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JP2002028482A - Adsorbent for heat pump and heat pump system using the same - Google Patents

Adsorbent for heat pump and heat pump system using the same

Info

Publication number
JP2002028482A
JP2002028482A JP2001110343A JP2001110343A JP2002028482A JP 2002028482 A JP2002028482 A JP 2002028482A JP 2001110343 A JP2001110343 A JP 2001110343A JP 2001110343 A JP2001110343 A JP 2001110343A JP 2002028482 A JP2002028482 A JP 2002028482A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water
adsorbent
heat pump
amount
zeolite
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.)
Pending
Application number
JP2001110343A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiji Itabashi
慶治 板橋
Masao Nakano
雅雄 中野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tosoh Corp filed Critical Tosoh Corp
Priority to JP2001110343A priority Critical patent/JP2002028482A/en
Publication of JP2002028482A publication Critical patent/JP2002028482A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】本発明の目的は、従来技術の問題点を解決する
ために、比較的低温で加熱した時の水分脱離量が従来知
られている吸着剤以上に大きい吸着剤を提供し、かつそ
れを利用した効率的ヒートポンプシステムを提供するこ
とにある。 【解決手段】室温での水分飽和吸着状態から100℃ま
で加熱した時の吸着剤の水分脱離量が6重量%以上、お
よび200℃まで加熱した時の水分脱離量が19重量%
以上であり、かつ100〜200℃までの水分脱離量の
差が6重量%以上であるヒートポンプ用ゼオライト吸着
剤、及び、交換イオンの50%以上がプロトン、二価お
よび三価金属陽イオンの群から選ばれる一種以上のイオ
ンであるアルミノシリケートゼオライトの一種以上から
成る請求項1、請求項2および請求項3記載のヒートポ
ンプ用吸着剤、並びに、及び、当該吸着剤を用いること
を特徴とする温熱用および、または冷熱用ヒートポンプ
システム。
(57) [Summary] The object of the present invention is to solve the problems of the prior art by adsorbing a larger amount of water when heated at a relatively low temperature than the conventionally known adsorbent. It is an object of the present invention to provide an agent and an efficient heat pump system utilizing the same. The adsorbent has a water desorption amount of 6% by weight or more when heated to 100 ° C from a water-saturated adsorption state at room temperature, and a water desorption amount of 19% by weight when heated to 200 ° C.
And a zeolite adsorbent for a heat pump in which the difference in the amount of desorbed water from 100 to 200 ° C. is 6% by weight or more, and 50% or more of the exchanged ions are protons, divalent and trivalent metal cations. 4. The heat pump adsorbent according to claim 1, which comprises one or more aluminosilicate zeolite which is one or more ions selected from the group, and using the adsorbent. Heat pump system for heating and / or cooling.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、比較的低温で加熱
したときの水分脱離量が大きいヒートポンプ用吸着剤に
関するものである。また、従来の天然または合成ゼオラ
イトおよびその他の吸着剤では実現が困難であったゼオ
ライト吸着剤利用のヒートポンプに関するもである。温
熱用ヒートポンプは居住空間、作業空間の暖房、温水製
造、化学物質の保温、冷却防止などの多くの用途に、ま
た冷熱用ヒートポンプは居住空間、作業空間の冷房、冷
水や氷の製造、化学物質や食料品の冷却、冷蔵や凍結乾
燥などの多くの用途に利用できる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an adsorbent for a heat pump which has a large amount of desorbed water when heated at a relatively low temperature. The present invention also relates to a heat pump using a zeolite adsorbent, which has been difficult to realize with conventional natural or synthetic zeolites and other adsorbents. Heat pumps for heating are used in many applications such as heating of living spaces and working spaces, hot water production, keeping chemicals and preventing cooling, and heat pumps for cooling and heating are used for cooling living and working spaces, producing cold water and ice, and chemicals. It can be used for many purposes such as cooling of food and foodstuffs, refrigeration and freeze-drying.

【0002】[0002]

