なぜモレキュラーシーブは固体酸触媒として使用できるのか？

Ⅰ.モレキュラーシーブ触媒の紹介

網目構造を持つ天然または合成の化学物質。例えば、架橋デキストランとゼオライトをクロマトグラフィー媒体として用いると、混合物を分子サイズに応じて分画することができる。モレキュラーシーブは結晶性のケイ酸塩またはアルミノケイ酸塩であり、シリコ-酸素四面体またはアルミノ-酸素四面体が酸素橋によって連結され、ふるい分子サイズ（通常0.3～2.0nm）の細孔と空洞系を形成している。そのため、分子をふるい分ける性質があります。ゼオライト触媒とも呼ばれ、モレキュラーシーブが触媒活性成分または主活性成分の1つである触媒を指す。工業的に最も多く使用されているのは、固体酸触媒であるモレキュラーシーブ分解触媒である。

Ⅱ.モレキュラーシーブ固体酸触媒

PSAモレキュラーシーブは、イオン交換性能、均一な分子サイズの細孔、酸触媒活性を持ち、熱および水熱安定性が良好です。多くの反応に対して高活性、高選択性の触媒にすることができる。

一般的に固体酸とは、アルカリ指示薬の色を変えることができる固体、またはアルカリ性物質を化学的に吸着することができる固体と理解することができる。ブロンステッドとルイスの定義によれば、固体酸はプロトンを生成したり電子対を受容したりすることができる固体であり、PSAモレキュラーシーブ触媒は酸触媒活性を有する。その酸性は、交換されたアンモニウムイオンの分解、水素イオン交換、または脱水中に含まれる多価陽イオンの加水分解に由来する。

例えば、こうだ：

NH4M─→NH3+HM

H++NaM─→HM+NaCe

3+M+HOMHTCeOIHM+HM

式中、Mはモレキュラーシーブを表す。生成するプロトン性酸中心の数と酸の強さは、モレキュラーシーブの酸触媒活性にとって非常に重要である。モレキュラーシーブの2つの水酸基の脱水によりルイス酸中心が形成されるが、その構造は3配位のアルミニウム原子と正電荷を帯びたケイ素原子が同時に生成するものである。カチオンサイトに形成される6配位アルミニウム原子からルイス酸が生成されるという見解もある。ケイ素とアルミニウムの比率で表されるPSAモレキュラーシーブの組成は、その酸性度と酸強度に大きな影響を与えるため、モレキュラーシーブは固体酸触媒として使用することができる。