概要
Micromeritics Breakthrough Analyzerは、プロセスに関連する条件下で吸着剤の性能を正確に特性評価するための柔軟なガス供給および管理システムです。フロースルーシステムを使用して、ガス/蒸気混合物の信頼性の高い吸着データを提供します。
多成分システムの過渡吸着データと平衡吸着データの両方を収集する、安全で高度に最適化されたデバイス。BreakThrough Analyzerは、最大6つの高精度マスフローコントローラと特許取得済みの高性能混合バルブで構成でき、実験設計において比類のない柔軟性を提供します。優れたガス供給設計により、デッドボリュームを最小限に抑えながら、組成と流量の両方を正確に制御します。
高品質のステンレス製カラムは0.05〜2.5 gの吸着剤を保持できます。高精度かつ頑丈で信頼性の高い抵抗炉を使用することで、1050 °Cまでの自動サンプル活性化が可能です。
作動圧力は、サーボ位置制御バルブを介して大気圧から30 barまでに制御されます。温度調整環境チャンバは、システム全体を最高200°Cまでの均一な温度に保つ制御を行い、コールドスポットを排除します。BreakThrough Analyzerの安全なドアロックシステムにより、解析全体を通じてオペレータの安全を確保します。
BreakThrough Analyzerに蒸気発生器を追加すると、水などの重要なプローブ分子が実験研究で使用できるようになります。BreakThrough Analyzerは、市販のフーリエ変換赤外システムおよび質量分析計システムに簡単に接続して、ガスの同定と定量を行うことができます。

機能
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温度調整環境チャンバにより、蒸気流の結露を防止
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完全に自動化された実験設計により、実験設定が簡単に
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タッチスクリーンにより、装置の操作と実験条件の監視が容易に
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自社開発の混合バルブは、ガス混合とシステムのデッドボリュームの最小化において、優れた利点を提供
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最大6つのガス入口と2つの蒸気源により、優れた流量制御と複数のガスの混合で、幅広い解析オプションを提供
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自動ドアロックにより、解析中の温度安定性とユーザーの安全性を確保
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検出器やその他のオプションアクセサリの追加:システムの拡張性により、時間の経過とともに検出器やその他のオプションアクセサリ(例:質量分析計、GC/MS、追加の蒸気源、真空活性化、その他のオプション)を追加することで、機能を拡張可能
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カラム炉:頑丈で耐久性に優れ、最高1050°Cの高温能力を備えた炉
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電解研磨された316 SSサンプルカラムは、最大2.5gの容量があり、粉体での使用に適している。ペレットまたは押出物には他の直径が利用可能

ブレークスルー吸着動態解析
ブレークスルー解析は、流動条件下での吸着剤の吸着容量を決定する強力な技術です。動的ブレークスルー吸着には、静的吸着測定よりも多くの利点があります。
- 多成分吸着データを簡単に収集できる
- 吸着質の選択性を決定できる
- プロセス条件を再現できる
ブレークスルー解析を行う際には、圧力低下と物質移動制限を防ぐために、分析プロセスにおいてサンプル調製が重要なステップとなります。
- 圧力低下は、粒子間の空間がガスの流量に対応できないほど小さい場合に起きます。
- 物質移動制限は、物質の細孔サイズが吸着質の動態直径に類似している場合に起きます。
したがって、最良の結果を得るためには、粒子のサイズを適切に決定することが重要です。

ブレークスルー曲線の確認
- 完全吸着
吸着剤は吸着質ガスを完全に吸着するため、ブレークスルーカラムの出口では検出できません
- ブレークスルー
吸着質ガスは、ブレークスルーカラムの出口で最初に検出されます。ガスは吸着され続けますが、吸着剤はブレークスルーカラムに入っていくガス全体を吸着することができなくなっています。
- 飽和
吸着剤が飽和状態に達し、吸着質ガスを吸着できなくなると、吸着質ガスはカラムを自由に通過できるようになります。

二酸化炭素の吸着
ゼオライト13Xと5A、金属有機フレームワークMIL-53 (Al)とFe‐BTCについて、単一成分二酸化炭素ブレークスルー吸着実験を実施しました。
窒素10sccmと二酸化炭素10 sccmからなる等モルガス流を流しながら、30°Cで全ての物質を分析しました。1 sccmのヘリウム流も、ブレークスルー実験の開始を確認できるようにするトレーサーガスとして、供給ガス流に混合しました。
4種類の材料のブレークスルー曲線を、質量正規化された軸上にプロットします。吸着したCO2の総量は、モレキュラーシーブ5A >ゼオライト13X > Fe-BTC > MIL-53 (Al)の順です。
下表は、吸着量の総量をmmol/g単位で示したものです。
材料 | 吸着した物質(二酸化炭素) |
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ゼオライト13X | 2.94 |
モレキュラーシーブ5A | 3.52 |
MIL-53 (AI) | 1.23 |
FE-BTC | 2.30 |

アプリケーション
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- 天然ガスの分離
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天然ガスは炭化水素と他のガスの混合物であり、工業用途や家庭での暖房や調理に使用する前に精製する必要があります。
- 直接空気回収(DAC)
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DACは、大気中の二酸化炭素濃度が低く、水分などの不純物も存在するため、困難を伴います。回収されたCO2は、地下に隔離したり、販売したり、付加価値のある化学物質に変換したりすることで、二酸化炭素の排出を相殺することができます。
- CO2の吸着
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発電所、化学プラント、製油所は二酸化炭素の主要な排出源であり、濃度が高くなると、直接空気回収とは異なる運転条件が必要となることが多くなります。
- オレフィン/パラフィンの分離
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石油化学産業の中核であり、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリマーの製造に使用されています。この分離は大量のエネルギーを消費するため、CO2排出量の増加につながります。
- 有毒ガスの吸着
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個人の保護のために多孔質固体が使用されます。また、天然ガスや他のプロセス原料から出る、二酸化硫黄、硫化水素、二酸化窒素などの有毒ガスの回収について、多孔質固体の研究開発が行われています。
- 水の吸着
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大気からの水の収集は、乾燥した気候や農業用水の使用量増加により淡水の供給が制限されている世界の多くの地域にとって、重要な技術となる可能性があります。
- ゼオライト
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ゼオライト5A、13X、LiXを用いた圧力スイング吸着は、窒素の吸着に対して高い選択性があるため、商業的に空気分離および酸素の製造に使用されています。
- シリカ
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アミン官能基化シリカは効果的で高選択性の吸着剤であり、CO2の直接空気回収(DAC)に使用されます。
- 多孔質膜/モノリス
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ゼオライトまたはMOFでコーティングされた多孔質膜およびモノリスは、分離プロセスの操作効率を向上させるために一般的に使用されます。
- 活性炭
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自動車の燃料システムから発生する揮発性有機成分(VOC)を、キャニスターに充填した活性炭で回収し、VOC排出量を最小限に抑えます。
- 多孔質アルミナ
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アルミナ担持イオン液体は、天然ガスからCO2を分離するための効果的な吸着剤として、潜在的な応用が期待されています。
- 金属有機構造体(MOF)
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MOFは、アルカンとオレフィン、オレフィンとアルキン、DAC、CO2とCH4などの要求の厳しい商用アプリケーションに有効な高選択性の吸着剤です。