【従来の技術】吸着剤を利用したヒートポンプのアイデ
ィアは古くから提案されており、例えば、D.I.Tc
hernev氏による報告(Natural Zeol
ites、Pergamon Press、pp.47
9−485、1978 およびProceedings
of 5th International Zeo
lite Conference、 Heyden、p
p.788−794、1980)には天然ゼオライトを
用いた水の吸着熱による温熱の利用と、太陽熱による脱
水後、水分吸着時の水の蒸発潜熱による冷熱利用のシス
テムが提案されている。また、垰田博史氏らによる報告
(太陽エネルギー、vol.8、No.1、pp.28
−37およびvol.8、No.4、pp.13−2
2)によれば、A型やX型などの合成ゼオライトを利用
するヒートポンプシステムの研究も行われている。しか
しながら、これらの研究は何れも実用化には至っていな
い。吸着剤利用ヒートポンプの効率を上げるためには、
低温再生または太陽熱や低温排熱の利用を前提とするた
め、比較的低い温度で加熱再生した時の水分再吸着容量
が大きい吸着剤がこれまでは存在しなかったためであ
る。またそのために十分な水の蒸発潜熱も利用できず、
冷熱利用も不十分にならざるを得なかった。
2. Description of the Related Art The idea of a heat pump using an adsorbent has been proposed for a long time. I. Tc
report by Hernev (Natural Zeol)
items, Pergamon Press, pp. 139-143. 47
9-485, 1978 and Proceedings
of 5th International Zeo
light Conference, Heyden, p
p. 788-794, 1980) proposes a system that utilizes the heat of adsorption of water using natural zeolite, and the use of cold heat by the latent heat of vaporization of water upon adsorption of water after dehydration by solar heat. Also, a report by Hiroshi Taoda et al. (Solar Energy, vol. 8, No. 1, pp. 28)
-37 and vol. 8, no. 4, pp. 13-2
According to 2), research on a heat pump system using a synthetic zeolite such as A type or X type is also being conducted. However, none of these studies has been put to practical use. To increase the efficiency of the heat pump using adsorbent,
This is because adsorbents having a large water re-adsorption capacity when heated and regenerated at a relatively low temperature have not been available so far because low-temperature regeneration or utilization of solar heat or low-temperature exhaust heat is premised. In addition, sufficient latent heat of vaporization of water is not available,
Insufficient use of cold heat was also required.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の問題点を解決するために、比較的低温で加熱した
時の水分脱離量が従来知られている吸着剤以上に大きい
吸着剤を提供し、かつそれを利用した効率的ヒートポン
プシステムを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the problems of the prior art by adsorbing a larger amount of water when heated at a relatively low temperature than a conventionally known adsorbent. It is an object of the present invention to provide an agent and an efficient heat pump system utilizing the same.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明者らは従来技術の
問題点を解決するために、ゼオライトの構造、組成、交
換イオン種との組合せの検討、およびゼオライトの化学
的処理について検討を重ねた結果、比較的低温で加熱し
たときの水分脱離量が従来にない大きな値を有するゼオ
ライトを見出し、そしてそれらがヒートポンプシステム
用吸着剤に適していることをあわせて見出した。
Means for Solving the Problems In order to solve the problems of the prior art, the present inventors have repeatedly studied the structure and composition of zeolite, the combination with the exchanged ion species, and the chemical treatment of zeolite. As a result, the inventors have found zeolites having an unprecedentedly large amount of water desorption when heated at a relatively low temperature, and have also found that they are suitable for an adsorbent for a heat pump system.

【0005】室温での水分飽和吸着状態から100℃ま
で加熱した時の吸着剤水分脱離量が6重量%以上および
200℃まで加熱した時の水分脱離量が19重量%以上
であり、かつ100〜200℃までの水分脱離量の差が
6重量%以上であれば、例えば200℃以下の低温再生
または太陽熱や低温排熱などの利用が可能であり、十分
量の吸着熱を回収できる。また、水分蒸発時の蒸発潜熱
を冷熱源として回収することもできる。それを実現でき
る吸着剤は以下に述べるゼオライト系アルミノシリケー
ト多孔質物質の一種以上から成る吸着剤である。
The amount of adsorbent water desorbed when heated from a water-saturated adsorption state at room temperature to 100 ° C. is 6% by weight or more, and the amount of water desorbed when heated to 200 ° C. is 19% by weight or more; and When the difference in the amount of desorbed water from 100 to 200 ° C. is 6% by weight or more, for example, low-temperature regeneration at 200 ° C. or less, or solar heat or low-temperature exhaust heat can be used, and a sufficient amount of heat of adsorption can be recovered. . Further, the latent heat of evaporation at the time of water evaporation can be recovered as a cold heat source. The adsorbent that can realize this is an adsorbent composed of one or more of the zeolite-based aluminosilicate porous materials described below.

【0006】本発明に用いられる吸着剤は、ゼオライト
結晶合成後、適切な処理を施して初めて使用可能な状態
となる。ゼオライトは多孔質結晶性アルミノ珪酸塩であ
り、一般式 xM2/nO・Al23・ySiO2・zH2O (ここで、nは陽イオンMの原子価、xは0.8〜1.
2の範囲の数、yは2以上の数、zは0以上の数)で表
される。
[0006] The adsorbent used in the present invention can be used only after the zeolite crystal is synthesized and subjected to an appropriate treatment. Zeolites are porous crystalline aluminosilicates of the general formula xM 2 / n O · Al 2 O 3 · ySiO 2 · zH 2 O ( where, n represents the valence of the cation M, x is 0.8 1.
2, y is a number of 2 or more, and z is a number of 0 or more).

【0007】ここで陽イオンMはアルミノ珪酸塩骨格の
負電荷を補償するために結合しているものである。一般
的には、陽イオンMはアルカリ金属やアルカリ土類金属
および/または有機陽イオンであるが、他の金属陽イオ
ンと容易に交換することができる。また、鉱酸類で処理
するか、あるいはアンモニウム塩でイオン交換したアン
モニウム型を熱処理してプロトン型として使用する場合
もある。ゼオライトの骨格構造は、珪素及びアルミニウ
ムを中心として4つの酸素が配位した四面体が酸素を共
有して三次元的に規則正しく結合したものである。その
結晶構造は粉末X線回折図で特徴づけられ、数多くの種
類が公知である。ゼオライトはその構造中に約3〜約1
0Åの大きさの細孔を有しており、その細孔径と細孔構
造はゼオライトの種類により特徴づけられる。
Here, the cation M is bound to compensate for the negative charge of the aluminosilicate skeleton. Generally, the cation M is an alkali metal, alkaline earth metal and / or organic cation, but can be easily exchanged for another metal cation. In some cases, an ammonium type which is treated with mineral acids or ion-exchanged with an ammonium salt is heat-treated and used as a proton type. The skeletal structure of zeolite is a three-dimensional regularly bonded tetrahedron in which four oxygen atoms are coordinated around silicon and aluminum, sharing oxygen. Its crystal structure is characterized by an X-ray powder diffractogram, and many types are known. Zeolite has about 3 to about 1 in its structure.
It has pores with a size of 0 ° and its pore size and pore structure are characterized by the type of zeolite.

【0008】本発明に用いられるゼオライトの中で好ま
しいものは、BEAおよびFAU型構造のゼオライトで
ある。BEA型構造を有するゼオライトは、一般的に有
機アミン類を添加して合成され、結晶化後も有機アミン
類は結晶中に残存するので、焼成除去する必要がある。
また含有陽イオンを適切な陽イオンに交換して使用す
る。また、FAU型構造を有するゼオライトは一般的に
は有機アミン類を添加せずに合成されるので、合成後の
結晶を適切な陽イオンに交換した後、吸着剤として使用
する。
Preferred among the zeolites used in the present invention are zeolites of BEA and FAU type structures. A zeolite having a BEA type structure is generally synthesized by adding an organic amine, and the organic amine remains in the crystal even after crystallization, and thus needs to be calcined and removed.
Further, the contained cation is exchanged for an appropriate cation before use. In addition, zeolite having a FAU-type structure is generally synthesized without adding an organic amine, and thus the synthesized crystal is exchanged with an appropriate cation and then used as an adsorbent.

【0009】BEA型やFAU型構造を有するゼオライ
ト骨格の組成SiO2/Al23比は、結晶合成時の反
応混合物組成に依存し、低い値のゼオライトを用いるこ
とが好ましい。ゼオライト骨格のSiO2/Al23
を低くする方法のひとつとして、ゼオライトをアルカリ
水溶液中で加熱処理する方法があり、本発明のゼオライ
ト吸着剤を調製する方法として有効である。アルカリ水
溶液は例えば水酸化ナトリウムや水酸化カリウムの水溶
液が一般的に用いられ、その濃度は特に限定されないが
0.1〜10%程度のものが好適に使用される。アルカ
リ水溶液の濃度が低い場合には、比較的高い温度で長時
間処理した時に、またアルカリ水溶液の濃度が高い場合
には、比較的低い温度で短時間処理した時に、本発明に
適した水分脱離量の多いゼオライトが得られ易い。最適
な条件はゼオライトの種類に応じて決められる。
The composition SiO 2 / Al 2 O 3 of the zeolite skeleton having the BEA or FAU type structure depends on the composition of the reaction mixture at the time of crystal synthesis, and it is preferable to use a low value zeolite. As one of the methods for lowering the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of the zeolite skeleton, there is a method in which zeolite is heat-treated in an aqueous alkaline solution, which is effective as a method for preparing the zeolite adsorbent of the present invention. As the alkaline aqueous solution, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide is generally used, and the concentration thereof is not particularly limited, but an aqueous solution of about 0.1 to 10% is preferably used. When the concentration of the alkaline aqueous solution is low, the treatment is performed at a relatively high temperature for a long time, and when the concentration of the alkaline aqueous solution is high, the treatment is performed at a relatively low temperature for a short time. A zeolite with a large separation amount is easily obtained. Optimum conditions are determined according to the type of zeolite.

