JP2003221219A - Silica gel carrying heteroelement - Google Patents

Silica gel carrying heteroelement

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JP2003221219A
JP2003221219A JP2002338922A JP2002338922A JP2003221219A JP 2003221219 A JP2003221219 A JP 2003221219A JP 2002338922 A JP2002338922 A JP 2002338922A JP 2002338922 A JP2002338922 A JP 2002338922A JP 2003221219 A JP2003221219 A JP 2003221219A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silica gel having not only a large pore volume and a large specific surface area but also a narrow pore size distribution as well as excellent heat resistance and waterproofness, capable of carrying a desired amount of useful elements and suppressing amounts of useless metal impurities. <P>SOLUTION: This silica gel is characterized in that (a) the pore volume is 0.3 to 1.6 ml/g, (b) the specific surface area is 200 to 900 m<SP>2</SP>/g, (c) the most frequent diameter (D<SB>max</SB>) of pores is <20 nm, (d) the total volume of pores having diameter in the range of D<SB>max</SB>±20% is ≥40% of the total volume of all pores, (e) the total content of elements belonging to the group comprising alkali metals and alkaline earth metals is ≤300 ppm, (f) the content of useful heteroelements belonging to the group comprising groups XIII, XIV and XV in the periodic table and transition metals is ≥0.1%, (g) simple substances and/or compounds of the useful heteroelements are carried or held on the surface of the silica gel in the form of particulates and (h) the diameter of the particulates is ≤D<SB>max</SB>×2.5. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、耐熱性や耐水性等
に優れた新規な異元素担持シリカゲルに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a novel foreign element-supporting silica gel having excellent heat resistance and water resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリカゲルは、古くから乾燥剤として広
く用いられてきたが、最近ではその用途が触媒担体,分
離剤,吸着剤等へと広がっており、こうした用途の広が
りに応じて、シリカゲルの性能に対する要求も多様化し
ている。シリカゲルの性能は、シリカゲルの表面積、細
孔径、細孔容積、細孔径分布等の物性によって決定され
るが、これらの物性はシリカゲルの製造条件によって大
きく影響される。
2. Description of the Related Art Silica gel has been widely used as a desiccant for a long time, but recently its use has expanded to catalyst carriers, separating agents, adsorbents, and the like. Performance requirements are also diversifying. The performance of silica gel is determined by the physical properties such as surface area, pore size, pore volume, and pore size distribution of silica gel, and these physical properties are greatly affected by the silica gel production conditions.

【0003】シリカゲルの製造方法として、最も一般的
には、ケイ酸ソーダ等のケイ酸アルカリ塩を鉱酸で加水
分解し、得られるシリカヒドロゾルをゲル化して乾燥す
る方法が用いられているが、シリカゲルの性能を改良す
るために、この製造方法の詳細につき多くの提案がなさ
れている。
As a method for producing silica gel, the most commonly used method is to hydrolyze an alkali silicate salt such as sodium silicate with a mineral acid and gelate the resulting silica hydrosol to dry it. In order to improve the performance of silica gel, many proposals have been made regarding the details of this manufacturing method.

【0004】例えば、特許文献1では、ケイ酸アルカリ
水溶液と鉱酸との反応により生成したシリカヒドロゾル
をゲル化し、これをpH2.5以下の酸溶液で処理し、
水洗後、緩衝作用を有する水溶液中でpH4−9に調整
して水熱処理することにより、細孔分布の狭いシリカゲ
ルを製造する方法が提案されている。また、特許文献2
では、シリカヒドロゲルの乾燥を回分式流動乾燥、次い
で水熱処理する方法が提案されている。
For example, in Patent Document 1, silica hydrosol produced by the reaction of an aqueous alkali silicate solution and a mineral acid is gelated and treated with an acid solution having a pH of 2.5 or less,
After washing with water, a method has been proposed for producing silica gel having a narrow pore distribution by adjusting the pH to 4-9 in an aqueous solution having a buffer action and performing hydrothermal treatment. In addition, Patent Document 2
Proposes a method in which the silica hydrogel is dried by batch fluidized drying, followed by hydrothermal treatment.

【0005】これらの製造方法によれば、得られるシリ
カゲルの性能には確かに変化が認められ、よりシャープ
な細孔分布を有するシリカゲルが製造できる。しかし、
得られるシリカゲルの細孔容積、比表面積及び平均細孔
径を十分に変化させるまでには至らず、耐熱性や耐水性
も充分ではないため、所望の物性範囲のシリカゲルを得
る方法としては不十分である。
According to these production methods, the performance of the obtained silica gel is certainly changed, and silica gel having a sharper pore distribution can be produced. But,
The pore volume, specific surface area and average pore diameter of the obtained silica gel cannot be sufficiently changed, and the heat resistance and water resistance are not sufficient, so that it is not sufficient as a method for obtaining silica gel in a desired physical property range. is there.

【0006】また、前者の方法でケイ酸アルカリ塩を原
料として得られるシリカゲルには、通常、原料に由来す
るナトリウム,カルシウム,マグネシウム等の不純物が
相当量含まれている。シリカゲル中の不純物の存在は、
その総含有量がたとえ数百ppm程度の微量であって
も、シリカゲルの性能に大きな影響を与える。例えば、 1)これらの不純物の存在が、高温下ではシリカゲルの
結晶化を促進する、2)これらの不純物の存在が、水存
在下ではシリカゲルの水熱反応を促進して、細孔径や細
孔容積の拡大,比表面積の低下,細孔分布の拡大をもた
らす、3)これらの不純物は焼結温度を低下させるの
で、これらの不純物を含むシリカゲルを加熱すると、比
表面積の低下が促進される、等の影響が挙げられる。そ
して、かかる影響は、アルカリ金属やアルカリ土類金属
に属する元素を含む不純物において、特にその傾向が強
い。
Further, silica gel obtained by the former method using an alkali silicate salt as a raw material usually contains a considerable amount of impurities such as sodium, calcium and magnesium derived from the raw material. The presence of impurities in silica gel
Even if the total content is a trace amount of several hundred ppm, it has a great influence on the performance of silica gel. For example, 1) the presence of these impurities promotes the crystallization of silica gel at high temperature, 2) the presence of these impurities promotes the hydrothermal reaction of silica gel in the presence of water, and This leads to volume expansion, specific surface area reduction, and pore size distribution expansion. 3) Since these impurities reduce the sintering temperature, heating silica gel containing these impurities promotes the reduction of the specific surface area. And the like. This effect is particularly strong in impurities containing an element belonging to an alkali metal or an alkaline earth metal.

【0007】これに対して、不純物の極めて少ない高純
度のシリカゲルを製造する方法としては、珪酸アルカリ
塩を中和して得されたゲルを精製する方法や、シリコン
アルコキシドを加水分解する方法が知られており、特に
後者の方法は、シリコンアルコキシドを蒸留等により精
製することができるため、比較的容易に高純度のシリカ
ゲルを得ることが可能である。しかしながら、シリコン
アルコキシドからゾル−ゲル法により得られるシリカゲ
ルは、一般に平均細孔径が小さく、かつ細孔分布も広
い。また、このシリカゲルに水熱処理を施しても、目立
った性能の改良は殆ど報告されていない。
On the other hand, as a method for producing high-purity silica gel containing very few impurities, there are known a method of purifying a gel obtained by neutralizing an alkali silicate salt and a method of hydrolyzing a silicon alkoxide. In particular, in the latter method, since the silicon alkoxide can be purified by distillation or the like, it is possible to obtain silica gel of high purity relatively easily. However, silica gel obtained from a silicon alkoxide by the sol-gel method generally has a small average pore diameter and a wide pore distribution. Moreover, even if hydrothermal treatment is applied to this silica gel, there is almost no report of noticeable improvement in performance.

【0008】一方、非特許文献1には、電気的に中性の
gemini界面活性剤とシリカの前駆体との水素結合からな
る超分子構造を形成した後、gemini界面活性剤を除去す
ることによって、耐熱性(1000℃)及び耐水性(1
00℃で150時間以上)を備えたメソポーラスのモレ
キュラーシーブを製造することが記載されている。これ
は、有機テンプレートを用いて細孔を形成する、いわゆ
るミセルテンプレートシリカの一種であって、上述の各
従来技術と比較しても、非常にシャープな細孔分布を持
つシリカゲルを製造することができる。しかしながら、
この製造方法では、得られるシリカゲルの耐水性が充分
なものでなく、且つ製造工程が複雑で生産性が悪い、と
いう課題があった。
On the other hand, Non-Patent Document 1 discloses that an electrically neutral
After forming a supramolecular structure consisting of hydrogen bonds between the gemini surfactant and the silica precursor, the gemini surfactant is removed to obtain heat resistance (1000 ° C) and water resistance (1
It is described that a mesoporous molecular sieve having a temperature of 00 ° C. for 150 hours or more) is produced. This is a kind of so-called micellar template silica that forms pores using an organic template, and it is possible to produce silica gel having a very sharp pore distribution compared to the above-mentioned respective conventional techniques. it can. However,
In this production method, there was a problem that the water resistance of the obtained silica gel was not sufficient, the production process was complicated, and the productivity was poor.

【0009】ところで、特定の異元素を単体及び/又は
その化合物として担持させることによって各種機能を付
与したシリカゲルは、各種触媒、抗菌剤、高機能吸着
剤、分離剤等として有用である。こうした異元素担持シ
リカゲルの製造に係る従来技術は幾つか知られている
が、従来の水ガラス系シリカゲルに各種金属や触媒活
性物質を担持させる技術(特許文献1(抗菌剤)、特許
文献2(オレフィン水和触媒)、特許文献3(オレフィ
ン重合触媒)等)や、テンプレートを使用し、細孔制
御したミセルテンプレートシリカに各種元素を後担持さ
せ、機能性を付与する技術(特許文献4、特許文献5)
等が挙げられる。
By the way, silica gel having various functions provided by supporting a specific foreign element as a simple substance and / or its compound is useful as various catalysts, antibacterial agents, high-performance adsorbents, separating agents and the like. There are some known conventional techniques for producing such a different element-supporting silica gel, but a technique for supporting various metals and catalytically active substances on conventional water glass silica gel (Patent Document 1 (antibacterial agent), Patent Document 2 ( (Olefin hydration catalyst), Patent Document 3 (olefin polymerization catalyst), etc., or a technique of post-supporting various elements on micellar template silica whose pores are controlled using templates (Patent Document 4, Patent) Reference 5)
Etc.

【0010】しかしながら、上述の従来技術のうち、
の技術においては、製造コストが安価で済むものの、得
られるシリカゲル中に存在する不純物が概して多くなっ
てしまう上に、細孔径20nm以下の充分に細孔制御さ
れた高純度のシリカゲル担体が現在のところ存在しな
い、という課題を有する。さらに、の技術において
は、得られるシリカゲルの細孔分布がシャープである
が、有機テンプレートが高価であるために製造コストが
高く、製造工程が複雑なために不要な不純物金属が混入
しやすい、という課題がある。加えて、細孔壁が非常に
薄いので、構造的な強度が弱く、物性変化を起こし易い
上に、生産性の悪さも課題となっている。
However, among the above-mentioned conventional techniques,
In this technique, although the manufacturing cost is low, the amount of impurities generally present in the obtained silica gel is large, and in addition, a high-purity silica gel carrier having a sufficiently controlled pore size of 20 nm or less is currently used. However, there is a problem that it does not exist. Further, in the technique, although the obtained silica gel has a narrow pore distribution, the production cost is high because the organic template is expensive, and unnecessary impurity metals are easily mixed due to the complicated production process. There are challenges. In addition, since the pore walls are very thin, structural strength is weak, physical properties change easily, and poor productivity is a problem.

【0011】[0011]

【非特許文献1】Kim et al., Ultrastable Mesostruct
ured Silica Vesicles Science,282, p1302 (1998)
[Non-Patent Document 1] Kim et al., Ultrastable Mesostruct
ured Silica Vesicles Science, 282, p1302 (1998)

【特許文献1】特開昭62−113713号公報[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 62-113713

【特許文献2】特開平9−30809号公報[Patent Document 2] Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-30809

【特許文献3】特開平5−155725号公報[Patent Document 3] Japanese Patent Laid-Open No. 5-155725

【特許文献4】特開平7−330642号公報[Patent Document 4] JP-A-7-330642

【特許文献5】特開平11−269213号公報[Patent Document 5] Japanese Patent Laid-Open No. 11-269213

【特許文献6】特開平5−254827号公報[Patent Document 6] JP-A-5-254827

【特許文献7】特開平10−296088号公報[Patent Document 7] Japanese Patent Laid-Open No. 10-296088

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】以上の背景から、不純
物量が少なく、目的とする異元素の純度が高く、生産性
に優れ、細孔径が制御されており、シャープな細孔分布
を示し、且つ物性安定性にも優れた、すなわち各種特性
をバランスよく満たした異元素担持シリカゲルが望まれ
ていた。
From the above background, the amount of impurities is small, the purity of the target foreign element is high, the productivity is excellent, the pore size is controlled, and the sharp pore distribution is exhibited. Further, a different element-supporting silica gel having excellent physical property stability, that is, satisfying various characteristics in a well-balanced manner has been desired.

【0013】本発明は、上述の課題に鑑みてなされたも
のである。すなわち、本発明の目的は、細孔容積及び比
表面積が大きいだけでなく、細孔分布が狭く、有用な担
持元素を所望量含有できるとともに、不要な金属不純物
量を抑えることができ、且つ耐熱性、耐水性、物性安定
性(熱安定性等)などにも優れた、新規な異元素担持シ
リカゲルを提供することに存する。
The present invention has been made in view of the above problems. That is, the object of the present invention is not only to have a large pore volume and specific surface area, but also to have a narrow pore distribution, which can contain a desired amount of a useful supporting element, and can suppress the amount of unnecessary metal impurities, and heat resistance. The purpose of the present invention is to provide a novel foreign-element-supporting silica gel having excellent properties, water resistance, physical property stability (thermal stability, etc.).

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の方法
によって製造された異元素担持シリカゲルが、各種特性
をバランスよく満たしており、上記課題を効果的に解決
することを見出し、本発明を完成させた。
Therefore, the present inventors have
As a result of intensive studies to solve the above problems, the different element-supporting silica gel manufactured by a specific method satisfies various characteristics in a well-balanced manner, and it was found that the above problems can be effectively solved, and the present invention was completed. Let

【0015】すなわち、本発明の要旨は、(a)細孔容
積が0.3〜1.6ml/gであり、(b)比表面積が
200〜900m2/gであり、(c)細孔の最頻直径
(Dm ax)が20nm未満であり、(d)直径がDmax±
20%の範囲内にある細孔の総容積が、全細孔の総容積
の40%以上であり、(e)アルカリ金属及びアルカリ
土類金属からなる群に属する元素の総含有量が300p
pm以下であり、(f)周期表の13族,14族及び1
5族並びに遷移金属からなる群に属する元素のうち、少
なくとも一種類の元素の含有量が0.1%以上であり、
(g)上記の13族,14族及び15族並びに遷移金属
からなる群に属する元素の単体及び/又は化合物のうち
少なくとも一部がシリカゲル表面に粒状物として担持又
は保持されており、且つ、(h)上記粒状物の粒径が、
max×2.5以下であることを特徴とする、異元素担
持シリカゲルに関する。
That is, the gist of the present invention is (a) pore volume.
Product is 0.3 to 1.6 ml / g, and (b) the specific surface area is
200-900m2/ G, and (c) modal diameter of pores
(Dm ax) Is less than 20 nm, and (d) the diameter is Dmax±
The total volume of pores within the range of 20% is the total volume of all pores.
40% or more of (e) alkali metal and alkali
The total content of elements belonging to the group consisting of earth metals is 300p
pm or less, (f) Group 13, 14 and 1 of the periodic table
Of the elements belonging to the group consisting of Group 5 and transition metals,
At least the content of one kind of element is 0.1% or more,
(G) Group 13, 14 and 15 and transition metal
Of a simple substance and / or compound of an element belonging to the group consisting of
At least a part of it is supported on the surface of silica gel as particles or
Are retained, and (h) the particle size of the above-mentioned granules is
DmaxX2.5 or less, bearing different elements
Pertaining to silica gel.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明につき詳細に説明す
る。本発明の異元素担持シリカゲルは、細孔容積及び比
表面積が通常のものより大きい範囲にあることを、特徴
の一つとする。具体的に、細孔容積の値は、通常0.3
〜1.6ml/gの範囲、好ましくは0.4〜1.5m
l/gの範囲、更に好ましくは0.5〜1.3ml/g
の範囲に、また、比表面積の値は、通常200〜900
2/gの範囲、好ましくは200〜800m2/gの範
囲、更に好ましくは200〜700m2/gの範囲に存
在する。これらの細孔容積及び比表面積の値は、窒素ガ
ス吸脱着によるBET法で測定される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below. One feature of the foreign element-supporting silica gel of the present invention is that the pore volume and the specific surface area are in a range larger than usual. Specifically, the value of the pore volume is usually 0.3.
~ 1.6 ml / g range, preferably 0.4-1.5 m
1 / g range, more preferably 0.5-1.3 ml / g
And the value of the specific surface area is usually 200 to 900.
m 2 / g range, preferably in the range of 200~800m 2 / g, further preferably in the range of 200-700 2 / g. The values of these pore volume and specific surface area are measured by the BET method by nitrogen gas adsorption / desorption.

【0017】また、本発明の異元素担持シリカゲルは、
窒素ガス吸脱着法で測定した等温脱着曲線から、E. P.
Barrett, L. G. Joyner, P. H. Haklenda, J. Amer. Ch
em.Soc., vol. 73, 373 (1951) に記載のBJH法によ
り算出される細孔分布曲線、即ち、細孔直径d(nm)
に対して微分窒素ガス吸着量(ΔV/Δ(logd);
Vは窒素ガス吸着容積)をプロットした図上での最頻直
径(Dmax)が20nm未満であり、下限は特に制限は
ないが、好ましくは2nm以上である。このことは、本
発明の異元素担持シリカゲルが有する細孔の最頻直径
(Dmax)が、通常のシリカゲルに比べてより小さい範
囲に存在することを意味する。
The different element-supporting silica gel of the present invention is
From the isothermal desorption curve measured by the nitrogen gas adsorption / desorption method, the EP
Barrett, LG Joyner, PH Haklenda, J. Amer. Ch
pore distribution curve calculated by the BJH method described in em.Soc., vol. 73, 373 (1951), that is, pore diameter d (nm)
With respect to the differential nitrogen gas adsorption amount (ΔV / Δ (logd);
V is the mode diameter (D max ) on the plot of nitrogen gas adsorption volume) of less than 20 nm, and the lower limit is not particularly limited, but is preferably 2 nm or more. This means that the most frequent diameter (D max ) of the pores of the different element-supporting silica gel of the present invention exists in a smaller range than that of ordinary silica gel.

【0018】更に、本発明の異元素担持シリカゲルは、
上記の最頻直径(Dmax)の値の±20%の範囲にある
細孔の総容積が、全細孔の総容積の通常40%以上、好
ましくは50%以上である点においても特徴づけられ
る。また、上記の最頻直径(D max)の値を中心として
±20%の範囲にある細孔の総容積は、全細孔容積の通
常90%以下である。このことは、本発明の異元素担持
シリカゲルが有する細孔の直径が、最頻直径(Dmax
付近の細孔で揃っていることを意味する。
Further, the different element-supporting silica gel of the present invention comprises
Most frequent diameter (Dmax) Within ± 20% of the value
The total volume of pores is usually 40% or more of the total volume of all pores,
Characterized by the fact that it is more than 50%
It Also, the most frequent diameter (D max) Around the value of
The total volume of pores in the range of ± 20% is the total volume of pores.
It is usually 90% or less. This is due to the foreign element loading of the present invention.
The diameter of the pores of silica gel is the most frequent diameter (Dmax)
It means that the pores in the vicinity are aligned.

【0019】かかる特徴に関連して、本発明の異元素担
持シリカゲルは、上記のBJH法により算出された最頻
直径(Dmax)における微分細孔容積ΔV/Δ(log
d)が、通常2〜20ml/g、特に3〜12ml/g
であることが好ましい(なお、上式において、dは細孔
直径(nm)であり、Vは窒素ガス吸着容積である)。
微分細孔容積ΔV/Δ(logd)が前記範囲に含まれ
るものは、最頻直径(Dmax)の付近に揃っている細孔
の絶対量が極めて多いものと言える。
In relation to such characteristics, the different element-supporting silica gel of the present invention has a differential pore volume ΔV / Δ (log in the mode diameter (D max ) calculated by the above BJH method.
d) is usually 2 to 20 ml / g, especially 3 to 12 ml / g
(In the above formula, d is the pore diameter (nm) and V is the nitrogen gas adsorption volume).
When the differential pore volume ΔV / Δ (logd) is included in the above range, it can be said that the absolute amount of pores aligned near the mode diameter (D max ) is extremely large.

【0020】また、本発明の異元素担持シリカゲルは、
以上の細孔構造の特徴に加えて、その三次元構造を見る
に、非結晶質であること、即ち、結晶性構造が認められ
ないことが好ましい。このことは、本発明の異元素担持
シリカゲルをX線回折で分析した場合に、結晶性ピーク
が実質的に認められないことを意味する。なお、本明細
書において非結晶質ではないシリカゲルとは、X線回折
パターンで6オングストローム(Å Units d-spacing)
を越えた位置に、少なくとも一つの結晶構造のピークを
示すものを指す。非結晶質のシリカゲルは、結晶性のシ
リカゲルに較べて、極めて生産性に優れている。
The different element-supporting silica gel of the present invention comprises
In addition to the above characteristics of the pore structure, it is preferable that the three-dimensional structure thereof is amorphous, that is, no crystalline structure is recognized. This means that when the foreign element-supporting silica gel of the present invention is analyzed by X-ray diffraction, no crystalline peak is substantially observed. In the present specification, silica gel which is not amorphous means 6 angstrom (Å Units d-spacing) in X-ray diffraction pattern.
It refers to one showing a peak of at least one crystal structure at a position beyond. Amorphous silica gel is much more productive than crystalline silica gel.

【0021】本発明の異元素担持シリカゲルの更なる特
徴は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属に属する元素
(不純物元素)の合計の含有率が、通常300ppm以
下、好ましくは100ppm以下、更に好ましくは50
ppm以下、最も好ましくは30ppm以下と非常に低
く、極めて高純度であることである。このように不純物
の影響が少ないことが、本発明の異元素担持シリカゲル
が高い耐熱性や耐水性などの優れた性質を発現できる大
きな要因の一つである。
A further feature of the silica gel carrying different elements of the present invention is that the total content of elements (impurity elements) belonging to alkali metals or alkaline earth metals is usually 300 ppm or less, preferably 100 ppm or less, more preferably 50 ppm.
It is a very low purity of not more than ppm, most preferably not more than 30 ppm, and it has a very high purity. Such a small influence of impurities is one of the major factors by which the different element-supporting silica gel of the present invention can exhibit excellent properties such as high heat resistance and water resistance.

【0022】上述してきた各種特徴に加えて、本発明の
異元素担持シリカゲルは、有用な元素群である周期表の
13族,14族及び15族並びに遷移金属からなる群
(有用異元素群)に属する元素のうち、少なくとも一種
の元素(目的異元素)の含有率が通常0.1%以上、好
ましくは0.2%以上、更に好ましくは0.5%以上、
特に好ましくは1%以上であることを特徴とする。具体
的に、目的異元素とは、本発明の異元素担持シリカゲル
に含有される、有用異元素群に属する元素種のうち、含
有率の多いものから順に、通常4種、好ましくは3種、
更に好ましくは2種、特に好ましくは1種を指すことと
する。ここで、目的異元素が2種以上の場合には、これ
らの元素が合計で0.1%以上含有されていれば良い。
但し、2種以上の目的異元素がある場合でも、そのうち
少なくとも1種の目的異元素の含有率が、通常0.2%
以上、好ましくは0.5%以上、特に好ましくは1%以
上であることが好ましい。
In addition to the above-mentioned various features, the foreign element-supporting silica gel of the present invention is a group of useful elements including groups 13, 14 and 15 of the periodic table and transition metals (useful foreign element group). Of the elements belonging to, the content of at least one element (target foreign element) is usually 0.1% or more, preferably 0.2% or more, more preferably 0.5% or more,
Particularly preferably, it is characterized by being 1% or more. Specifically, the target foreign element is, from the element species belonging to the useful foreign element group contained in the foreign element-supporting silica gel of the present invention, in order of increasing content, usually 4 types, preferably 3 types,
More preferably, it means 2 kinds, and particularly preferably 1 kind. Here, when two or more target foreign elements are contained, these elements may be contained in a total amount of 0.1% or more.
However, even if there are two or more target foreign elements, the content of at least one target foreign element is usually 0.2%.
It is preferably at least 0.5%, more preferably at least 1%.

【0023】これらの目的異元素の存在状態は、基本的
にはその元素の単体及び/又は化合物として、シリカゲ
ル表面に粒状物の形態で担持又は保持されていることを
特徴とする。その粒状物は、具体的には、シリカゲル表
面に添着、付着していても、又はその一部がシリカゲル
細孔壁内に浸透していても良い。また、このような目的
異元素の単体及び/又は化合物の粒状物の少なくとも一
部が、直接又は酸素を介して珪素原子と結合していても
よい。更に、これらの目的異元素の原子価は何れの値を
とっても良く、他の元素又は化合物と結びついた形で存
在していても良い。
The existence state of these target foreign elements is characterized in that they are basically carried or held as a simple substance and / or compound of the element on the surface of silica gel in the form of particles. Specifically, the particulate matter may be attached or adhered to the silica gel surface, or a part thereof may penetrate into the silica gel pore wall. In addition, at least a part of such a simple substance of the target foreign element and / or the granular material of the compound may be bonded to the silicon atom directly or through oxygen. Furthermore, the valence of these target foreign elements may take any value, and may exist in a form associated with other elements or compounds.

【0024】シリカゲル表面に担持又は保持されたこれ
らの目的異元素の単体及び/又は化合物が粒状の形状を
有する様子は、透過型電子顕微鏡を用いることによって
観察できる。粒状物の粒径は、シリカゲル細孔径の制約
を受けるため、一定の大きさ以下となるが、本発明の異
元素担持シリカゲルに担持又は保持させた場合、この上
限値は通常は最頻直径(Dmax)の2.5倍以下であ
る。すなわち、シリカゲルの細孔径には分布幅があり、
本発明の異元素担持シリカゲルの取り得る最大の細孔径
は概ねDmax×2.5で定義される値となるので、細孔
内に担持又は保持される粒状物の粒径の最大値もこの値
以下となる。また、下限値は担持元素の種類、量、処理
方法等に応じて様々な値を取るが、一般に1nm以上で
ある。
The manner in which the simple substance and / or the compound of these target foreign elements carried or held on the surface of silica gel have a granular shape can be observed by using a transmission electron microscope. The particle size of the granules is limited to a certain size or less because of being restricted by the silica gel pore size, but when loaded or held on the different element-supporting silica gel of the present invention, this upper limit is usually the most frequent diameter ( 2.5 times or less of D max ). That is, the pore size of silica gel has a distribution width,
Since the maximum pore diameter that can be taken by the foreign element-supporting silica gel of the present invention is a value that is generally defined by D max × 2.5, the maximum value of the particle diameter of the particulate matter supported or retained in the pores is also this value. It is less than or equal to the value. Further, the lower limit value takes various values depending on the type, amount, treatment method and the like of the supported element, but is generally 1 nm or more.

【0025】目的異元素の単体及び/又は化合物が細孔
内で粒状に存在すると、その単体及び/又は化合物がナ
ノスケールに微粒化されることになる。ナノスケールの
微粒子は様々な有利な特徴を有しているため、目的異元
素の存在状態として好ましい。例えば、一般に知られて
いる性質として、目的異元素の単体及び/又は化合物が
微粒子として形成されると、大きな表面を有することに
なる。こうした性質は、目的異元素の単体及び/又は化
合物の表面物性を利用する用途では、利用効率が非常に
高くなるため大変好ましい。また、これも一般に知られ
ている性質として、目的異元素の単体及び/又は化合物
の粒子のサイズを小さくしていった場合に、ある閾値を
超えると量子効果が発現することがある。こうした性質
を利用して、例えば金属、半導体、絶縁体等の接触面で
電流が流れるトンネル効果(ジョセフソン効果)など
の、新しい物性を材料に与えることが可能になる。この
ように、ナノスケールの微粒子を利用する技術は産業上
非常に重要なので、ナノスケールの粒子が細孔内に形成
された本発明の異元素担持シリカゲルは大変好ましい。
When the simple substance and / or compound of the target foreign element is present in a granular form in the pores, the simple substance and / or compound is atomized to nanoscale. Since nanoscale fine particles have various advantageous characteristics, they are preferable as a state of existence of the target foreign element. For example, as a generally known property, when a simple substance and / or a compound of a target foreign element is formed as fine particles, it has a large surface. Such properties are extremely preferable in applications where the physical properties of the target foreign element alone and / or the surface properties of the compound are utilized, because the utilization efficiency is extremely high. Also, as a generally known property, when the size of the particles of the target foreign element and / or the compound is reduced, a quantum effect may appear when a certain threshold is exceeded. By utilizing these properties, it becomes possible to give the material new physical properties such as a tunnel effect (Josephson effect) in which a current flows at a contact surface of a metal, a semiconductor, an insulator or the like. As described above, since the technique of utilizing nanoscale particles is very important industrially, the foreign element-supporting silica gel of the present invention in which nanoscale particles are formed in the pores is very preferable.

【0026】以上説明してきた物性を有する本発明の異
元素担持シリカゲルは、細孔制御のための水熱処理の前
にシリカヒドロゲルを熟成しないという点を除けば、そ
の製造方法は実質的に制限されるべきではない。
The foreign element-supporting silica gel of the present invention having the physical properties described above is substantially limited in its production method except that the silica hydrogel is not aged before the hydrothermal treatment for controlling the pores. Should not be.

【0027】また、本発明の異元素担持シリカゲルは、
細孔制御後の高純度シリカゲルに目的異元素を担持させ
る方法により製造できる。この場合、まず、シリカゲル
細孔中に目的異元素の単体及び/又はその化合物を導入
する。その方法としては、例えば、触媒調整法としてよ
く知られている含浸法<吸着(absorption)法,ポアフ
ィリング(pore-filling)法,“incipient wetness”
法,蒸発乾固(evaporation to dryness)法,スプレー
(spray)法等>、沈殿法<共沈(coprecipitation)
法、沈着(precipitation)法,混練(kneading)法等
>、イオン交換(ion exchange)法などの公知の方法の
何れを用いても良い。具体的には、シリカゲルを目的異
元素の硝酸塩の水溶液中に浸漬し、攪拌した後にそのシ
リカゲルを濾過、乾燥する方法が挙げられる。その際、
目的異元素の硝酸塩の替わりに塩酸塩、硫酸塩、酢酸塩
やアルコキシド類等を用いても良い。又、濾過をせず、
加熱することにより水分を蒸発させても良い。この他、
機械的混合(メカノケミカル)法や、蒸着法(化学蒸着
法、スパッタリング法)等の方法により目的異元素を導
入しても良い。
The different element-supporting silica gel of the present invention comprises
It can be produced by a method of supporting a target foreign element on high-purity silica gel whose pores have been controlled. In this case, first, a simple substance of the target foreign element and / or its compound is introduced into the silica gel pores. Examples of the method include impregnation method <absorption method, pore-filling method, and “incipient wetness”, which are well known as catalyst preparation methods.
Method, evaporation to dryness method, spray method, etc.>, precipitation method <coprecipitation
Method, deposition method, kneading method, etc.>, ion exchange method, or any other known method may be used. Specifically, there is a method of immersing silica gel in an aqueous solution of a nitrate of a target foreign element, stirring, and then filtering and drying the silica gel. that time,
Hydrochloride, sulfate, acetate, alkoxides, etc. may be used in place of the nitrate of the target foreign element. Also, without filtration,
Water may be evaporated by heating. Besides this,
The target foreign element may be introduced by a method such as a mechanical mixing (mechanochemical) method or a vapor deposition method (chemical vapor deposition method, sputtering method).

【0028】以上の操作により細孔内に目的異元素を導
入した後、必要に応じて200〜400℃で焼成するこ
とにより、目的異元素とシリカゲルとの間の架橋反応を
促進させることができる。また、必要であれば、目的異
元素を担持させた後に酸化や還元等の化学処理を行な
い、目的異元素の化学状態を変化させても良い。
After the target foreign element is introduced into the pores by the above-mentioned operation, the cross-linking reaction between the target foreign element and silica gel can be promoted by firing at 200 to 400 ° C. if necessary. . If necessary, the chemical state of the target foreign element may be changed by carrying out a chemical treatment such as oxidation or reduction after supporting the target foreign element.

【0029】目的異元素は、シリコンアルコキシドを加
水分解し、熟成すること無しに水熱処理して得られたシ
リカゲルに、上記の方法で担持させることができるが、
その形態、化合物の種類、化合物の量は、目的異元素が
機能性を発現する範囲であれば特に限定されず、これら
の目的異元素の単体、水溶性の塩、溶媒可溶性の塩、錯
体化合物、加水分解性の化合物等の何れであってもよ
い。また、高純度な異元素担持シリカゲルを得る観点か
ら、目的異元素の化合物も高純度なものを用いることが
好ましい。また、担体となる高純度シリカゲルに対して
前処理を行なってもよい。例えば、担体となるシリカゲ
ルの原料であるシリコンアルコキシド等に由来する炭素
分が含まれている場合には、必要に応じて、通常400
〜600℃で焼成除去してもよい。さらに、表面状態を
コントロールするために、最高900℃の温度で焼成し
てもよい。
The target foreign element can be carried on the silica gel obtained by hydrolyzing the silicon alkoxide and hydrothermally treating it without aging by the above method.
The form, the type of compound, and the amount of the compound are not particularly limited as long as the target foreign element expresses functionality, and a simple substance, a water-soluble salt, a solvent-soluble salt, or a complex compound of these target foreign elements. , A hydrolyzable compound or the like. In addition, from the viewpoint of obtaining highly pure foreign element-supporting silica gel, it is preferable to use a highly pure compound of the target foreign element. Further, high-purity silica gel as a carrier may be pretreated. For example, when a carbon content derived from silicon alkoxide, which is a raw material of silica gel serving as a carrier, is contained, it is usually 400 if necessary.
You may bake and remove at -600 degreeC. Further, in order to control the surface condition, firing may be performed at a temperature of up to 900 ° C.

【0030】なお、本発明の目的異元素の選択対象とな
る、周期表の13族,14族及び15族並びに遷移金属
からなる元素群(有用異元素群)に属する元素の例とし
て、具体的には、13族はB,Al,Ga,In,T
l、14族はC,Si,Ge,Sn,Pb、15族は
N,P,As,Sb,Bi、そして遷移金属はSc,T
i,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,
Y,Zr,Nb,Mo,Tc,Ru,Rh,Pd,A
g,Cd,ランタノイド類,Hf,Ta,W,Re,O
s,Ir,Pt,Au,Hg,アクチノイド類,Rf,
DB,Sg、Bh,Hs,Mt等が挙げられる。中で
も、B,Al,Ga,In,Tl,Ge,Sn,Pb,
P,As,Sb,Bi,Sc,Ti,V,Cr,Mn,
Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Y,Zr,Nb,M
o,Tc,Ru,Rh,Pd,Ag,Cd,ランタノイ
ド類,Hf,Ta,W,Re,Os,Ir,Pt,A
u,Hg,アクチノイド類などが、各種用途において活
性が高く有用である点から好ましく、特にこれらの元素
の単体及び/又は化合物を粒状に形成することが好まし
い。
Specific examples of the elements belonging to the group of elements (useful foreign elements) consisting of groups 13, 14, and 15 of the periodic table and transition metals, which are the objects of selection of the foreign elements for the purpose of the present invention, are as follows. Group 13 is B, Al, Ga, In, T
1, 14 group is C, Si, Ge, Sn, Pb, 15 group is N, P, As, Sb, Bi, and transition metal is Sc, T
i, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn,
Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, A
g, Cd, lanthanoids, Hf, Ta, W, Re, O
s, Ir, Pt, Au, Hg, actinides, Rf,
DB, Sg, Bh, Hs, Mt, etc. are mentioned. Among them, B, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb,
P, As, Sb, Bi, Sc, Ti, V, Cr, Mn,
Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, M
o, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, lanthanoids, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, A
u, Hg, actinides and the like are preferable because they are highly active and useful in various applications, and it is particularly preferable to form a simple substance and / or compound of these elements in a granular form.

