JP2002226283A - 多孔質体及びその製造方法 - Google Patents
多孔質体及びその製造方法Info
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Abstract
ポア多孔質体を得る。 【解決手段】 AlPO4−B2O3−Na2O系ガラス
を、非晶質のままで、蒸留水と共にオートクレーブに入
れ、150℃で2時間処理した。オートクレーブ処理を
行なう前のガラスの比表面積は無視できる程度に小さい
が、オートクレーブ処理により、大部分のホウ酸塩成分
とナトリウム成分が溶出し、比表面積が236m2/g
で、細孔径5〜10nmに分布を有するメソポア多孔質
体が得られた。
Description
体とその製造方法に関するものである。
ポア多孔質体、メソポア多孔質体及びマクロポア多孔質
体に分類される。それぞれの多孔質体の境界は明確では
ないが、おおよそ次のように分類されている。ミクロポ
ア多孔質体は細孔径が2nm程度未満のもの、メソポア
多孔質体は細孔径が2〜50nm程度のもの、マクロポ
ア多孔質体は細孔径が50nm程度より大きいものであ
る。
ラードクレイがある。メソポア多孔質体としては、代表
的なものとしてシリカゲルやシリカアルミナゲルなどの
キセロゲル、及び分相ガラスを利用して合成されるポー
ラスガラスがある。メソポア多孔質体は、化学工業にお
いて、物質の吸着分離・精製の媒体、触媒、触媒担体、
固定化酵素担体などとして広く利用されている。ミクロ
ポア多孔質体はその細孔径によって分子を選択的に吸着
する機能があり、小分子を対象に利用されるのに対し、
メソポア多孔質体は細孔径が大きく、化学工業のプロセ
ス一般にわたって広範な需要がある。最近では、細孔径
や細孔分布、表面積の大きさだけでなく、化学物質との
相互作用が重要であり、固体酸性の弱いメソポア多孔質
体や疎水性を有する多孔質体など、材質に対する要求が
多岐にわたっており、新しい材質を用いたメソポア多孔
質体が望まれている。
孔質体としては、主として、シリカ又はアルミナ質をベ
ースにしたキセロゲルやポーラスガラスが用いられてき
た。これらの多孔質体は強い固体酸性に特徴があり、ク
ラッキング触媒等に用いられてきたが、その強い固体酸
性の故に用途が制約されている。そのため、固体酸性が
弱く、極性の小さい疎水的なメソポア多孔質体が待ち望
まれている。
AlPO4(リン酸アルミニウム)系多孔質体が種々知
られており注目されているが、これまでに知られている
AlPO4系多孔質体はいずれもミクロポア多孔質体で
ある。例えば、細孔径が最大のものは酸素18員環を含
むAlPO4−H1又はVPI−5であるが、それらの
細孔径は1nmに過ぎない。2nm以上の細孔を有する
AlPO4系メソポア多孔質体の出現が持ち望まれてい
る。本発明は固体酸性が弱く、極性の小さい疎水的なメ
ソポア多孔質体を提供することを目的とするものであ
る。
リカ又はアルミナ質をベースにしたメソポア多孔質体に
代わるものとして、リン酸アルミニウムをベースとする
メソポア多孔質体を開発した。本発明でいう「メソポア
多孔質体」の語は、細孔径が必ずしも一般的な分類に従
ったものではなく、上で述べたメソポア多孔質体の細孔
径より広い範囲のものも含んだ意味で使用している。
異なり、リン酸アルミニウムをベースとしてガラスを調
製し、易溶性部分を溶出させることにより、所望の細孔
径、細孔分布をもったメソポア多孔質体を合成すること
に成功した。
−B2O3−R2O(Rはアルカリ金属)三成分系でガラ
ス化範囲を詳細に調べ、メソポアを有するAlPO4系
多孔質体の合成に成功した。
とし、孔径が2nm以上の細孔をもつAlPO4系メソ
ポア多孔質体である。
するために、本発明の製造方法は、以下の工程(A)及
び(B)を含んでいる。 (A)AlPO4、B2O3(酸化ホウ素)及びR2Oを主
成分とするガラスを作成する工程、及び(B)前記ガラ
スからB2O3成分及びR2O成分の少なくとも一部分を
水、又は弱酸もしくは弱アルカリの水溶液に溶出させて
多孔質体を得る工程。 溶出には、通常、水を加熱して用いるが、溶出量と溶出
速度をさらに調節するために、弱酸もしくは弱アルカリ
の水溶液を用いることもできる。
処理によりまず、結晶化させる。その後、B2O3成分及
びR2O成分を水、又は弱酸もしくは弱アルカリの水溶
液により溶出させる。溶出時の水温は50〜200℃
で、90〜160℃が最も望ましい。好ましい他の方法
では、前記ガラスを非晶質のままで、B2O3成分及びR
2O成分を水、又は弱酸もしくは弱アルカリの水溶液に
より、溶出させる。水温は50〜200℃で行う。最も
望ましい温度は50〜150℃である。溶出時の水温が
100℃を越える場合は、オートクレーブを用いて水の
蒸発を防ぐ。
の前記ガラスの好ましい組成は、アルカリ金属Rとして
Naを使用し、AlPO4をx,B2O3をy,R2Oをz
とするとき、モル%で表わしてxが10〜50%、yが
75〜15%、zが15−40%である。
成分とするガラスを生成し、これを出発物質として熱処
理による結晶化後あるいはそのような熱処理を施すこと
なく非晶質のままで、熱水、例えば80〜150℃の水
を用いてB2O3成分とR2O成分の一部あるいは大部分
を溶出することにより、メソポア多孔質体を合成する。