【0010】このようにして得られたゼオライトは、次
にイオン交換が行われる。交換イオンはプロトン、二価
および三価金属陽イオンの群から選ばれた1種以上のイ
オンが好適に使用され、その交換率は50%以上である
ことが好ましい。50%以下の交換率ではイオン交換に
よる水分吸着容量増加の効果が十分ではない。プロトン
イオン交換の場合は、アンモニウムイオン交換を行った
後、加熱処理してアンモニアを脱離する方法でも良い
し、希薄な鉱酸水溶液を用いて直接交換しても良い。ま
た、二価、三価金属陽イオンの場合は、塩化物、硝酸化
合物、酢酸化合物などの塩類水溶液を用いてイオン交換
を行えばよい。
The zeolite thus obtained is then subjected to ion exchange. As the exchange ion, one or more ions selected from the group consisting of protons, divalent and trivalent metal cations are suitably used, and the exchange rate is preferably 50% or more. If the exchange rate is 50% or less, the effect of increasing the water adsorption capacity by ion exchange is not sufficient. In the case of proton ion exchange, a method of removing ammonia by heat treatment after performing ammonium ion exchange may be employed, or exchange may be performed directly using a dilute aqueous solution of mineral acid. In the case of divalent or trivalent metal cations, ion exchange may be performed using an aqueous solution of a salt such as a chloride, a nitric acid compound, or an acetic acid compound.

【0011】本発明で使用されるゼオライトは熱に対し
て非常に安定な結晶であり、水分吸着−加熱脱着のサイ
クルを繰り返してもゼオライト構造はほとんど変化せ
ず、水分脱離量の低下もほとんどないことが大きな特徴
である。水分脱離特性の安定性は、下記に示す水分脱離
量維持率を求めることにより評価することができる。
The zeolite used in the present invention is a crystal which is very stable against heat, and its zeolite structure hardly changes even when a cycle of moisture adsorption and thermal desorption is repeated, and the amount of water desorbed hardly decreases. The major feature is that there is none. The stability of the water desorption characteristics can be evaluated by obtaining the following water desorption retention rate.

【0012】これに対して、シリカ系吸着剤特にシリカ
ゲルやメソポーラスシリカと称される化合物は結晶性化
合物でないため、水分の吸着−脱着の繰り返しによりS
i−O−Si結合が変化し、水分再吸着容量が低下す
る。これらの詳細については、X.S.Zhaoらによ
る報告(J.Phys.Chem.,B Vol.10
2、pp.4143−4146、1998)およびS.
Inagakiらによる報告(Studies in
Surface Science and Catal
ysis、Vol.117、MESOPOROUS M
OLECULARSIEVES 1998、pp.65
−76、1998)などに記載されている。
On the other hand, since silica-based adsorbents, especially compounds called silica gel or mesoporous silica, are not crystalline compounds, the adsorption and desorption of water are repeated to cause sulfur adsorption.
The i-O-Si bond changes and the water re-adsorption capacity decreases. For more information on these, see X.M. S. Report by Zhao et al. (J. Phys. Chem., B Vol. 10).
2, pp. 4143-4146, 1998) and S.M.
Report by Inagaki et al. (Studies in
Surface Science and Catal
ysis, Vol. 117, MESOPOROUS M
OLECULARSIEVES 1998, pp. 65
-76, 1998).

【0013】前記した吸着剤をヒートポンプシステムに
使用する際の吸着剤の形態は特に限定されない。小型装
置の場合は微小結晶粉末をそのまま用いてもよいし、吸
着剤スラリーを熱交換器表面に塗付する方法を用いても
よい。大型装置においては吸着剤充填量が多くなるた
め、粉末状で充填すると水蒸気の拡散が妨げられ、全吸
着剤に効率的に水分を吸着させることが困難である。そ
こで粒状に成形した吸着剤を用いれば成形体空隙が水蒸
気拡散通路となり、効率的に水分を吸着させて吸着熱を
回収することができる。また、十分な水分蒸発による蒸
発潜熱を回収することもできる。粒状成形体の形状は特
に限定されず、容器の大きさや充填密度を考慮して形
状、大きさが選択される。成形のためのバインダーや成
形助剤も特に限定されないが、熱交換を効率的に行うた
めに、熱伝導度を上げる工夫をすることが好ましい。
The form of the adsorbent when the above-mentioned adsorbent is used in a heat pump system is not particularly limited. In the case of a small device, the fine crystal powder may be used as it is, or a method of applying an adsorbent slurry to the heat exchanger surface may be used. In a large-sized apparatus, since the amount of adsorbent charged is large, when the powder is charged, diffusion of water vapor is hindered, and it is difficult to efficiently adsorb moisture to all adsorbents. Therefore, if the adsorbent formed into a granular shape is used, the voids of the molded body serve as a water vapor diffusion path, and can adsorb moisture efficiently and recover heat of adsorption. Further, latent heat of evaporation due to sufficient water evaporation can be recovered. The shape of the granular compact is not particularly limited, and the shape and size are selected in consideration of the size and packing density of the container. The binder and the molding aid for molding are not particularly limited, but it is preferable to devise to increase the thermal conductivity in order to perform heat exchange efficiently.