【0031】これらの元素のうち、特に固体酸触媒・固
体塩基触媒用途としてはB,Al,Ga,In,Tl,
Fe,Ti,P,W,Mo,Zn等が、水素化触媒・脱
水素触媒用途としては、W,Mo,Tc,Re,Ru,
Os,Rh,Ir,Pd,Pt,Ag,Au、Ni,C
u等が、酸化還元触媒用途としてはTi,Zr,Hf,
V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mn,Fe,Co,
Ni,Cu,Zn,Sn,Ge,Pb等が、光触媒用途
としてはTi,Zn,W,Sn,Cd等が、重合触媒用
途としてはTi,Zr,Cr,Fe,Ge,Sb,B
i,V,Mo,W,Mn,Co,Cu,Sc,Nb等が
好ましい。
Among these elements, B, Al, Ga, In, Tl, and
Fe, Ti, P, W, Mo, Zn, etc. are used as W, Mo, Tc, Re, Ru, as hydrogenation catalysts / dehydrogenation catalysts.
Os, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Ni, C
u, etc. are used for redox catalysts such as Ti, Zr, Hf,
V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co,
Ni, Cu, Zn, Sn, Ge, Pb, etc., Ti, Zn, W, Sn, Cd etc. for photocatalyst use, and Ti, Zr, Cr, Fe, Ge, Sb, B for polymerization catalyst use.
i, V, Mo, W, Mn, Co, Cu, Sc, Nb and the like are preferable.

【0032】これらの触媒(特に固体酸触媒・固体塩基
触媒)用途に異元素含有シリカゲルを使用する場合、細
孔径が制御されておらず細孔分布が広いものや、不純物
元素(特にアルカリ金属やアルカリ土類金属)の含有量
が高いものを使用すると、触媒活性が悪く、寿命も短
い。これに対して、本発明の異元素含有シリカゲルは、
細孔径が制御されていて細孔分布が狭く、さらに不純物
元素の含有量も低いので、これらの触媒用途に使用した
場合に優れた触媒活性を得ることができ、且つ長寿命で
あるので、好適に使用することができる。
When using a different element-containing silica gel for the purpose of these catalysts (especially solid acid catalyst / solid base catalyst), those having a wide pore distribution without controlling the pore size and impurity elements (especially alkali metal and If a high alkaline earth metal content is used, the catalytic activity will be poor and the life will be short. On the other hand, the different element-containing silica gel of the present invention,
Since the pore size is controlled, the pore distribution is narrow, and the content of impurity elements is low, excellent catalytic activity can be obtained when used for these catalyst applications, and it has a long life. Can be used for

【0033】勿論、13族,14族及び15族並びに遷
移金属に属する元素の用途は、上述したものに限定され
るわけではなく、その他にも抗菌剤用途(Ti,Ag,
Cu,Zn等)、耐水性向上(安定性付与)用途(Z
r,Ti等)、蛍光体用途(希土類、ランタノイド類)
など、各種の用途が挙げられるのは言うまでも無い。
Of course, the use of the elements belonging to the groups 13, 14 and 15 and the transition metals is not limited to the above-mentioned ones, but other uses such as antibacterial agents (Ti, Ag,
(Cu, Zn, etc.), water resistance improvement (stability improvement) applications (Z
r, Ti, etc.), phosphor applications (rare earths, lanthanides)
Needless to say, various uses can be mentioned.

【0034】本発明の異元素担持シリカゲルの原料とし
て使用されるシリコンアルコキシドとしては、トリメト
キシシラン、テトラメトキシシラン、トリエトキシシラ
ン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、
テトラブトキシシラン等の炭素数1〜4の低級アルキル
基を有するトリまたはテトラアルコキシシラン或いはそ
れらのオリゴマーが挙げられるが、好ましくはテトラメ
トキシシラン、テトラエトキシシラン及びそれらのオリ
ゴマーである。以上のシリコンアルコキシドは蒸留によ
り容易に精製し得るので、高純度の異元素担持シリカゲ
ルの原料として好適である。シリコンアルコキシド中の
アルカリ金属又はアルカリ土類金属に属する不純物元素
(金属不純物)の総含有量は、通常好ましくは100p
pm以下、更に好ましくは50ppm以下である。これ
らのいわば金属不純物の含有率は、一般的なシリカゲル
中の不純物含有率の測定法と同じ方法で測定できる。
The silicon alkoxide used as a raw material for the different element-supporting silica gel of the present invention includes trimethoxysilane, tetramethoxysilane, triethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane,
Examples thereof include tri- or tetraalkoxysilanes having a lower alkyl group having 1 to 4 carbon atoms such as tetrabutoxysilane, and oligomers thereof, but tetramethoxysilane, tetraethoxysilane and oligomers thereof are preferable. Since the above silicon alkoxide can be easily purified by distillation, it is suitable as a raw material for high-purity foreign element-supporting silica gel. The total content of the impurity elements (metal impurities) belonging to the alkali metal or the alkaline earth metal in the silicon alkoxide is usually preferably 100 p.
pm or less, more preferably 50 ppm or less. The content of these metal impurities can be measured by the same method as the general method for measuring the content of impurities in silica gel.

【0035】シリコンアルコキシドの加水分解は、シリ
コンアルコキシド1モルに対して、通常2〜50モル、
好ましくは3〜20モル、特に好ましくは4〜10モル
の水を用いて行なう。この工程の途中において、任意の
方法により目的異元素の単体又は化合物を添加すること
によって、シリコンアルコキシドの加水分解により、目
的異元素をドープしたシリカのヒドロゲルとアルコール
とが生成する。この加水分解反応は、通常、室温から1
00℃程度であるが、加圧下で液相を維持することで、
より高い温度で行なうことも可能である。また、加水分
解時には必要に応じて、水と相溶性のあるアルコール類
等の溶媒を添加してもよい。具体的には、炭素数1〜3
の低級アルコール類、ジメチルホルムアミド、ジメチル
スルホキシド、アセトン、テトラヒドロフラン、メチル
セロルブ、エチルセロルブ、メチルエチルケトン、その
他の水と任意に混合できる有機溶媒を任意に用いること
ができるが、中でも強い酸性や塩基性を示さないもの
が、均一なシリカヒドロゲルを生成できる理由から好ま
しい。
The hydrolysis of silicon alkoxide is usually 2 to 50 mol per mol of silicon alkoxide.
It is preferably carried out with 3 to 20 mol, particularly preferably 4 to 10 mol of water. In the middle of this step, a simple substance or a compound of the target foreign element is added by an arbitrary method, whereby the silicon alkoxide is hydrolyzed to generate a hydrogel of silica doped with the target foreign element and an alcohol. This hydrolysis reaction is usually performed at room temperature to 1
Although it is about 00 ° C, by maintaining the liquid phase under pressure,
It is also possible to work at higher temperatures. Moreover, at the time of hydrolysis, a solvent such as an alcohol which is compatible with water may be added, if necessary. Specifically, the carbon number is 1 to 3.
Lower alcohols, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, acetone, tetrahydrofuran, methylcerolbu, ethylcerolbu, methylethylketone, and other organic solvents that can be arbitrarily mixed with water, but those that do not show strong acidity or basicity Is preferable because it can form a uniform silica hydrogel.

【0036】結晶構造を有するシリカゲルは、水中熱安
定性に乏しくなる傾向にあり、ゲル中に細孔を形成する
のに用いられる界面活性剤等のテンプレートの存在下で
シリコンアルコキシドを加水分解すると、ゲルは容易に
結晶構造を含むものとなる。従って、本発明において
は、界面活性剤等のテンプレートの非存在下で、すなわ
ち、これらがテンプレートとしての機能を発揮するほど
の量は存在しない条件下で加水分解するのが好ましい。
Silica gel having a crystal structure tends to have poor thermal stability in water, and when the silicon alkoxide is hydrolyzed in the presence of a template such as a surfactant used to form pores in the gel, The gel easily contains a crystalline structure. Therefore, in the present invention, it is preferable to hydrolyze in the absence of a template such as a surfactant, that is, under the condition that they do not exist in an amount sufficient to exert the function as a template.

【0037】反応時間は、反応液組成(シリコンアルコ
キシドの種類や、水とのモル比)並びに反応温度に依存
し、ゲル化するまでの時間が異なるので、一概には規定
されない。なお、反応系に触媒として、酸、アルカリ、
塩類などを添加することで加水分解を促進させることが
できる。しかしながら、かかる添加物の使用は、後述す
るように、生成したヒドロゲルの熟成を引き起こすこと
になるので、本発明の異元素担持シリカゲルの製造にお
いてはあまり好ましくない。
The reaction time depends on the composition of the reaction solution (the kind of silicon alkoxide and the molar ratio with water) and the reaction temperature, and since the time until gelation differs, it is not generally specified. As a catalyst in the reaction system, acid, alkali,
Hydrolysis can be promoted by adding salts and the like. However, the use of such an additive causes aging of the produced hydrogel, as will be described later, and is not so preferable in the production of the foreign element-supporting silica gel of the present invention.

【0038】上記のシリコンアルコキシドの加水分解反
応では、シリコンアルコキシドが加水分解してシリケー
トが生成するが、引き続いて該シリケートの縮合反応が
起こり、反応液の粘度が上昇し、最終的にゲル化してシ
リカヒドロゲルとなる。本発明の異元素担持シリカゲル
を製造するためには、上記の加水分解により生成したシ
リカのヒドロゲルの硬さが上昇しないように、シリカヒ
ドロゲルを実質的に熟成することなく、直ちに水熱処理
を行なうことが重要である。シリコンアルコキシドを加
水分解すると、軟弱なシリカのヒドロゲルが生成する
が、このヒドロゲルを安定した熟成、あるいは乾燥さ
せ、更にこれに水熱処理を施し、最終的に細孔特性の制
御されたシリカゲルとする従来の方法では、本発明で規
定する物性範囲のシリカゲルを製造することができな
い。
In the above hydrolysis reaction of the silicon alkoxide, the silicon alkoxide is hydrolyzed to form a silicate, and subsequently, the condensation reaction of the silicate occurs, the viscosity of the reaction solution increases, and finally gelation occurs. It becomes silica hydrogel. In order to produce the foreign element-supporting silica gel of the present invention, hydrothermal treatment is performed immediately without substantially aging the silica hydrogel so that the hardness of the hydrogel of silica produced by the above hydrolysis does not increase. is important. Hydrolysis of silicon alkoxide produces a soft silica hydrogel. Stable aging or drying of this hydrogel is followed by hydrothermal treatment to finally obtain silica gel with controlled pore characteristics. According to the above method, it is not possible to produce silica gel having physical properties defined in the present invention.

