-03-22 | Adsorbent for alkane and method for separating isooctane |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021047477A JP7660876B2 (en) | 2021-03-22 | 2021-03-22 | Adsorbent for alkane and method for separating isooctane |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022146488A JP2022146488A (en) | 2022-10-05 |
| JP7660876B2 true JP7660876B2 (en) | 2025-04-14 |
Family
ID=83461482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021047477A Active JP7660876B2 (en) | 2021-03-22 | 2021-03-22 | Adsorbent for alkane and method for separating isooctane |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7660876B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118341402B (en) * | 2024-03-14 | 2026-04-03 | 浙江大学杭州国际科创中心 | Application of porous catechu[9] aromatic materials in alkane adsorption and separation |
| CN121103058B (en) * | 2025-11-10 | 2026-01-30 | 东北大学 | Application of hetero [3] arene crystal material in adsorption separation of pyrrolidine and tetrahydrofuran mixture and/or iodine vapor capture |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005061970A (en) | 2003-08-11 | 2005-03-10 | Inst Of Research & Innovation | Actinide separation methods |
| JP2005082453A (en) | 2003-09-09 | 2005-03-31 | Frontier Carbon Corp | Fullerene purification method |
| JP2012162446A (en) | 2011-01-18 | 2012-08-30 | Nippon Chem Ind Co Ltd | Fe(II)-SUBSTITUTED BETA-TYPE ZEOLITE, ABSORBENT CONTAINING THE SAME, PRODUCTION METHOD THEREOF, AND METHOD FOR REMOVING NITROGEN MONOXIDE AND HYDROCARBON |
| JP2015529258A (en) | 2012-08-15 | 2015-10-05 | アーケマ・インコーポレイテッド | Adsorption system using metal-organic structure |
-
2021
- 2021-03-22 JP JP2021047477A patent/JP7660876B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005061970A (en) | 2003-08-11 | 2005-03-10 | Inst Of Research & Innovation | Actinide separation methods |
| JP2005082453A (en) | 2003-09-09 | 2005-03-31 | Frontier Carbon Corp | Fullerene purification method |
| JP2012162446A (en) | 2011-01-18 | 2012-08-30 | Nippon Chem Ind Co Ltd | Fe(II)-SUBSTITUTED BETA-TYPE ZEOLITE, ABSORBENT CONTAINING THE SAME, PRODUCTION METHOD THEREOF, AND METHOD FOR REMOVING NITROGEN MONOXIDE AND HYDROCARBON |
| JP2015529258A (en) | 2012-08-15 | 2015-10-05 | アーケマ・インコーポレイテッド | Adsorption system using metal-organic structure |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 三好幾子 et al. ,チアカリックス[4]アレーン・ジエチルアミン塩の結晶による有機分子の包接, 日本化学会第99回春季年会(2019)講演予稿集, 2019年3月1日 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022146488A (en) | 2022-10-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Khadim et al. | Desulfurization of actual diesel fuel onto modified mesoporous material Co/MCM-41 | |
| Shafiei et al. | Synthesis and adsorption performance of a modified micro-mesoporous MIL-101 (Cr) for VOCs removal at ambient conditions | |
| Adil et al. | Gas/vapour separation using ultra-microporous metal–organic frameworks: insights into the structure/separation relationship | |
| Albayati et al. | Polycyclic aromatic hydrocarbons adsorption from wastewater using different types of prepared mesoporous materials MCM-41in batch and fixed bed column | |
| RU2648074C2 (en) | Selectivation of adsorbents for gas separation | |
| Sun et al. | Adsorption of resorcinol and catechol from aqueous solution by aminated hypercrosslinked polymers | |
| JP7660876B2 (en) | Adsorbent for alkane and method for separating isooctane | |
| Yun et al. | Preparation of copper-loaded porous carbons through hydrothermal carbonization and ZnCl2 activation and their application to selective CO adsorption: experimental and DFT calculation studies | |
| CN102652034A (en) | Mercury removal from cracked gas | |
| CN113004115B (en) | A method for separating mixed hexane isomers | |
| Jalilvand et al. | Adsorption of dimethyl sulfide from model fuel on raw and modified activated carbon from walnut and pistachio shell origins: Kinetic and thermodynamic study | |
| KR20180042143A (en) | Organic-inorganic porous hybrid material containing intramolecular anhydride groups, adsorbent composition comprising the same and usage thereof for the separation of gaseous hydrocarbon mixtures | |
| Zhao et al. | One‐step purification of ethylene from acetylene and carbon dioxide by ultramicroporous carbons | |
| Meshkat et al. | Efficient DBT removal from diesel oil by CVD synthesized N-doped graphene as a nanoadsorbent: Equilibrium, kinetic and DFT study | |
| Zeng et al. | Hydrogen-bonding-driven self-assembly nonporous adaptive crystals for the separation of benzene from BTX and cyclohexane | |
| Blanco-Brieva et al. | Thermal regeneration of the metal organic frameworks used in the adsorption of refractory organosulfur compounds from liquid fuels | |
| Sharafinia et al. | Optimized adsorption of volatile organic compounds on the activated carbon prepared from mesquite grain: A combined experimental and computational study | |
| Yakout et al. | Adsorption/desorption of BTEX on activated carbon prepared from rice husk | |
| Gao et al. | Nickel ion-exchanged anionic Cu-MOF with hierarchically porous structure for adsorption desulfurization | |
| Wang et al. | Regulating cerium location in Y zeolite and its influence on adsorptive desulfurization for thiophene in benzene | |
| Zhang et al. | Enhanced VOCs adsorption over ZSM-5 nanosheets with different thicknesses along the b-axis | |
| CN113461513A (en) | Porous cobalt formate material, preparation method and application thereof, and separation method of alkane isomer mixture | |
| Ripon et al. | Development and application of a new macrocyclic ligand-functionalized mesoporous silica sorbent for selective separation of radiocesium from environmental wastewater | |
| KR102090173B1 (en) | Method for separating and/or purifying mixtures containing olefins and acetylenes using crystalline nano-porous hybrid adsorbent | |
| Amdebrhan | Evaluating the Performance of Activated Carbon, Polymeric, and Zeolite Adsorbents for Volatile Organic Compounds Control |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A80 | Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80 Effective date: 20210416 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240213 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20241023 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20241105 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250304 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250326 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7660876 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |