JP2003137541A - 高比表面積アルミナの製造方法と得られる高比表面積アルミナ - Google Patents
高比表面積アルミナの製造方法と得られる高比表面積アルミナInfo
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- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
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Abstract
ルミナ、特にアルファ型アルミナを提供すること。 【解決手段】 油中水ナノエマルジョンに、アルミニウ
ムアルコキシドとバリウムアルコキシド又はセシウムア
ルコキシドの少なくとも1種とを、バリウムアルコキシ
ド単独の場合アルミニウムとバリウムのモル比で12:1
より大きく12:0より小さいモル比で、セシウムアルコ
キシド単独の場合アルミニウムとセシウムのモル比で
6:1より大きく6:0より小さいモル比で、バリウムアル
コキシド及びセシウムアルコキシドの両方の場合上記モ
ル比の比例配分範囲内のモル比で、添加して得られる加
水分解物を熟成した後、分離し、仮焼して、比表面積が
20m2/g以上のアルファ型アルミナ及び1000℃以上の温
度で100m2/g以上の比表面積を有するアルミナを製造す
る。
Description
の製造方法とその製造方法によって得られる高比表面積
アルミナに係る。
直接触媒として,又,多くは他の活性物質に対する担体
として広く用いられている。触媒の活性は表面との関係
が深く,高表面積のものが求められる。一般的な乾燥法
で作られた水酸化アルミニウムの表面積は100m2/g程
度と高くないが、低温下で注意深く焼成したアルミナは
表面積が大きい。特に大きなもの(数百m2/g)はアルミ
ニウムアルコキシドを前駆体としてエアロゲル法で得た
ものである。この方法は、アルコキシドを加水分解して
得られるゲルの乾燥を超臨界条件下で行う為に、水酸化
アルミニウムゲルを高い表面積に保持できるとされる。
は高温下(800℃以上)でのアルミナのシンタリング
(燃結)である。いかに表面積の大きなガンマ型アルミ
ナであっても、昇温の途中、アルファ型アルミナに転換
する時に表面が潰れる。アルファ型アルミナの表面積は
普通3 m2/g程度に低下する。もし熱安定な高表面積の
アルファ型アルミナが調製できれば、実用の面で非常に
有用である。例えば1000℃でのメタンの触媒燃焼に
用いることができ,これによりNOxの生成も抑制でき
る。またメタンのリフォーミング等の多くの高温反応に
も利用できるであろう。アルミナは最も汎用性の担体で
ある。
して、アルミナにかさ高イオンであるバリウムやランタ
ンなどの金属イオンを加えるという方法がある(M. Mac
hida, K. Eguchi, and H. Arai, J. Catal., 103, 385
(1987))。バリウムやランタンのヘキサアルミネートは
1300℃以上で生成し、その表面積はおよそ10 m 2/
g であり、単一のアルファ型アルミナの3 m2/g より相
当大きい。バリウムやランタンのヘキサアルミネートが
異方性の層構造を形成することによって、シンタリング
の抑制ができるとされる。しかし、このヘキサアルミネ
ートの表面積では高温触媒としてはまだ十分ではない。
Nature, 403(6), 65(2000)) は高表面積のバリウムヘキ
サアルミネートの調製法を報告した。
A.J.Zarur文献の追試を行ったが,文献の方法に従って
も,再現性が得られなかったので、その考え方を基にし
て様々な方法を試み,鋭意検討した結果,少量の安定化
剤としてバリウム又はセシウムを加えるだけで、ヘキサ
アルミネートでなく、これまで特許や文献に報告された
こともない非常に高い表面積(例えば75m2/g)のアルファ
型アルミナ及び1000℃以上の高温で非常に高い表面積
(例えば156m2/g)のガンマ型アルミナ合成をすることに
成功した。
面積アルミナの製造方法と、その方法によって得られる
従来にない高表面積の高温安定アルミナを提供すること
を目的するものである。
ば、上記目的を達成するために、下記が提供される。
ニウムアルコキシドとバリウムアルコキシド及びセシウ
ムアルコキシドの少なくとも1種とを、バリウムアルコ
キシド単独の場合アルミニウムとバリウムのモル比で1
2:1より大きく12:0より小さいモル比で、セシウムア
ルコキシド単独の場合アルミニウムとセリウムのモル比
で6:1より大きく6:0より小さいモル比で、バリウムア
ルコキシド及びセシウムアルコキシドの両方の場合上記
モル比の比例配分範囲内のモル比で、添加して得られる
加水分解物を熟成した後、分離し、仮焼することを特徴
とする高比表面積アルミナの製造方法。
ルミニウムアルコキシドとバリウムアルコキシドのモル
比をアルミニウムとバリウムのモル比で12:1より大き
く42:1より小さい値にして、アルミナを得る上記
(1)に記載の高比表面積アルミナの製造方法。
ルミニウムアルコキシドとセシウムアルコキシドのモル
比をアルミニウムとセシウムのモル比で6:1より大きく
42:1より小さい値にして、アルミナを得る上記(1)
に記載の高比表面積アルミナの製造方法。
とバリウムアルコキシド及び/又はセシウムアルコキシ
ドのモル比をアルミニウムとバリウム及び/又はセシウ
ムのモル比で42:1に等しいかそれより大きく96:1より
小さい値にして、アルファ型アルミナを得る上記(1)
に記載の高比表面積アルミナの製造方法。
ウムアルコキシドをキレートを用いて油相に溶解させる
上記(1)(2)(4)に記載の高比表面積アルミナの
製造方法。
中で行う上記(1)〜(5)に記載の高比表面積アルミ
ナの製造方法。
からの分離を超臨界乾燥で行う上記(1)〜(6)に記
載の高比表面積アルミナの製造方法。
ルである(5)〜(7)に記載の高比表面積アルミナの
製造方法。
型アルミナであることを特徴とする高比表面積アルミ
ナ。
として含む上記(9)に記載の高比表面積アルミナ。
ヘキサアルミナートを少量成分として含み、平均組成が
(BaO)x・1/2Al2O3(式中1/96<x≦1/42)で表される上
記(8)(9)に記載の高比表面積アルミナ。
アルミナートCs2O・11Al2O3を少量成分として含み、平
均組成が(Cs2O)x・Al2O3(式中1/96<x≦1/42)で表さ
れる上記(8)(9)に記載の高比表面積アルミナ。
表面積を有するアルミナであることを特徴とする高比表
面積アルミナ。
として含む上記(13)に記載の高比表面積アルミナ。
ヘキサアルミナートを少量成分として含み、平均組成が
(BaO)x・1/2Al2O3(式中1/42<x<1/12)で表される上
記(13)(14)に記載の高比表面積アルミナ。
アルミナートCs2O・11Al2O3を少量成分として含み、平
均組成が(Cs2O)x・Al2O3(式中1/42<x<1/9)で表さ
れるj上記(13)(14)に記載の高比表面積アルミ
ナ。
温に耐えるアルミナ(アルファ型アルミナ)の比表面積
は高々3m2/gであるが、本発明によれば1000℃以上の高
温で100m2/g以上の比表面積、さらには150m2/g程度ある
いはそれ以上の比表面積のアルミナ(主としてガンマ型
あるいはガンマ型とアルファ型の混在)を提供すること
が可能とされる。また、本発明によれば、20m2/g以上の
比表面積、さらには30m2/g以上、40m2/g以上の比表面積
のアルファ型アルミナが提供され、50〜100m2/g程度あ
るいはそれ以上の比表面積のアルファ型アルミナを提供
することも可能とされる。従来技術で述べたように、ガ
ンマ型アルミナでも500℃以下では数100m2/gの高比表面
積のものが得られるが、高温安定性が劣り通常800℃で
比表面積が数m2/gのアルファ型アルミナに変化するのに
対して、本発明の如く高温安定な高比表面積アルミナ及
び高比表面積アルファ型アルミナが提供されることの効
果は大なるものがある。
(高比表面積アルファ型アルミナを含む)を製造する方
法について先に説明する。
アルミナは、アルミニウムアルコキシド及び少量のバリ
ウムアルコキシド及び/又はセシウムアルコキシドを油
相から水ナノエマルジョンに移し、2つのアルコキシド
を混合して加水分解し、得られる水酸化物を焼成するこ
とにより製造される。
ーとしての役割を持つ油中水ナノエマルジョンを形成す
る。このナノエマルジョンを用いて生成する加水分解生
成物(水酸化物/金属酸化物)の寸法は油相中の水滴の
寸法に近いものとなる。このような油中水ナノエマルジ
ョンは、界面活性剤の種類、オイル中の水含有量、安定
剤の添加などによって安定に形成することが可能であ
る。
相)としては、基本的に疎水性又は油性物質であって水
相と分離して油相を形成するものであれば制限なく使用
でき、炭化水素系、エステル系、アルコール系、芳香族
系などが広く使用できるが、ナノエマルジョンを安定に
形成する目的、入手容易性などの観点から適宜選択して
使用すればよい。炭化水素媒体と水ナノエマルジョンの
表面張力を適当に保つ観点から適当な分子量の炭化水素
に適当なアルコールを混合したりすることが好ましい。
炭化水素としては特に沸点が96℃(100℃未満)であり、
系から除去し易いイソオクタンがより好ましく、プロパ
ノールは表面張力の制御を適当にするのでより好ましい
媒体として使用できる。
少させ、油中水ナノエマルジョンを安定させるアルコー
ルとしてn−プロパノールの他にもn−ブタノールなど
の直鎖アルコールを用いることができる。安定剤アルコ
ールの量は油相に対し0.1〜10 vol/vol、好ましくは1〜
2 vol/volが適当である。
5 vol/vol、より好ましくは、0.1〜0.5 vol/volが適当
である。1 vol/volより多いと相分離し易く、また0.03
vol/volより少ないとナノエマルジョンを作り難い。
ル(PEG200, 100000など)、ポリエチレンオクチルフェニ
ルエーテル(POEP), Tween80(C18H32O2)などを使用でき
るが、ポリエチレングリコール、特にPEG200が好適であ
る。界面活性剤の量は油相に対し0.05〜0.5 vol/vol、
好ましくは、0.1〜0.2 vol/volが適当である。少なすぎ
るとエマルジョンが長時間懸濁状態を保てず、多すぎる
と油相に溶解せず不要な部分を生じる。
(アルファ型アルミナを含む)を製造するための油中水
ナノエマルジョンは、油相中の水の寸法をできるだけ小
さくかつ均一にすることが望まれる。油相に界面活性剤
と安定剤を添加し、混合物が透明均一になるまで数分間
攪拌する。次に得られたオイル―界面活性剤―安定剤の
混合物に一滴ずつ水を加えると、油相中にナノサイズの
水滴が形成され、混合物が乳白色になる。水の量が多す
ぎると乳濁液が不安定になり、水相が分離する。油中水
ナノエマルジョンの水滴の寸法は得られる金属水酸化
物、引いてはアルミナの寸法を規定するので、できるだ
け微細であることが望ましいが、一般的には2〜20ナノ
メートル程度以下の直径にすることが望ましい。
リウムアルコキシド及びセシウムアルコキシドの少なく
とも1種を溶解させれば、油相中からアルミニウムアル
コキシドとバリウムアルコキシド及び/又はセシウムア
ルコキシドが水滴中に移動して水滴中で加水分解され
て、水滴の寸法に近い寸法の金属水酸化物を形成する。
ウムアルコキシド又はセシウムアルコキシドは入手でき
るものであればよいが、例えば、イソプロピルアルコキ
シド、エチルアルコキシド、ブチルアルコキシドなどの
炭素数2〜5程度の分岐又は直鎖アルコキシドが好適に
使用できる。
ルコキシド及びセシウムアルコキシドの少なくとも1種
との混合割合は、バリウムアルコキシド単独の場合バリ
ウムのアルミニウムに対するモル比で1:12より小さく
0:12より大きいモル比とし、セシウムアルコキシド単独
の場合セシウムのアルミニウムに対するモル比で1:6よ
り小さく0:6より大きいモル比とする。バリウムアルコ
キシド及びセシウムアルコキシドを混合使用する場合、
バリウムアルコキシド及びセシウムアルコキシドそれぞ
れを単独使用する場合の上記モル比を比例配分して計算
されるモル比の範囲内であればよい。バリウム又はセシ
ウムが存在しないと比表面積の低いアルミナ(アルファ
型アルミナ)が生成し、本発明の効果が得られない。一
方、バリウムやセシウムの割合が多すぎるとアルミナを
生成できず、殆どがバリウムヘキサアルミネート(BaO・
6Al2O3)やセシウムアルミネート(Cs2O・11Al2O3)などを
生成するようになる。なお、このアルミニウムアルコキ
シド及びバリウムアルコキシド又はセシウムアルコキシ
ドの混合割合は油相へ実際に添加される溶液の濃度をも
って制御すべきであり、混合前に空気中の湿気を吸収し
て濾過で事前に除去されるものは計算から除外するべき
である。
ミニウムに対するモル比を1:96より大きく1:42と等し
いかまたはそれより小さい値にすることにより、高比表
面積アルファ型アルミナを得ることができる。アルミニ
ウムとバリウム又は/及びセシウムのモル比が、1:60
と1:42の間、特に1:48の付近が高比表面積アルファ型
アルミナを得るために好適である。バリウム又は/及び
セシウムの比が少ない方がアルファ型アルミナを生成し
やすいが比表面積が小さくなり易く、一方、バリウム又
は/及びセシウムの比が大きくなると比表面積は大きく
なるがアルファ型アルミナを生成しにくくなる。
ウムのアルミニウムに対するモル比を1:42より大きく
1:12より小さい値にすることにより、主としてガンマ
型アルミナからなる高温安定な高比表面積アルミナを得
ることができる。アルミニウムとバリウムのモル比が、
1:42より大きい値と1:16の間、特に1:24の付近が高
比表面積ガンマ型アルミナを得るために好適である。バ
リウムの比が大きくなるとアルミナを生成しにくくなり
バリウムヘキサアルミネートが生成するが、バリウムの
比が小さいと比表面積が大きくなりにくい。
ウムのアルミニウムに対するモル比を1:42より大きく
1:6より小さい値にすることにより、主としてガンマ型
アルミナからなる高温安定な高比表面積アルミナを得る
ことができる。アルミニウムとセシウムのモル比が、
1:24より大きい値と1:9の間、特に1:11の付近が高比
表面積ガンマ型アルミナを得るために好適である。セシ
ウムの比が大きくなるとアルミナを生成しにくくなりセ
シウムアルミネートCs2O・11Al2O3が生成するが、セシ
ウムの比が小さいと比表面積が大きくなりにくい。
シドを併用する場合には、バリウムアルコキシド及びセ
シウムアルコキシドのそれぞれ単独使用の場合に好まし
い量として上記した使用量を比例配分して得られる範囲
内の量での併用使用はやはり好ましい使用量である。
コキシド又は/及びセシウムアルコキシドの水エマルジ
ョンを基準にした濃度は、加水分解速度に影響するが、
化学量論の1/100〜1/50がよい。理由は水過剰の条件
で、加水分解が迅速に進むことと、高濃度のアルコキシ
ドからの生成物は乾燥の際焼結し易いためである。
ルコキシド又は/及びセシウムアルコキシドは油中水ナ
ノエマルジョンの油相中に溶解させるには、通常、アル
コキシドを油相と同じ物質又はそれと相溶性の物質に溶
解してそれを油中水ナノエマルジョンに添加すればよい
が、アルミニウムアルコキシド及びバリウムアルコキシ
ド又は/及びセシウムアルコキシドの溶解度は必ずしも
高くない場合が多い。このような場合、バリウムアルコ
キシドを用いるときは、キレート剤を用いることにより
所望に溶解した溶液を得ることができることを見出し
た。この良好な溶解性は重要であり、溶解性の悪いまま
アルコキシドを油相に加えると分離沈殿してしまうとい
う問題がある。キレート剤としては限定されないが、3-
オキソブタン酸エチルなどを用いることができる。しか
し、セシウムアルコキシドを用いる場合はキレートを添
加しなくても特に問題はなかった。また、操作中に僅か
なアルコキシドは空気中の湿気を吸収して加水分解して
しまうので、これに対しては油中水ナノエマルジョンに
加える前に濾過して除去する。
中水ナノエマルジョンに加える方法は特に限定されない
が、図1に示す如く、アルコキシド溶液をフィルターを
通して油中水ナノエマルジョン中に加える方法がよい。
溶液が添加されると、油相からアルミニウムアルコキシ
ド及びバリウムアルコキシド又はセシウムアルコキシド
が水滴中に移動して、そこで加水分解されて、油相中に
分散したナノサイズの金属水酸化物粒子を形成する。
るには、エマルジョンを攪拌しながら24〜48時間置いて
熟成させることが望ましい。熟成が不足すると、乾燥と
焼成過程において金属水酸化物粒子が潰れて小表面積
(例えば、アルファ型アルミナでは25m2/g程度)にな
る。また、室温で熟成を行うと、乾燥過程で金属水酸化
物の安定性を確保できなくなり、高温安定高比表面積ア
ルミナ(アルファ型アルミナを含む)を得るための焼成
後の比表面積が大きくならないことがある(例えば、ア
ルファ型アルミナでは10m2/g程度のものが得られる)。
このような場合には、室温では金属水酸化物の結晶生成
が不十分であるためであるから、限定するわけではない
が、金属水酸化物の結晶生成を促進するためにエマルジ
ョンをオートクレーブ処理すること、一般的には100℃
より高い温度で、例えば、150〜200℃、12〜48時間程度
の処理を行うことが望ましい。本発明では、オートクレ
ープ処理した水酸化物粒子についてはポリマー化が進ん
でいるために、焼成の際に粒子成長が抑制される効果が
あることを確認している。
物粒子をエマルジョン(分散体)から一般的な濾過法で
分離することは不可能である。従って、超臨界乾燥法、
フリーズドドライ法、ロータリーエバポレータ法などで
乾燥して溶媒を除去してナノサイズの金属水酸化物粒子
を得る方法を採用するが、この乾燥方法は得られる酸化
物の比表面積と構造に影響する可能性があるので注意が
必要である。この中では、超臨界乾燥法が高比表面積の
微粒子(酸化物など)を得ることができるので、好まし
い。
る作用効果もあるが、界面活性剤が残っている場合に
は、エマルジョンの溶媒を除去した後、必要に応じて、
ナノサイズの金属水酸化物粒子に付着している界面活性
剤を分離除去するために400〜600℃程度で加熱処理する
ことが望ましいことを見出した。
化物粒子を仮燃(焼成)して酸化物に変換する。一般的
には900〜1000℃でガンマ型からアルファ型に変換され
ると言われているので、それより高い温度、例えば、10
50〜1200℃の温度で、3〜72時間程度の熱処理を行えば
よい。雰囲気は特に限定されず、不活性雰囲気でもよい