【0014】これらの吸着剤を用いたヒートポンプシス
テムは、社会のあらゆる分野の温熱、冷熱を必要とする
場所で利用することができる。温熱利用例としては空調
用暖房、温水製造、保温貯蔵庫などが挙げられ、冷熱利
用例としては、空調用冷房、冷蔵庫、冷凍庫、ハンディ
クーラー、電子機器冷却、コンピュータのCPU冷却な
ど、また凍結乾燥や低温乾燥などにも応用することがで
きる。吸着剤の再生用熱源としては各種の低温工場排熱
や夜間電力を有効に利用することができる。またこれら
の熱源に加えて、自然エネルギーである地熱、温泉熱、
太陽熱などを組み合わせて利用することもできる。ま
た、今後利用が普及すると予想される燃料電池システム
の排熱を利用すれば、冷熱が容易に得られるのでその効
率は飛躍的に増大し、ヒートポンプシステムの応用も拡
大することが期待される。
[0014] The heat pump system using these adsorbents can be used in places where heat and cold are required in all fields of society. Examples of the use of heat include heating for air conditioning, production of hot water, and heat storage. Examples of use of the cold heat include air conditioning cooling, refrigerators, freezers, handy coolers, electronic equipment cooling, computer CPU cooling, and the like. It can also be applied to low-temperature drying. As a heat source for regeneration of the adsorbent, various low-temperature factory exhaust heat and nighttime electric power can be effectively used. In addition to these heat sources, natural energy such as geothermal heat, hot spring heat,
It can also be used in combination with solar heat. In addition, if the exhaust heat of the fuel cell system, which is expected to be widely used in the future, is used, the heat can be easily obtained, so that the efficiency is dramatically increased and the application of the heat pump system is expected to be expanded.

【0015】上記したヒートポンプ用吸着剤の水分脱離
量および水分脱離量維持率は以下に述べる方法で測定
し、以下の式により求める。ただし、精度が十分であれ
ば熱分析装置の機種は問わない。 <水分脱離量測定法>飽和塩化アンモニウム水溶液を入
れた相対湿度80%の真空デシケータ中に試料を入れ、
脱気した後17時間以上静置し、室温で水分を飽和量吸
着させる。取出した試料を熱分析装置の試料皿にセット
し、その時の試料重量(Ww)を読み取る。昇温速度を
3℃/毎分とし、雰囲気ガスを流通させずに300℃ま
で加熱する。室温状態から100℃まで加熱した時の重
量(W100)および200℃まで加熱したときの重量
(W200)を読み取る。以下の式により水分脱離量を求
める。
The water desorption amount and the water desorption amount retention rate of the above-mentioned heat pump adsorbent are measured by the following methods, and are obtained by the following equations. However, as long as the accuracy is sufficient, the model of the thermal analyzer does not matter. <Water Desorption Measurement Method> A sample was placed in a vacuum desiccator containing a saturated ammonium chloride aqueous solution and having a relative humidity of 80%.
After deaeration, the mixture is allowed to stand for at least 17 hours to adsorb a saturated amount of water at room temperature. The removed sample is set on a sample dish of a thermal analyzer, and the weight (W w ) of the sample at that time is read. The temperature is raised at a rate of 3 ° C./minute, and heating is performed to 300 ° C. without flowing an atmosphere gas. The weight (W 100 ) when heated from room temperature to 100 ° C. and the weight (W 200 ) when heated to 200 ° C. are read. The amount of water desorption is determined by the following equation.

【0016】 100℃の水分脱離量(重量%) = (Ww−W100)/(Ww)×100 200℃の水分脱離量(重量%) = (Ww−W200)/(Ww)×100 <水分脱離量維持率算出法>上記の方法で求めた初期の
水分脱離量をQ1、水分吸着−300℃加熱脱着のサイ
クルを50回繰り返した後、上記の方法で求めた水分脱
離量をQ50とする。以下の式により水分脱離量維持率を
求める。
Amount of desorbed water at 100 ° C. (% by weight) = (W w −W 100 ) / (W w ) × 100 Amount of desorbed water at 200 ° C. (% by weight) = (W w −W 200 ) / ( W w ) × 100 <Calculation method of retention rate of water desorption amount> The initial water desorption amount obtained by the above method is Q 1 , and a cycle of water adsorption-300 ° C. heat desorption is repeated 50 times, and then the above method in the obtained water desorption amount and Q 50. The retention rate of the amount of desorbed water is determined by the following equation.

