炭素の次に、問題になるに違いない「窒素」過多…開発者が「日本はすでに持っています」と胸を張る「仰天発明」
アンモニア吸着について、プルシアンブルーの分子構造上の穴を利用して研究が進められている。活性炭との違いや利点についても述べられている。
プルシアンブルーは穴の大きさが均一であるため、選択的にアンモニアを吸着することができる。活性炭よりも再現性が高く、吸着力を上げることも可能とされている。
研究によってプルシアンブルーの穴の大きさや形状を変えることで、吸着力向上の方法が見つかり、革新的な発展が期待されている。
なぜできたの？ どうやって働くの？思わず頭をかしげてしまうようなびっくり発明、おもしろ発明を、本サイト人気連載「さがせ、おもしろ研究！ ブルーバックス探検隊が行く」をベースとした『「あっぱれ！ 日本の新発明 世界を変えるイノベーション』から、ご紹介します。
前回ご紹介した顔料「プルシアンブルー」や、その類似体を利用したアンモニア吸着の発明。今回は、それらの吸着のカギとなる、分子構造上の「穴」について詳しく見ていきます。じつは、今回の開発、すでに一部で利用が始まってるそうです。
*本記事は、『「あっぱれ！ 日本の新発明 世界を変えるイノベーション』(ブルーバックス)を抜粋・再編集したものです。
アンモニアを除去するだけでなく、回収して再利用できるなら一石二鳥である。川本さんのダメ出しにもめげずに研究を進めた高橋さんは、プルシアンブルーの構造をナノメートル(10億分の1m)のオーダーで観察した。すると、05nmぐらいの幅の穴が開いているのが見つかった。
アンモニアの分子の大きさは0.26nmなので、この穴に入ることができる。つまり、アンモニアを吸着できるのだ(図「プルシアンブルーの空隙サイト」)。
「吸着材といえば、一般的には活性炭が有名ですよね。活性炭が優れているのは、いろいろな大きさの穴が開いている点です。小さい穴から大きい穴まであるので、多様な分子を吸着できる。一方、プルシアンブルーは穴の大きさが均一なので、吸着できるもののサイズも限られています」
「だから、いろいろな物質を吸着したいなら活性炭が有効ですが、狙いをアンモニアに絞って選択的に吸着したいなら、プルシアンブルーのほうが有効です。活性炭はアンモニアの吸着力があまり高くないんです」(高橋さん)
また、活性炭はヤシの実や木片など天然の原料からつくるので、いつも同じものができるとはかぎらない。穴の開きかたが違えば、何をどれぐらい吸着するかも変わってくる。それに対してプルシアンブルーは人工的な合成物なので、再現性が高い。しかも、分子構造に手を加えることで、吸着力を上げることもできる。じつはその方法を見つけたことが、この研究における大きなブレイクスルーだった。