が、大気中でよく、それが簡便で好ましい。
粒子は、X線解析法で分析したところ、平均組成が(BaO)
x・1/2Al2O3(式中1/96<x≦1/42)及び(Cs2O)x・Al2O
3(式中1/96<x≦1/42)で表されるものでは、実質的
にアルファ型アルミナであることが確認された。そのほ
かに前者ではガンマ型アルミナ、BaO・Al2O3,BaO・6A
l2O3など、後者ではガンマ型アルミナなども存在した
が、微量であった。しかも、その比表面積は従来の10m2
/g程度と比べて顕著に高いものであった。また、平均組
成が(BaO)x・1/2Al2O3(式中1/42<x<1/12)又は(Cs2
O)x・Al2O3(式中1/42<x≦1/6)で表されるもので
は、1000℃以上で焼成しているが実質的にガンマ型アル
ミナであり、そのほかに前者ではアルファ型アルミナ、
BaO・Al2O3,BaO・6Al2O3など、後者ではアルファ型ア
ルミナ、Cs2O・11Al2O3も存在したが、微量であること
が確認された。1100℃以上で加熱するとガンマ型の一部
はアルファ型に変化することがあるが、これらは1000℃
以上において従来の10m2/g程度と比べて顕著に高い高比
表面積を有するアルミナであった。従来はBaO・6Al2O 3
を形成してその比表面積を高めることが試みられ、高比
表面積のアルファ型アルミナを得るものではなかった。
また、Cs2Oをアルミナ表面にコートして高温での焼結を
防ぐことが試みられている(K.Okuda, A.Hattori, Y.Kam
eshima, A.Yasumori; J.Am.Ceram.Soc., 83,1233(2000)
など)が、十分な高比表面積のアルミナを得るものでは
なかった。本発明によれば高比表面積のアルファ型アル
ミナあるいは高比表面積の高温安定アルミナを得ること
ができた。
比表面積を高めることが試みられ、高比表面積のアルミ
ナを得るものではなかったが、本発明によれば高比表面
積のアルファ型アルミナ、高比表面積の高温安定アルミ
ナを得ることができた。
ルミナあるいは高比表面積のアルミナが得られる理由は
明らかではなく、限定するわけではないが、ナノサイズ
の金属水酸化物粒子中にバリウム又はセシウムが存在す
ると、金属水酸化物粒子を焼成して粒子中でアルミナを
生成されるときバリウム又はセシウムがアルミナ結晶粒
同士の粒子成長を阻害するために、アルファ型アルミナ
を生成する高温で焼成しても生成するアルファ型アルミ
ナ粒子が微細なナノサイズのままであることができ、高
比表面積のアルファ型アルミナが得られるものと考えら
れる。同様に、アルファ型アルミナを生成するような高
温で焼成する際に、ナノサイズの金属水酸化物粒子中に
イオン半径の大きいバリウムやセシウムが存在すると、
金属水酸化物粒子を焼成して粒子中でアルミナを生成さ
れるときバリウムやセシウムがアルミナの相転移と遅ら
せたり結晶粒同士の粒子成長を阻害するために、生成し
たガンマ型アルミナがガンマ型を保ったままで、あるい
は1100℃より高い温度に保った場合には一部のガンマ型
アルミナはアルファ型に変化することが予想されるが、
いずれの場合にも微細なナノサイズのままであることが
でき、高比表面積のアルミナが得られるものと考えられ
る。さらにプロセスを好適に制御することにより、油相
中からアルミニウムアルコキシド及びバリウムアルコキ
シド又はセシウムアルコキシドが水相中に移動すると
き、バリウム又はセシウムの移動速度がアルミニウムよ
り速いことなどが影響して、バリウム又はセシウムとア
ルミニウムが分離して加水分解され、焼成するとき分離
された非晶質バリウム又はセシウムが、アルミナ結晶粒
同士の間に介在し、粒成長を阻害する効果があることが
予想される。本発明の方法で得られるアルファ型アルミ
ナ或いはガンマ型アルミナは、バリウム又はセシウム由
来の結晶性化合物を(XRDによる観測から)含まない
が、同じ試料を6ヶ月空気中に放置後のXRD測定では極く
微量のBaCO3相が生成していることからも、上記の推察
が肯首される。
し原料アルミニウムアルコキシドを加水分解する際に少
量のバリウムアルコキシド又はセシウムアルコキシドを
安定剤として添加することにより高比表面積のアルミナ
(好ましい1態様ではアルファ型アルミナ)を製造する
ことを可能にすると共に、さらには、エマルジョンの安
定化、エマルジョンサイズを変更させずに除去できる溶
媒の選択、生成金属水酸化物の水熱合成法の採用などプ
ロセスを適切に制御することを付加的な特徴とすること
により、より高い比表面積のアルファ型アルミナあるい
はアルミナを製造することを可能にするものである。