AlPO4はAl2O3とP2O5とから生成することがで
きる。その際、Al2O3とP2O 5のモル比(Al2O3/
P2O5)比は0.6〜1.4の範囲が適当であるが、こ
のモル比はほぼ1に近い方が好ましい。
ム、各種水酸化アルミニウム又はベーマイトを用いるこ
とができる。P2O5の原料としては、リン酸、各種アル
カリ若しくはアンモニウムリン酸塩、又はこれらの混合
物を用いることができる。B 2O3の原料としては、ホウ
酸又は各種アルカリホウ酸塩を用いることができる。R
2Oの原料としては、各種炭酸塩又は炭酸水素塩を用い
ることができる。
必須条件ではないが、ガラス化を容易にし、化学耐久
性、機械的特性を改善するため、必要に応じてSi
O2、TiO2又は各種アルカリ土類酸化物を添加物とし
て加えることもできる。
白金あるいは磁製坩堝を用いて、加熱分解後、溶融する
まで焼成し、急冷して溶融ガラスを得る。このガラスを
熱処理による結晶化後、あるいは熱処理を行なわないで
非晶質のままで、熱水中に入れ処理すると、一部分ある
いは大部分のR2O成分及びB2O3成分が溶出し、Al
PO4を主成分とする、結晶質あるいは非晶質のメソポ
ア多孔質体が得られる。
に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではな
い。
マイト、酸化ホウ素、炭酸ナトリウムを種々の比に混合
し、これを1200〜1500℃で約1時間加熱し、完
全に融解したのち、水中に投じて急冷した。合成した試
料の酸化物モル組成とガラス化の状態を表1に示す。A
l/Pは1となるように原料を混合し、調製した。○は
透明なガラス、△は一部失透したガラス、×は結晶化し
て上記の方法ではガラス化できなかったことを示す。
囲を図1に示す。図1の結果から、AlPO4−B2O3
−Na2O系のガラスのガラス化する組成は、AlPO4
をx,B2O3をy,Na2Oをzとするとき、モル%で
表わしてxが10〜50%、yが75〜15%、zが1
5−40%である。(多孔質化処理)これらのガラスの
中から、試料6について、次の2つの多孔質化処理方法
1,2によりB2O3成分とNa2O成分を溶出して多孔
質体を合成した。
を行った後、これを90℃の熱水中に1日保持した。そ
の結果、比表面積109m2/g、細孔容量0.28m
l/gの多孔質体が得られた。
定した窒素吸着等温線には、飽和蒸気圧付近に吸着曲線
の急激な立ち上がりが観察され、大きい細孔容量と合わ
せて、メソポア多孔質体が得られたことが判明した。こ
の多孔質体の分析結果から、熱水処理により、仕込み組
成の約80%のホウ酸成分とナトリウム成分が溶出して
いることがわかった。
で、蒸留水と共にオートクレーブに入れ、150℃で2
時間処理した。得られた多孔質体を真空中、200℃で
2時間乾燥し、窒素吸着曲線を測定した。図2に窒素吸
着曲線から求めた細孔径分布を示す。オートクレーブ処
理を行なう前のガラスの比表面積は無視できる程度に小
さいが、オートクレーブ処理により、大部分のホウ酸塩
成分とナトリウム成分が溶出し、比表面積が236m2
/gで、細孔径5−10nmに分布を有するメソポア多
孔質体が得られた。実施例では、アルカリ金属Rとして
Naを使用した場合のみを示しているが、Na2Oと同
様にガラス形成の修飾酸化物として分類されるR2O
(R=Li又はK)をNa2Oに代えて使用することが
できる。また、Rは1種類に限らず、これらの2種類以
上の組合わせとしてもよい。
した、孔径が2nm以上の細孔をもつメソポア多孔質体
が得られる。このメソポア多孔質体は、固体酸性が弱
く、極性の小さい疎水的な多孔質体であるため、化学工
業において物質の吸着分離・精製の媒体、触媒、触媒担
体、固定化酵素担体などとして広く利用することができ
る。また、そのメソポア多孔質体を製造する本発明の製
造方法では、AlPO4、B2O3及びR2O(Rはアルカ
リ金属)を主成分とするガラスを作成し、そのガラスか
らB2O3成分及びR2O成分の少なくとも一部分を溶出
させることによりこの多孔質体を得ることができるの
で、製造が容易である。
系ガラスのガラス化範囲を示す図である。
す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 AlPO4を主成分とし、孔径が2nm
以上の細孔をもつAlPO4系メソポア多孔質体。 - 【請求項2】 以下の工程(A)及び(B)を含むメソ
ポア多孔質体の製造方法。 (A)AlPO4、B2O3及びR2O(Rはアルカリ金
属)を主成分とするガラスを作成する工程、及び(B)
前記ガラスからB2O3成分及びR2O成分の少なくとも
一部分を水、又は弱酸もしくは弱アルカリの水溶液に溶
出させて多孔質体を得る工程。 - 【請求項3】 B2O3成分及びR2O成分を溶出させる
前に前記ガラスを熱処理により結晶化させる請求項2に
記載のメソポア多孔質体の製造方法。 - 【請求項4】 B2O3成分及びR2O成分を溶出させる
前の前記ガラスの組成は、アルカリ金属RとしてNaを
使用し、AlPO4をx,B2O3をy,R2Oをzとする
とき、モル%で表わしてxが10〜50%、yが75〜
15%、zが15−40%である請求項2又は3に記載
のメソポア多孔質体の製造方法。
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