【0017】 水分脱離量維持率(%) = (Q50/Q1)×100 <BEA型ゼオライトの合成と前処理>ナトリウムアル
ミノシリケートゲルスラリーにアルカリ源として水酸化
ナトリウム、テンプレート剤としてテトラエチルアンモ
ニウムヒドロキシドを添加し、150℃、48時間自生
圧力下で加熱してSiO2/Al23比=16.5、1
7.5および27.0のBEA型ゼオライトを合成し
た。これらのゼオライトを洗浄後塩化アンモニウム水溶
液を用いてアンモニウムイオン交換を行った。洗浄して
乾燥後600℃で焼成してテンプレート剤を除去し、H
+型BEA型ゼオライトを調製した。イオン交換率は9
9%であり、残りはNa+イオンであった。 <MCM−41の合成と前処理>M.Gruenらの報
告(Microporous and Mesopor
ous Materials,Vol.27,pp.2
07−216,1999)に基づき、MCM−41を合
成した。テンプレート剤としてn−ヘキサデシルトリメ
チルアンモニウムブロマイド、シリカ源としてテトラエ
トキシシランを用いた。このMCM−41の粉末を空気
中で550℃で焼成してテンプレート剤を除去した。得
られたMCM−41の細孔径はXRD回折データから4
3Åであった。
Water desorption amount maintenance rate (%) = (Q 50 / Q 1 ) × 100 <Synthesis and pretreatment of BEA type zeolite> Sodium hydroxide as an alkali source in sodium aluminosilicate gel slurry, and tetraethylammonium as a template agent Hydroxide was added, and the mixture was heated at 150 ° C. for 48 hours under autogenous pressure to obtain a SiO 2 / Al 2 O 3 ratio = 16.5, 1
7.5 and 27.0 BEA zeolites were synthesized. After washing these zeolites, ammonium ion exchange was performed using an ammonium chloride aqueous solution. After washing, drying and baking at 600 ° C. to remove the template agent,
A + BEA type zeolite was prepared. The ion exchange rate is 9
9%, with the balance being Na + ions. <Synthesis and Preprocessing of MCM-41> Gruen et al. (Microporous and Mesopor)
ow Materials, Vol. 27, pp. 2
07-216, 1999), MCM-41 was synthesized. N-Hexadecyltrimethylammonium bromide was used as a template agent, and tetraethoxysilane was used as a silica source. This MCM-41 powder was fired at 550 ° C. in air to remove the template agent. The pore size of the obtained MCM-41 was 4 based on the XRD diffraction data.
It was 3Å.

【0018】[0018]

【実施例】以下、実施例において本発明を詳細に説明す
る。しかし、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。 <実施例1〜3>SiO2/Al23比=16.5、1
7.5および27.0のH+型BEA型ゼオライトを1
00℃で24時間乾燥後、水分脱離量測定法に従って水
分を飽和量吸着させた。この試料を熱分析装置(マック
サイエンス社製熱分析装置TG−DTA2000)で熱
分析を行った。室温から100℃、200℃の水分脱離
量および100〜200℃までの水分脱離量の差はそれ
ぞれ下記のとおりであった。
The present invention will be described below in detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples. <Example 1~3> SiO 2 / Al 2 O 3 ratio = 16.5,1
7.5 and 27.0 H + BEA zeolite
After drying at 00 ° C. for 24 hours, a saturated amount of water was adsorbed according to the method for measuring the amount of desorbed water. This sample was subjected to thermal analysis using a thermal analyzer (TG-DTA2000, a thermal analyzer manufactured by Mac Science). The differences in the amount of desorbed water from room temperature to 100 ° C and 200 ° C and the amount of desorbed water from 100 to 200 ° C were as follows.

【0019】[0019]

【表1】 <実施例4〜6>実施例1〜3で用いた試料を空気中で
300℃で水分を加熱脱離後、再度相対湿度80%の真
空デシケータ中に入れ、水分を飽和量吸着させるサイク
ルを50回繰り返した。その後、初回と同様の操作によ
り水分脱離量を求めた。結果は以下のとおりであった。
水分脱離量維持率(Q50)は何れの場合も90%以上で
あった。
[Table 1] <Examples 4 to 6> A cycle in which the samples used in Examples 1 to 3 were heated and desorbed at 300 ° C. in air, and then placed again in a vacuum desiccator having a relative humidity of 80% to adsorb a saturated amount of water. Repeated 50 times. Thereafter, the amount of desorbed water was determined by the same operation as in the first time. The results were as follows.
The water desorption amount maintenance rate (Q 50 ) was 90% or more in each case.

【0020】[0020]

【表2】 <実施例7,8>SiO2/Al23比=2.0のFA
U型ゼオライトを塩化亜鉛水溶液および塩化マンガン水
溶液を用いてZn2+およびMn2+交換体を作成した。そ
れぞれの試料中のZn2+およびMn2+以外のイオンはN
+とK+であった。実施例1と同様の方法で各試料の水
分脱離量を測定した。その結果は以下のとおりであっ
た。
[Table 2] <Examples 7 and 8> FA having a SiO 2 / Al 2 O 3 ratio = 2.0
Zn 2+ and Mn 2+ exchangers were prepared from U-type zeolite using an aqueous solution of zinc chloride and an aqueous solution of manganese chloride. The ions other than Zn 2+ and Mn 2+ in each sample were N 2
a + and K + . The amount of water desorbed from each sample was measured in the same manner as in Example 1. The results were as follows.