【0039】上記にある、加水分解により生成したシリ
カのヒドロゲルを、実質的に熟成することなく、直ちに
水熱処理を行うということは、シリカのヒドロゲルが生
成した直後の軟弱な状態が維持されたままで、次の、水
熱処理に供するようにするということを意味する。シリ
コンアルコキシドの加水分解反応系に酸、アルカリ、塩
類等を添加すること、または該加水分解反応の温度を厳
しくし過ぎることなどは、ヒドロゲルの熟成を進行させ
るため好ましくない。また、加水分解後の後処理におけ
る水洗、乾燥、放置などにおいて、必要以上に温度や時
間をかけるべきではない。
Immediately performing hydrothermal treatment on the hydrogel of silica produced by hydrolysis without substantially aging means that the soft state immediately after the hydrogel of silica is maintained is maintained. , Which means to be subjected to the following hydrothermal treatment. It is not preferable to add an acid, an alkali, a salt or the like to the hydrolysis reaction system of the silicon alkoxide, or to make the temperature of the hydrolysis reaction too strict, because the aging of the hydrogel proceeds. Further, in the post-treatment after the hydrolysis, washing, drying, leaving and the like should not take more temperature and time than necessary.

【0040】ヒドロゲルの熟成状態を具体的に確認する
手段としては、後述の実施例に示すような方法で測定し
たヒドロゲルの硬度を参考にすることができる。即ち、
破壊応力が、通常6MPa以下、好ましくは3MPa以
下、更に好ましくは2MPa以下の柔らかい状態のヒド
ロゲルを水熱処理することで、本発明で規定する物性範
囲のシリカゲルを得ることができる。
As a means for specifically confirming the aged state of the hydrogel, the hardness of the hydrogel measured by the method as described in the below-mentioned examples can be referred to. That is,
By subjecting a hydrogel in a soft state having a fracture stress of usually 6 MPa or less, preferably 3 MPa or less, more preferably 2 MPa or less to hydrothermal treatment, silica gel having physical properties defined by the present invention can be obtained.

【0041】この水熱処理の条件としては、水の状態が
液体、気体のいずれでもよく、溶媒や他の気体によって
希釈されていてもよいが、好ましくは液体の水が使われ
る。シリカのヒドロゲルに対して、通常0.1〜10重
量倍、好ましくは0.5〜5重量倍、特に好ましくは1
〜3重量倍の水を加えてスラリー状とし、通常40〜2
50℃、好ましくは50〜200℃の温度で、通常0.
1〜100時間、好ましくは1〜10時間実施される。
水熱処理に使用される水には低級アルコール類、メタノ
ール、エタノール、プロパノールや、ジメチルホルムア
ミド(DMF)やジメチルスルホキシド(DMSO)、
その他の有機溶媒などが含まれてもよい。また、メンブ
ランリアクターなどを作る目的で、シリカゲルを膜状あ
るいは層状に粒子、基板、あるいは管などの基体上に形
成させた材料の場合にも、この水熱処理方法は適用され
る。なお、加水分解反応の反応器を用い、続けて温度条
件変更により水熱処理を行なうことも可能であるが、加
水分解反応とその後の水熱処理では最適条件が通常は異
なっているため、この方法で本発明の異元素担持シリカ
ゲルを得ることは一般的には難しい。
As the condition of this hydrothermal treatment, the state of water may be liquid or gas, and may be diluted with a solvent or another gas, but liquid water is preferably used. The silica hydrogel is usually 0.1 to 10 times by weight, preferably 0.5 to 5 times by weight, particularly preferably 1 times.
~ 3 times by weight of water is added to form a slurry, usually 40 ~ 2
At a temperature of 50 ° C., preferably 50 to 200 ° C., usually 0.
It is carried out for 1 to 100 hours, preferably 1 to 10 hours.
Water used for hydrothermal treatment includes lower alcohols, methanol, ethanol, propanol, dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO),
Other organic solvents and the like may be included. Further, this hydrothermal treatment method is also applied to a material in which silica gel is formed in a film or layer form on a substrate such as particles, a substrate, or a tube for the purpose of producing a membrane reactor or the like. It is also possible to perform hydrothermal treatment by changing the temperature conditions using a reactor for hydrolysis reaction, but the optimum conditions are usually different between the hydrolysis reaction and the subsequent hydrothermal treatment. It is generally difficult to obtain the foreign element-supporting silica gel of the present invention.

【0042】以上の水熱処理条件において温度を高くす
ると、得られるシリカゲルの細孔径、細孔容積が大きく
なる傾向がある。水熱処理温度としては、100〜20
0℃の範囲であることが好ましい。また、処理時間とと
もに、得られるシリカゲルの比表面積は、一度極大に達
した後、緩やかに減少する傾向がある。以上の傾向を踏
まえて、所望の物性値に応じて条件を適宜選択する必要
があるが、水熱処理は、シリカゲルの物性を変化させる
目的なので、通常、前記の加水分解の反応条件より高温
条件とすることが好ましい。
When the temperature is increased under the above hydrothermal treatment conditions, the resulting silica gel tends to have a large pore size and a large pore volume. The hydrothermal treatment temperature is 100 to 20
It is preferably in the range of 0 ° C. Further, with the treatment time, the specific surface area of the obtained silica gel tends to gradually decrease after reaching the maximum once. Based on the above tendency, it is necessary to appropriately select the conditions according to the desired physical property values, but since hydrothermal treatment is for the purpose of changing the physical properties of silica gel, it is usually higher temperature conditions than the above hydrolysis reaction conditions. Preferably.

【0043】水熱処理の温度、時間を上記範囲外に設定
すると、本発明の異元素担持シリカゲルを得ることが困
難となる。例えば、水熱処理の温度が高すぎると、シリ
カゲルの細孔径、細孔容積が大きくなりすぎ、また、細
孔分布も広がる。逆に、水熱処理の温度が低過ぎると、
生成するシリカゲルは、架橋度が低く、熱安定性に乏し
くなり、細孔分布にピークが発現しなくなる傾向があ
る。
If the hydrothermal treatment temperature and time are set outside the above ranges, it will be difficult to obtain the different element-supporting silica gel of the present invention. For example, if the temperature of the hydrothermal treatment is too high, the pore size and pore volume of silica gel become too large, and the pore distribution also widens. Conversely, if the temperature of hydrothermal treatment is too low,
The silica gel thus produced has a low degree of crosslinking, is poor in thermal stability, and tends to have no peak in the pore distribution.

【0044】なお、水熱処理をアンモニア水中で行なう
と、純水中で行なう場合よりも低温で同様の効果が得ら
れる。また、アンモニア水中で水熱処理すると、純水中
で処理する場合と比較して、最終的に得られるシリカゲ
ルは一般に疎水性となるが、通常30〜250℃、好ま
しくは40〜200℃という比較的高温で水熱処理する
と、特に疎水性が高くなる。ここでのアンモニア水のア
ンモニア濃度としては、好ましくは0.001〜10
%、特に好ましくは0.005〜5%である。
When the hydrothermal treatment is performed in ammonia water, the same effect can be obtained at a lower temperature than that in pure water. Further, when hydrothermal treatment is carried out in ammonia water, the silica gel finally obtained generally becomes hydrophobic as compared with the case of treatment in pure water, but it is usually 30 to 250 ° C., preferably 40 to 200 ° C. Hydrothermal treatment at high temperature makes it particularly hydrophobic. The ammonia concentration in the ammonia water here is preferably 0.001 to 10
%, Particularly preferably 0.005 to 5%.

【0045】水熱処理されたシリカヒドロゲルは、通常
40〜200℃、好ましくは60〜180℃で乾燥す
る。乾燥方法は特に限定されるものではなく、バッチ式
でも連続式でもよく、且つ、常圧下でも減圧下でも乾燥
することができる。更に、必要に応じて粉砕、分級した
後、前述の方法を実施して細孔内に目的異元素を導入す
ることで、最終的に目的としていた本発明の異元素担持
シリカゲルを得る。なお、前述したように、必要に応じ
て、架橋反応促進のための焼成や酸化還元等の化学処理
等の後処理を施しても良い。
The hydrothermally treated silica hydrogel is usually dried at 40 to 200 ° C, preferably 60 to 180 ° C. The drying method is not particularly limited and may be a batch type or a continuous type, and can be dried under normal pressure or reduced pressure. Further, after pulverizing and classifying as necessary, the above-mentioned method is carried out to introduce the target foreign element into the pores, thereby finally obtaining the target foreign element-supporting silica gel of the present invention. In addition, as described above, post-treatments such as calcination for promoting the crosslinking reaction and chemical treatments such as redox may be performed, if necessary.

【0046】本発明の異元素担持シリカゲルは、従来か
らのシリカゲルの用途の他、いかなる用途においても利
用することができる。このうち従来の用途としては、以
下のようなものが挙げられる。
The foreign element-supporting silica gel of the present invention can be used for any purpose other than the conventional use of silica gel. Among them, the conventional uses include the following.

