１．はじめに

ゼオライトは多孔質アルミノケイ酸塩の総称であり、次のような特徴から古くから触媒や吸着材として用いられており、近年は分離膜素材としても注目されている。ゼオライト膜自体の厚みは数百 nm～数十μm 程度と薄いため、機械的強度を担保するために、多孔質基材上へ合成される。ゼオライトの耐熱性・耐薬品性を活かすために、アルミナ、シリカ、ムライト等の多孔質セラミックスが基材としてよく用いられる。一般にゼオライト分離膜は基材上に種結晶と呼ばれる小さな結晶を担持し、それを水熱条件下で成長させる 2 次成長法と呼ばれる手法で調製される。この際、良好な性能をもつ分離膜を得るためには、基材上に種結晶を均一に担持する必要がある。種結晶の担持状態が不均一であると、製膜後に結晶間に隙間（ピンホール・クラック）が残ってしまい、深刻な性能低下を引き起こすことが知られている 1)。

これまでに種々の種結晶の担持手法が考案されているが、ディップコーティング法はその簡便さからよく使われている。本稿では、ポータブルディップコーターDT-0001-N1 を用いて、アルミナ多孔質基材上へゼオライト種結晶を担持した結果について報告する。

２．実験方法

コーティング液として、ゼオライト結晶を水に分散させたスラリーを用いた。ゼオライト結晶のサイズや形状の異なる複数のコーティング液を用いて、担持状態を検討した。

基材には、多孔質アルミナ管状基材を用いた。基材のサイズは外径 12 mm、内径 9 mm、長さ 30 mm である。基材は水およびアセトンで洗浄後、十分に乾燥させたものを用いた。複数の基材に対して同時にコーティングを行うため、図 1 に示す治具を作成し、ディップコーターに取り付けて使用した。

ディップコート条件は、引き上げ速度 20mm/sec とした。種結晶の担持状態は、電子顕微鏡像観察により行った。

図1　(a)複数基材コーティング用治具と(b)使用中の様子

３．結果・考察

図 2 に 5 種類のゼオライト結晶（Beta ゼオライト①、Beta ゼオライト②、MFI 型ゼオライト①、MFI 型ゼオライト②、SZR 型ゼオライト）を担持した多孔質基材表面の電子顕微鏡像を示す。用いたゼオライト種結晶の粒子径は約 200 nm～数 μm 程度であり、またその形状は球状、板状、棒状と様々である。ディップコーティングにより、いずれのゼオライト結晶も基材上に均一に担持されていることが見て取れた。

図 2　ディップコーティング法による様々なゼオライト結晶の担持の様子。(a)Beta ゼオライト①、(b)Beta ゼオライト②、(c)MFI 型ゼオライト①、(d)MFI 型ゼオライト②、(e)SZR 型ゼオライト

図 3 に MFI 型ゼオライト①コーティング液を用いて、コーティング回数を変化させた際の様子を示す。コーティング回数を 2 回、3 回、4 回と変化させて、担持される種結晶層の厚さを調べた。その結果、担持層の厚さはコーティング回数にほぼ比例して増加していること明らかとなった。このことは、コーティングの状態（コートティング層の厚みやコーティング量）が非常に簡便さ操作によって制御可能であることを示している。

図 3　コーティング回数を変えた際の MFI 型ゼオライト①の担持の様子。(a) コーティング2 回、(b) コーティング 3 回、(c) コーティング 4 回

４．まとめ

ポータブルディップコーターDT-0001-N1 を用いて、多孔質アルミナ基材上へゼオライト結晶を担持した。水を分散媒としたコーティング液を用いて、種々のサイズや形状のゼオライト結晶を基材上へ均一に担持することが可能であった。また、自作の治具を用いることで、複数の基材に対して同時にコーティング可能であることも確認した。コーティング層の厚り（コーティング量）は、コーティング回数によって幅広く制御可能であった。

５．参考文献

1) Sakai et al., A Review of Strategies for Developing Zeolite Membranes: From a Microstructure to a Membrane Module. Cryst. Growth Des. 25 (2025) 5584-5620.