【0021】[0021]

【表3】 <実施例9〜11>SiO2/Al23比=2.6のF
AU型ゼオライトをそれぞれ塩化マグネシウム、塩化亜
鉛および塩化マンガンの各水溶液を用いてMg2+,Zn
2+およびMn2+交換体を作成した。それぞれの試料のM
2+,Zn2+およびMn2+以外のイオンはNa+であっ
た。実施例1と同様の方法で各イオン交換体の水分脱離
量を測定した。その結果は以下のとおりであった。
[Table 3] <Example 9~11> SiO 2 / Al 2 O 3 ratio = 2.6 F
Each magnesium chloride AU type zeolite, Mg using aqueous solutions of zinc chloride and manganese chloride 2+, Zn
2+ and Mn 2+ exchangers were made. M of each sample
The ions other than g 2+ , Zn 2+ and Mn 2+ were Na + . The amount of water desorbed from each ion exchanger was measured in the same manner as in Example 1. The results were as follows.

【0022】[0022]

【表4】 <実施例12〜15>SiO2/Al23比=5.6の
FAU型ゼオライトをそれぞれ塩化アンモニウム、塩化
マグネシウム、塩化亜鉛および塩化マンガンの各水溶液
を用いてNH 4 +、Mg2+,Zn2+およびMn2+交換体を
作成した。それぞれの試料のNH4 +、Mg2+,Zn2+
よびMn2+以外のイオンはNa+であった。NH4 +型は
500℃で焼成してH+型とした。実施例1と同様の方
法で各イオン交換体の水分脱離量を測定した。その結果
は以下のとおりであった。
[Table 4]<Examples 12 to 15> SiOTwo/ AlTwoOThreeRatio = 5.6
Ammonium chloride, chloride
Aqueous solutions of magnesium, zinc chloride and manganese chloride
With NH Four +, Mg2+, Zn2+And Mn2+Exchanger
Created. NH of each sampleFour +, Mg2+, Zn2+You
And Mn2+Other ions are Na+Met. NHFour +The type is
Baking at 500 ° C+Type. Same as in Example 1
The amount of water desorbed from each ion exchanger was measured by the method. as a result
Was as follows.

【0023】[0023]

【表5】 <実施例16,17>SiO2/Al23比=17.5
のBEA型ゼオライトおよびSiO2/Al23比=
5.6のFAU型ゼオライトを塩化ランタン水溶液を用
いてLa3+交換体を作成した。それぞれの試料La3+
外のイオンはH+とNa+であった。実施例1と同様の方
法で各試料の水分脱離量を測定した。その結果は以下の
とおりであった。
[Table 5] <Example 16,17> SiO 2 / Al 2 O 3 ratio = 17.5
BEA type zeolite and SiO 2 / Al 2 O 3 ratio =
A La 3+ exchanger was prepared from the 5.6 FAU zeolite using an aqueous lanthanum chloride solution. The ions other than La 3+ in each sample were H + and Na + . The amount of water desorbed from each sample was measured in the same manner as in Example 1. The results were as follows.

【0024】[0024]

【表6】 <実施例18,19>SiO2/Al23比=16.5
のBEA型ゼオライトおよびSiO2/Al23比=
2.6のX型ゼオライトをそれぞれ1%NaOH水溶液
中で5時間および3%NaOH水溶液中で3時間、60
℃で処理をした。BEA型ゼオライトはその後、NH4 +
イオン交換した後500℃で焼成してH+型とした。処
理後のそれぞれのゼオライトのSiO2/Al23比は
11.7および2.5であった。実施例1と同様の方法
で各試料の水分脱離量を測定した。その結果は以下のと
おりであった。
[Table 6] <Example 18,19> SiO 2 / Al 2 O 3 ratio = 16.5
BEA type zeolite and SiO 2 / Al 2 O 3 ratio =
The X-type zeolite of 2.6 was treated in a 1% aqueous NaOH solution for 5 hours and a 3% aqueous NaOH solution for 3 hours, 60 hours, respectively.
Treated at ° C. The BEA zeolite is then converted to NH 4 +
After ion exchange, the mixture was calcined at 500 ° C. to obtain an H + type. The SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of each zeolite after treatment was 11.7 and 2.5. The amount of water desorbed from each sample was measured in the same manner as in Example 1. The results were as follows.

【0025】[0025]

【表7】 <実施例20〜24>実施例7、9、12、15および
18で用いた試料を空気中で300℃で加熱脱水後、再
度相対湿度80%の真空デシケータ中に入れ、水分を飽
和量吸着させるサイクルを50回繰り返した。その後、
初回と同様の操作により水分脱離量を求めた。結果は以
下のとおりであった。水分脱離量維持率(Q50)は何れ
の場合も90%以上であった。
[Table 7] <Examples 20 to 24> The samples used in Examples 7, 9, 12, 15 and 18 were dehydrated by heating at 300 ° C. in air, and then placed again in a vacuum desiccator having a relative humidity of 80% to adsorb a saturated amount of water. The cycle was repeated 50 times. afterwards,
The amount of desorbed water was determined by the same operation as in the first time. The results were as follows. The water desorption amount maintenance rate (Q 50 ) was 90% or more in each case.