【0047】例えば、産業用設備で製品の製造及び処理
に用いられる用途分野においては、各種触媒及び触媒担
体(酸塩基触媒、酸化チタン等の担持による光触媒、貴
金属触媒等)、廃水・廃油処理剤、臭気処理剤、ガス分
離剤、工業用乾燥剤、バイオリアクター、バイオセパレ
ーター、メンブランリアクター等の用途が挙げられる。
建材用途では、調湿剤、防音・吸音材、耐火物、断熱材
等の用途が挙げられる。また、空調分野の用途では、デ
シカント空調機用調湿剤、ヒートポンプ用蓄熱剤等が挙
げられる。塗料・インク用途分野においては、艶消し
剤、粘度調整剤、色度調整剤、沈降防止剤、消泡剤、イ
ンク裏抜け防止剤、スタンピングホイル用、壁紙用等の
用途が挙げられる。樹脂用添加剤用途分野においては、
フィルム用アンチブロッキング剤(ポリオレフィンフィ
ルム等)、プレートアウト防止剤、シリコーン樹脂用補
強剤、ゴム用補強剤(タイヤ用・一般ゴム用等)、流動
性改良材、パウダー状樹脂の固結防止剤、印刷適性改良
剤、合成皮革やコーティングフィルム用の艶消し剤、接
着剤・粘着テープ用充填剤、透光性調整剤、防眩性調整
剤、多孔性ポリマーシート用フィラー等の用途が挙げら
れる。また、製紙用途分野においては、感熱紙用フィラ
ー(カス付着防止剤等)、インクジェット紙画像向上用
フィラー(インク吸収剤等)、ジアゾ感光紙用フィラー
(感光濃度向上剤等)、トレーシングペーパー用筆記性
改良剤、コート紙用フィラー(筆記性、インク吸収性、
アンチブロッキング性改良剤等)、静電記録用フィラー
等の用途が挙げられる。食品用途分野においては、ビー
ル用濾過助剤、醤油・清酒・ワイン等発酵製品のおり下
げ剤、各種発酵飲料の安定化剤(混濁因子タンパクや酵
母の除去等)、食品添加剤、粉末食品の固結防止剤等の
用途が挙げられる。医農薬分野においては、薬品等の打
錠助剤、粉砕助剤、分散・医薬用担体(分散・徐放・デ
リバリー性改善等)、農薬用担体(油状農薬キャリア・
水和分散性改善、徐放・デリバリー性改善等)、医薬用
添加剤(固結防止剤・粉粒性改良剤等)・農薬用添加剤
(固結防止剤・沈降防止剤等)等が挙げられる。分離材
料分野では、クロマトグラフィー用充填剤、分離剤、フ
ラーレン分離剤、吸着剤(タンパク質・色素・臭等)、
脱湿剤等の用途が挙げられる。農業用分野では、飼料用
添加剤、肥料用添加剤が挙げられる。さらにその他の用
途として、生活関連分野では、調湿剤、乾燥剤、化粧品
添加剤、抗菌剤、消臭・脱臭・芳香剤、洗剤用添加剤
(界面活性剤粉末化等)、研磨剤(歯磨き用等)、粉末
消火剤(粉粒性改良剤・固結防止剤等)、消泡剤、バッ
テリーセパレーター等が挙げられる。
For example, in the field of application used for manufacturing and treating products in industrial facilities, various catalysts and catalyst carriers (acid-base catalysts, photocatalysts carrying titanium oxide etc., noble metal catalysts, etc.), wastewater / waste oil treatment agents , Odor treating agents, gas separating agents, industrial desiccants, bioreactors, bioseparators, membrane reactors and the like.
Examples of building materials include humidity control agents, soundproofing / sound absorbing materials, refractories, and heat insulating materials. Further, in the application of the air conditioning field, a desiccant air conditioner humidity control agent, a heat pump heat storage agent and the like can be mentioned. In the application field of paints / inks, examples include matting agents, viscosity adjusting agents, chromaticity adjusting agents, anti-settling agents, antifoaming agents, ink strike-through preventing agents, stamping foils, and wallpaper. In the field of application of additives for resins,
Anti-blocking agent for films (polyolefin film, etc.), plate-out prevention agent, silicone resin reinforcing agent, rubber reinforcing agent (for tires / general rubber, etc.), fluidity improver, powder resin anti-caking agent, Examples thereof include printability improving agents, matting agents for synthetic leather and coating films, adhesive / adhesive tape fillers, translucency adjusting agents, antiglare adjusting agents, and fillers for porous polymer sheets. In the field of papermaking applications, thermal paper fillers (such as dust adhesion preventives), ink jet paper image improving fillers (ink absorbing agents, etc.), diazo photosensitive paper fillers (photosensitive density improving agents, etc.), tracing papers. Writability improver, coated paper filler (writability, ink absorption,
The anti-blocking property improving agent), the electrostatic recording filler, etc. In the field of food applications, filter aids for beer, hanging agents for fermented products such as soy sauce, sake, and wine, stabilizers for various fermented beverages (removal of turbidity factor protein and yeast, etc.), food additives, powdered food products, etc. Applications include anti-caking agents. In the field of medicines and agricultural chemicals, tableting aids for medicines, grinding aids, dispersion / medical carriers (dispersion / sustained release / improvement of delivery property, etc.), pesticide carriers (oil pesticide carrier /
Improvement of hydration dispersibility, sustained release / improvement of delivery, etc., pharmaceutical additives (anti-caking agent / granularity improving agent, etc.), agricultural chemical additives (anti-caking agent, anti-settling agent, etc.), etc. Can be mentioned. In the field of separation materials, packing materials for chromatography, separation agents, fullerene separation agents, adsorbents (proteins, pigments, odors, etc.),
Applications include dehumidifying agents. In the field of agriculture, feed additives and fertilizer additives can be mentioned. As other uses, in the field of daily life, humidity control agents, desiccants, cosmetic additives, antibacterial agents, deodorant / deodorant / fragrance agents, detergent additives (surfactant powdering, etc.), abrasives (toothpaste) Etc.), powder fire extinguishing agents (powder graininess improving agents, anti-caking agents, etc.), antifoaming agents, battery separators and the like.

【0048】これらの中でも、特に制御された細孔特性
が要求されるとともに、長期にわたって物性変化の少な
いことが要求され、且つ、特定の有用異元素の単体及び
/又は化合物の担持による機能付与が要求される分野に
おいて、具体的には、例えば各種触媒、抗菌剤、高機能
吸着剤、分離剤、充填剤等として、本発明の異元素担持
シリカゲルは好適に用いることができる。
Among these, particularly controlled pore characteristics are required, and it is required that there is little change in physical properties over a long period of time, and it is possible to impart a function by supporting a specific useful foreign element alone and / or a compound. In the required fields, specifically, the foreign element-supporting silica gel of the present invention can be suitably used as, for example, various catalysts, antibacterial agents, high-performance adsorbents, separating agents, fillers, and the like.

【0049】[0049]

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施
例に制約されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited to the following examples as long as the gist thereof is not exceeded.

【0050】(1)シリカのヒドロゲルの硬度測定:5
Lセパラブルフラスコ中でシリコンアルコキシドと6モ
ル倍の水を反応させ、反応液の温度が反応により生成す
るアルコールの沸点に達した後に、反応液をフラスコよ
り抜き取り、抜き出した反応液を50ccのガラス製ス
クリュー管に一定量(液深で20mm程度)移し、密栓
して実質的に一定温度にコントロールされた水浴に保持
し、熟成時間の経過と共に破壊強度をデジタルフォース
ゲージ(株式会社エイ・アンド・ディー社製、型式:A
D−4935)にて測定した。該測定器にはプローブ
(ステンレス製直径5mmの丸棒)が装着されており、
ヒドロゲル中にゆっくりと押し込まれることにより、容
器中に保持されたヒドロゲルを圧縮破壊する。ヒドロゲ
ルが圧縮されて破壊される迄の間に示される最大の応力
値をもって破壊応力とした。
(1) Hardness measurement of silica hydrogel: 5
After the silicon alkoxide was reacted with 6 moles of water in an L separable flask and the temperature of the reaction solution reached the boiling point of the alcohol produced by the reaction, the reaction solution was withdrawn from the flask and the withdrawn reaction solution with a glass of 50 cc. A certain amount (about 20 mm in liquid depth) was transferred to a screw tube made of a liquid, sealed and kept in a water bath controlled at a substantially constant temperature, and the rupture strength was measured with a digital force gauge (A &. Made by Dee, model: A
D-4935). A probe (a round bar made of stainless steel and having a diameter of 5 mm) is attached to the measuring instrument,
The hydrogel retained in the container is crushed by being pushed slowly into the hydrogel. The breaking stress was defined as the maximum stress value shown until the hydrogel was compressed and broken.

【0051】測定結果を図1に示した。図1は、シリカ
ヒドロゲルの熟成時間の常用対数を横軸に、破壊応力を
縦軸にプロットしたものである。図1より、熟成時間の
経過とともに破壊応力が大きくなること、熟成速度が温
度に依存していることがわかる。
The measurement results are shown in FIG. FIG. 1 is a plot of the common logarithm of the aging time of silica hydrogel on the horizontal axis and the fracture stress on the vertical axis. From FIG. 1, it can be seen that the fracture stress increases with the aging time and that the aging rate depends on the temperature.