2,4-トリメチルペンタン)70mlに界面活性剤としてポリ
エチレングリコール200(PEG200)10mlと安定剤としてn-
プロパノール50mlを添加し、混合物が均一になるまで数
分間攪拌した。
混合物に、脱イオン水を滴下すると、ナノサイズの水滴
が油相中に形成された。添加した水の量は25mlであっ
た。こうして得たエマルジョンは透明であり、水滴の寸
法は3から10nm程度であると推察された。
バリウムプロポキシド(0〜0.1g)は、キレート剤とし
て3-オキソブタン酸エチル(10ml)を添加してイソオク
タン10mlに完全に溶解させた溶液を準備した。これを濾
紙で濾過しながら上記エマルジョンに加えた。アルミニ
ウムプロポキシドおよびバリウムプロポキシドの割合は
アルミニウムとバリウムの原子比を1:0,48:1,24:
1,12:1の4種類を含む数種類とした(実験1〜6)。
なお、このアルミニウムプロポキシドおよびバリウムプ
ロポキシドの割合は加水分解時の組成である。
およびバリウムプロポキシドを添加した後、オートクレ
ーブに入れて150〜200℃で24時間処理して水相中に加水
分解して形成された水酸化物(結晶)を熟成させた。
ョンをロータリーエバポレータで溶媒を除去して、ナノ
サイズの水酸化物粒子をエマルジョンから分離した。分
離したナノサイズの水酸化物粒子は500℃で60分間加熱
して界面活性剤を分解させた。その後、試料をマッフル
炉に移して、空気中、1100℃、24〜48時間の焼成を行っ
た。
リゼーションのためX線回折分析および、窒素吸着法
(分析機としてBEL SORB 28SAを用いた)による表面
積、細孔寸法、細孔体積の測定を行った。表1に、得ら
れたナノサイズの酸化物の特性を示し、アルミニウムと
バリウムの原子比を変えた場合の比表面積、平均細孔
径、細孔容積、XRD結晶子径、電子顕微鏡結晶子径、元
素分析値が示されている。実験3〜5は実施例、実験
1,2,6は参考例である。
チャートであり、これらの図中、□はアルファ型アルミ
ナ、○はガンマ型アルミナ、▲はBaO・Al2O3、△はBaO
・6Al2O3の結晶ピークを示す。
の原子比を1:0にし、焼成を24時間にした試料(実験
1,2)のX線回折チャートである。バリウムを添加し
ないでもある程度高表面積のアルファ型アルミナを得る
ことができる。
ルミニウムとバリウムの原子比を48:1とし、焼成を24
時間にした試料(実験3)のX線回折チャートである。
この試料では、アルファ型アルミナが主相であり、ガン
マ型アルミナは微量成分であることが見られる。またBa
O・Al2O3およびBaO・6Al2O3の結晶ピークでは見られな
い。
好ましい態様に従う、アルミニウムとバリウムの原子比
を24:1にして得た試料(実験4,5)のX線回折チャー
トである。この試料では実質的にガンマ型アルミナから
なることが確認された。
バリウムの原子比を12:1にし、焼成を24時間にした試
料(実験6)のX線解析チャートでは、ガンマ型アルミ
ナとバリウムヘキサアルミネートBaO・6Al2O3が観察さ
れ、アルファ型アルミナは観察されなかった。
表面積、平均粒径および平均細孔径は、表1に示すよう
に75.20m2/g、42.3nm、6.84nmであった。この試料の粒
子径は9nmから90nmまでの範囲内にあり、その平均粒径
は約40nmであり、平均細孔径より若干大きかった。これ
はアルファ型アルミナがナノサイズ及びそれが焼結した
ものも含むためナノサイズの粒子と相当する細孔径より
大きいことを意味する。又この試料にマクロポアがあま
りないことはアルファ型アルミナ1次粒子が細孔構造を
通常持たないことと一致する。もっとも、エマルジョン
に対するアルコキシド濃度を増加させたり、エマルジョ
ンの安定性が低下するような条件にすると、結晶粒の寸
法が大きくなり、粒径分布および細孔径分布が広がる傾
向が見られた。
の比表面積、平均粒径および平均細孔径は、表1に示す
ように155.9m2/g、6.4nm、9.6nmであった。この試料の
粒子径は5nmから16nmまでの範囲内にあり、その平均粒
径は約10nmであり、平均細孔径とほぼ同じであった。こ
れはガンマ型アルミナの均一粒子が重なると同サイズの
細孔を作ることを意味する。又この試料にマクロポアが
あまりないことはガンマ型アルミナ1次粒子が細孔構造
を通常持たないことと一致する。もっとも、エマルジョ
ンに対するアルコキシド濃度を増加させたり、エマルジ
ョンの安定性が低下するような条件にすると、結晶粒の
寸法が大きくなり、粒径分布および細孔径分布が広がる
傾向が見られた。
(2,2,4-トリメチルペンタン)70mlに界面活性剤として
ポリエチレングリコール200(PEG200)10mlと安定剤とし