【0026】[0026]

【表8】 <比較例1〜6>NaA型ゼオライト及び塩化カリウム
水溶液と塩化カルシウム溶液を用いてNaA型ゼオライ
トのK+及びCa2+イオン交換体を作成し、また実施例
で使用したものと同じ塩類水溶液を用いて二価金属イオ
ンに交換した。これらの試料を実施例1と同様の方法で
水分脱離量を求めた。その結果は以下のとおりであっ
た。
[Table 8] <Comparative Examples 1 to 6> K + and Ca 2+ ion exchangers of NaA-type zeolite were prepared using an aqueous solution of NaA-type zeolite and potassium chloride and a solution of calcium chloride, and the same salt aqueous solution used in Examples was used. And exchanged for divalent metal ions. For these samples, the amount of desorbed water was determined in the same manner as in Example 1. The results were as follows.

【0027】[0027]

【表9】 <比較例7〜8>SiO2/Al23比の異なるNa型
のFAU型ゼオライトを実施例1と同様の方法で水分脱
離量を求めた。その結果は以下のとおりであった。
[Table 9] <Comparative Examples 7 and 8> The amount of water desorbed from Na-type FAU-type zeolites having different SiO 2 / Al 2 O 3 ratios was determined in the same manner as in Example 1. The results were as follows.

【0028】[0028]

【表10】 <比較例9>テンプレート剤を除去したMCM−41を
実施例1と同様の方法で水分脱離量を求めた。その結果
は以下のとおりであった。
[Table 10] <Comparative Example 9> The amount of water desorbed from MCM-41 from which the template was removed was determined in the same manner as in Example 1. The results were as follows.

【0029】[0029]

【表11】 この試料を実施例4〜7と同様の方法で水分吸着−脱着
のサイクルを3回繰り返した後の水分脱離量維持率(Q
3)を求めた結果、100℃および200℃における値
は71%および68%であった。
[Table 11] This sample was subjected to the water adsorption / desorption cycle three times in the same manner as in Examples 4 to 7, and the water desorption amount retention rate (Q
3 ), the values at 100 ° C. and 200 ° C. were 71% and 68%.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】室温での水分飽和吸着状態から100℃ま
で加熱した時の吸着剤の水分脱離量が6重量%以上、お
よび200℃まで加熱した時の水分脱離量が19重量%
以上であり、かつ100〜200℃までの水分脱離量の
差が6重量%以上であるヒートポンプ用ゼオライト吸着
剤。
1. The adsorbent has a water desorption amount of 6% by weight or more when heated to 100 ° C. from a water-saturated adsorption state at room temperature and 19% by weight when heated to 200 ° C.
A zeolite adsorbent for a heat pump, wherein the difference in the amount of desorbed water from 100 to 200 ° C is 6% by weight or more.
【請求項2】吸着剤がBEA、FAU型構造を有するア
ルミノシリケートゼオライトの一種以上から成る請求項
1記載のヒートポンプ用吸着剤。
2. The heat pump adsorbent according to claim 1, wherein the adsorbent comprises at least one of aluminosilicate zeolite having a BEA or FAU type structure.
【請求項3】アルカリ水溶液中で加熱処理したゼオライ
トを用いることを特徴とする請求項1または請求項2記
載のヒートポンプ用吸着剤。
3. The heat pump adsorbent according to claim 1, wherein zeolite heat-treated in an aqueous alkaline solution is used.
【請求項4】交換イオンの50%以上がプロトン、二価
および三価金属陽イオンの群から選ばれる一種以上のイ
オンであるアルミノシリケートゼオライトの一種以上か
ら成る請求項1、請求項2および請求項3記載のヒート
ポンプ用吸着剤。
4. An aluminosilicate zeolite, wherein at least 50% of the exchanged ions are at least one ion selected from the group consisting of proton, divalent and trivalent metal cations. Item 4. An adsorbent for a heat pump according to item 3.
【請求項5】水分吸着−加熱脱着のサイクルを50回繰
り返した後の水分脱離量維持率が、90%以上である請
求項1、請求項2、請求項3および請求項4記載のヒー
トポンプ用吸着剤。
5. The heat pump according to claim 1, wherein the water desorption amount retention rate after repeating a water adsorption-thermal desorption cycle 50 times is 90% or more. For adsorbent.
【請求項6】請求項1、請求項2、請求項3、請求項4
および請求項5に記載の吸着剤を用いることを特徴とす
る温熱用および、または冷熱用ヒートポンプシステム。
6. The first, second, third and fourth aspects of the present invention.
A heat pump system for heating and / or cooling, wherein the adsorbent according to claim 5 is used.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005011859A1 (en) * 2003-07-30 2005-02-10 Tosoh Corporation Adsorbing agent comprising zeolite for heat pump and method for preparation thereof and use thereof

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