てn-プロパノール50mlを添加し、混合物が均一になるま
で数分間攪拌した。
混合物に、脱イオン水を滴下すると、ナノサイズの水滴
が油相中に形成された。添加した水の量は25mlであっ
た。こうして得たエマルジョンは透明であり、水滴の寸
法は3から10nm程度であると推察された。
セシウムプロポキシド(0〜0.1g)は、イソオクタン10m
lに完全に溶解させた溶液を準備した。これを濾紙で濾
過しながら上記エマルジョンに加えた。アルミニウムプ
ロポキシドおよびセシウムプロポキシドの割合はアルミ
ニウムとセシウムの原子比を1:0,24:1,11:1,9:
1, 6:1の5種類を含む数種類とした(実験7〜16)。な
お、このアルミニウムプロポキシドおよびセシウムプロ
ポキシドの割合は加水分解時の組成である。
およびセシウムプロポキシドを添加した後、オートクレ
ーブに入れて150〜200℃で24時間処理して水相中に加水
分解して形成された水酸化物(結晶)を熟成させた。
ョンをロータリーエバポレータで溶媒を除去して、ナノ
サイズの水酸化物粒子をエマルジョンから分離した。分
離したナノサイズの水酸化物粒子は500℃で60分間加熱
して界面活性剤を分解させた。その後、試料をマッフル
炉に移して、空気中、1100℃、24〜48時間の焼成を行っ
た。
リゼーションのためX線回折分析および、窒素吸着法
(分析機としてBEL SORB 28SAを用いた)による表面
積、細孔寸法、細孔体積の測定を行った。表2に、得ら
れたナノサイズの酸化物の特性を示し、アルミニウムと
セシウムの原子比を変えた場合の比表面積、平均細孔
径、細孔容積、XRD結晶子径、電子顕微鏡結晶子径、元
素分析値などが示されている。実験7〜16は実施例、実
験7,8は参考例である。
チャートであり、これらの図中、□はアルファ型アルミ
ナ、○はガンマ型アルミナ、△はCs2O・11Al2O3の結晶
ピークを示す。
変えた試料のうち500℃2時間焼成後の試料(実験
7,9,11,13,15)のX線回折チャートである。結晶
化の程度は低い(巾広いピーク)が、γ−アルミナが生
成していることが分る。
変えた試料のうち1100℃24時間焼成後の試料(実験8,
10,12,14,16)のX線回折チャートである。セシウム
のないものは焼結が進み、鋭いピークのα−アルミナに
転化しているが、微量セシウムを有する試料はγ−アル
ミナに留まっていることが分る。
焼成したもののX線回折チャートを図10に示す。高温処
理によりセシウムを含むものについてもγ−アルミナか
らα−アルミナへの転化が進むが、セシウム/アルミナ
のモル比が1/11のものは依然としてγ−アルミナが主
体であることが分る。なおセシウム比の大きいもの(1
/6及び1/9)は一部分セシウムアルミネート(Cs2
O・11Al2O3 )に転化していることが分る。
るように、500℃焼成(実験7,9,11,13,14)の試
料の比表面積は全て100m2/g以上である。セシウム添加
により比表面積は徐々に低下している。一方1100℃焼成
(実験8,10,12,14,16)の試料の比表面積はセシウ
ムを添加しないと高い値に保てないことが分る。セシウ
ム/アルミニウムモル比が1/11(実験12)において10
2m2/gと最も高い値を与える。バリウム添加系において
はバリウム/アルミニウムモル比1/24(実験4,5)
において最も高い比表面積を与えるが、最適モル比は両
系において異なる。X線回折データよりセシウム添加系
の(平均)結晶子径はいずれも6±1nmであり、図8,
9の結果も併せて、1100℃焼成によりα−アルミナへの
相転位はほとんど起こらないことが分る。セシウム添加
の有効性が分かる。
しバリウムプロポキシドの一部をセシウムプロポキシド
に置換しても、実施例1及び実施例2と同様の結果を得
ることできた。即ち、バリウムアルコキシド及びセシウ
ムアルコキシドの効果は相互置換可能な作用効果である
ことが確認された。またバリウムアルコキシド及びセシ
ウムアルコキシドの添加量は、バリウムアルコキシド及
びセシウムアルコキシドの各単独の場合の比例配分の範
囲内で各単独の場合から期待どおりの結果を得た。
ありながら従来の10m2/gより顕著に大きい20m2/g
以上の比表面積を有するアルファ型アルミナを製造でき
るので、また、1000℃以上の処理をしても従来の1
0m2/gより顕著に大きい100m2/g以上の比表面積を
有するアルミナも製造できるので、高温でも使用できる
触媒あるいは触媒基材などの用途において極めて有用で
ある。
コキシドを添加する様子を示す。
折チャートである。
折チャートである。
回折チャートである。
折チャートである。
折チャートである。
折チャートである。
折チャートである。
折チャートである。
回折チャートである。
Claims (16)
- 【請求項1】 油中水ナノエマルジョンに、アルミニウ
ムアルコキシドとバリウムアルコキシド及びセシウムア
ルコキシドの少なくとも1種とを、バリウムアルコキシ
ド単独の場合アルミニウムとバリウムのモル比で12:1
より大きく12:0より小さいモル比で、セシウムアルコ
キシド単独の場合アルミニウムとセリウムのモル比で
6:1より大きく6:0より小さいモル比で、バリウムアル
コキシド及びセシウムアルコキシドの両方の場合上記モ
ル比の比例配分範囲内のモル比で、添加して得られる加
水分解物を熟成した後、分離し、仮焼することを特徴と
する高比表面積アルミナの製造方法。 - 【請求項2】 バリウムアルコキシドを添加し、アルミ
ニウムアルコキシドとバリウムアルコキシドのモル比を
アルミニウムとバリウムのモル比で12:1より大きく4
2:1より小さい値にして、アルミナを得る請求項1に記
載の高比表面積アルミナの製造方法。 - 【請求項3】 セシウムアルコキシドを添加し、アルミ
ニウムアルコキシドとセシウムアルコキシドのモル比を
アルミニウムとセシウムのモル比で6:1より大きく42:
1より小さい値にして、アルミナを得る請求項1に記載
の高比表面積アルミナの製造方法。 - 【請求項4】 添加するアルミニウムアルコキシドとバ
リウムアルコキシド及び/又はセシウムアルコキシドの
モル比をアルミニウムとバリウム及び/又はセシウムの
モル比で42:1に等しいかそれより大きく96:1より小さ
い値にして、アルファ型アルミナを得る請求項1に記載
の高比表面積アルミナの製造方法。 - 【請求項5】 アルミニウムアルコキシド及びバリウム
アルコキシドをキレートを用いて油相に溶解させる請求
項1、2又は4に記載の高比表面積アルミナの製造方
法。 - 【請求項6】 加水分解物の熟成をオートクレーブ中で
行う請求項1〜5のいずれか1項に記載の高比表面積ア
ルミナの製造方法。 - 【請求項7】 熟成した加水分解物のエマルジョンから
の分離を超臨界乾燥で行う請求項1〜6のいずれか1項
に記載の高比表面積アルミナの製造方法。 - 【請求項8】 キレートが3-オキソブタン酸エチルで
ある請求項5〜7のいずれか1項に記載の高比表面積ア
ルミナの製造方法。 - 【請求項9】 比表面積が20m2/g以上のアルファ型ア
ルミナであることを特徴とする高比表面積アルミナ。 - 【請求項10】 バリウム又はセシウムを少量成分とし
て含む請求項9に記載の高比表面積アルミナ。 - 【請求項11】 酸化バリウム及び/又はバリウムヘキ
サアルミナートを少量成分として含み、平均組成が(Ba
O)x・1/2Al2O3(式中1/96<x≦1/42)で表される請求
項8又は9に記載の高比表面積アルミナ。 - 【請求項12】 酸化セシウム及び/又はセシウムアル
ミナートCs2O・11Al 2O3を少量成分として含み、平均組
成が(Cs2O)x・Al2O3(式中1/96<x≦1/42)で表される
請求項8又は9に記載の高比表面積アルミナ。 - 【請求項13】 1000℃で100m2/g以上の比表面
積を有するアルミナであることを特徴とする高比表面積
アルミナ。 - 【請求項14】 バリウム又はセシウムを少量成分とし
て含む請求項13に記載の高比表面積アルミナ。 - 【請求項15】 酸化バリウム及び/又はバリウムヘキ
サアルミナートを少量成分として含み、平均組成が(Ba
O)x・1/2Al2O3(式中1/42<x<1/12)で表される請求
項13又は14に記載の高比表面積アルミナ。 - 【請求項16】 酸化セシウム及び/又はセシウムアル
ミナートCs2O・11Al 2O3を少量成分として含み、平均組
成が(Cs2O)x・Al2O3(式中1/42<x<1/9)で表される
請求項13又は14に記載の高比表面積アルミナ。
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JP2002237560A JP2003137541A (ja) | 2001-08-20 | 2002-08-16 | 高比表面積アルミナの製造方法と得られる高比表面積アルミナ |
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JP2002237560A JP2003137541A (ja) | 2001-08-20 | 2002-08-16 | 高比表面積アルミナの製造方法と得られる高比表面積アルミナ |
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