【0052】(2)異元素担持シリカゲルの分析方法: 2−1)細孔容積、比表面積:カンタクローム社製AS
−1にてBET窒素吸着等温線を測定し、細孔容積、比
表面積を求めた。具体的には細孔容積は相対圧P/P0
=0.98のときの値を採用し、比表面積はP/P0
0.1,0.2,0.3の3点の窒素吸着量よりBET
多点法を用いて算出した。また、BJH法で細孔分布曲
線及び最頻直径(Dmax)における微分細孔容積を求め
た。測定する相対圧の各点の間隔は0.025とした。
(2) Analytical method for silica gel supporting different elements: 2-1) Pore volume, specific surface area: AS manufactured by Kantachrome
The BET nitrogen adsorption isotherm was measured at -1, and the pore volume and specific surface area were determined. Specifically, the pore volume is the relative pressure P / P 0.
= 0.98, the specific surface area is P / P 0 =
BET from the nitrogen adsorption amount of 0.1, 0.2, 0.3
It was calculated using the multipoint method. In addition, the BJH method was used to determine the pore distribution curve and the differential pore volume at the mode diameter (D max ). The distance between the measured relative pressure points was 0.025.

【0053】2−2)粉末X線回折:理学電機社製RA
D−RB装置を用い、CuKαを線源として測定を行な
った。発散スリット1deg、散乱スリット1deg、
受光スリット0.15mmとした。
2-2) Powder X-ray diffraction: RA manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.
The measurement was performed using a D-RB device and CuKα as a radiation source. Divergence slit 1deg, scattering slit 1deg,
The light receiving slit was 0.15 mm.

【0054】2−3)目的異元素及び金属不純物の含有
量:試料2.5gにフッ酸を加えて加熱し、乾涸させた
のち、水を加えて50mlとした。この水溶液を用いて
ICP発光分析を行なった。なお、ナトリウム及びカリ
ウムはフレーム炎光法で分析した。
2-3) Content of target foreign element and metallic impurities: Hydrofluoric acid was added to 2.5 g of the sample to heat it to dry it, and then water was added to make 50 ml. ICP emission spectrometry was performed using this aqueous solution. In addition, sodium and potassium were analyzed by the flame flame method.

【0055】2−4)透過型電子顕微鏡(Transmission
Electron Microscope:TEM)による観察:試料を乳
鉢で一分間軽く粉砕し、エタノール中で超音波分散さ
せ、マイクログリッド上に滴下、自然乾燥させた。これ
を日立H−9000UHR型透過型電子顕微鏡により、
300kV,絞り4,80万倍の条件でTEM写真撮影
した。得られた写真上で、担持された粒状物の長径の平
均値を求め、これを粒状物の粒径とした。
2-4) Transmission electron microscope (Transmission
Observation by Electron Microscope (TEM): The sample was lightly crushed in a mortar for 1 minute, ultrasonically dispersed in ethanol, dropped on a microgrid, and naturally dried. Using a Hitachi H-9000UHR transmission electron microscope,
A TEM photograph was taken under the conditions of 300 kV and a diaphragm of 4,800,000 times. On the obtained photograph, the average value of the major axis of the carried granular material was determined, and this was taken as the particle diameter of the granular material.

【0056】(3)異元素担持シリカゲルの製造、評
価: ・実施例1: (担体シリカゲルの調製)ガラス製で、上部に大気開放
の水冷コンデンサが取り付けてある5Lセパラブルフラ
スコ(ジャケット付き)に、純水1000gを仕込ん
だ。80rpmで撹拌しながら、これにテトラメトキシ
シラン1400gを3分間かけて仕込んだ。水/テトラ
メトキシシランのモル比は約6である。セパラブルフラ
スコのジャケットには50℃の温水を通水した。引き続
き撹拌を継続し、内容物が沸点に到達した時点で、撹拌
を停止した。引き続き約0.5時間、ジャケットに50
℃の温水を通水して生成したゾルをゲル化させた。その
後、速やかにゲルを取り出し、目開き600ミクロンの
ナイロン製網を通してゲルを粉砕し、粉体状のウェット
ゲル(シリカヒドロゲル)を得た。このヒドロゲル45
0gと純水450gを1Lのガラス製オートクレーブに
仕込み、150℃、3時間の条件で水熱処理を実施し
た。所定時間水熱処理した後、No.5A濾紙で濾過
し、濾滓を水洗することなく100℃で恒量となるまで
減圧乾燥した。得られたシリカゲル(実施例1の担体シ
リカゲル)の諸物性を下の表1に示す。
(3) Production and evaluation of foreign-element-supporting silica gel: Example 1: (Preparation of carrier silica gel) In a 5 L separable flask (with a jacket) made of glass and equipped with a water-cooled condenser open to the atmosphere. Then, 1000 g of pure water was charged. While stirring at 80 rpm, 1400 g of tetramethoxysilane was charged into this over 3 minutes. The water / tetramethoxysilane molar ratio is about 6. Hot water at 50 ° C was passed through the jacket of the separable flask. The stirring was continued, and when the contents reached the boiling point, the stirring was stopped. 50 hours on the jacket for about 0.5 hours
The sol produced by passing warm water at ℃ was gelled. Then, the gel was immediately taken out, and the gel was crushed through a nylon net having an opening of 600 microns to obtain a powdery wet gel (silica hydrogel). This hydrogel 45
0 g and 450 g of pure water were charged into a 1 L glass autoclave, and hydrothermal treatment was carried out at 150 ° C. for 3 hours. After hydrothermal treatment for a predetermined time, No. It was filtered with a 5A filter paper, and the filter cake was dried under reduced pressure at 100 ° C. to a constant weight without washing with water. The physical properties of the resulting silica gel (support silica gel of Example 1) are shown in Table 1 below.

【0057】(触媒前駆体の調製)1.67gの塩化パ
ラジウムを100ml三角フラスコに測り取り、25%
のアンモニア水27mlにて加熱溶解後、室温に戻し、
これを使用アンモニア水で60mlにメスアップした。
これを塩化パラジウム水溶液とする。上記担体シリカゲ
ル50gを回転ドラム上に設置して、上記塩化パラジウ
ム水溶液60ml(これは、担体に対するパラジウム金
属の量が、2.0重量%となるような量である)を、回
転しているドラム上の担体に対して噴霧した。続いて、
この粉体をドラムより取り出し、80℃にて乾燥した。
(Preparation of catalyst precursor) 1.67 g of palladium chloride was weighed in a 100 ml Erlenmeyer flask and 25%
After heating and dissolving with 27 ml of ammonia water, return to room temperature,
This was made up to 60 ml with aqueous ammonia used.
This is a palladium chloride aqueous solution. 50 g of the above carrier silica gel is placed on a rotating drum, and 60 ml of the above palladium chloride aqueous solution (this is an amount such that the amount of palladium metal with respect to the carrier is 2.0% by weight) is rotated. Sprayed onto the upper carrier. continue,
This powder was taken out of the drum and dried at 80 ° C.

【0058】(触媒前駆体のアルカリ処理)かかる触媒
前駆体を回転ドラム上に設置し、2%アンモニア水60
mlを同様に噴霧した。アルカリ水溶液の容積は、担体
の細孔容積と同量である。更に、かかる触媒を純水で洗
浄し、触媒上の塩素イオンを除去した。純水で触媒を分
散したところ、静置した際の上澄み液は透明であり、パ
ラジウムは溶出されなかった。
(Alkali treatment of catalyst precursor) This catalyst precursor was placed on a rotating drum, and 2% ammonia water 60 was added.
ml was sprayed in the same way. The volume of the alkaline aqueous solution is the same as the pore volume of the carrier. Further, the catalyst was washed with pure water to remove chlorine ions on the catalyst. When the catalyst was dispersed with pure water, the supernatant liquid when left to stand was transparent and palladium was not eluted.

【0059】(還元処理)上記方法で得た触媒20gを
水素気流下、200℃、水素流量57l/Hrの条件で
5時間処理した。得られた触媒を水洗した後、80℃に
て真空乾燥した。これにより、目的異元素として2.0
重量%のパラジウムをシリカに担持させた触媒(異元素
担持シリカゲル)を得た。得られた異元素担持シリカゲ
ル(実施例1の異元素担持シリカゲル)の諸物性を下の
表2に示す。
(Reduction Treatment) 20 g of the catalyst obtained by the above method was treated under a hydrogen stream at 200 ° C. under a hydrogen flow rate of 57 l / Hr for 5 hours. The obtained catalyst was washed with water and then vacuum dried at 80 ° C. As a result, 2.0
A catalyst (silica gel supporting different elements) in which palladium was supported on silica by weight% was obtained. The physical properties of the resulting foreign element-supporting silica gel (silient element-supporting silica gel of Example 1) are shown in Table 2 below.

【0060】粉末X線回折図によれば、2θ≦5deg
の範囲において、周期的構造によるピークは認められな
かった。金属含有率を分析すると、目的異元素であるパ
ラジウムが2.0重量%であったのに対して、不純物元
素であるナトリウムが0.2ppm、カリウムが0.1
ppm、カルシウムが0.1ppmで、その他の金属元
素は検出されなかった。また、担持粒子の粒径は均一
で、何れもDmax×2.5以下であり、粗大な粒子は無
かった。従って、実施例1の異元素担持シリカゲルはパ
ラジウムを高分散に担持し、反応活性の高い水素化触媒
として使用することができる。
According to the powder X-ray diffraction pattern, 2θ ≦ 5 deg
In the range of, no peak due to the periodic structure was observed. When the metal content was analyzed, palladium as the target foreign element was 2.0% by weight, while sodium as the impurity element was 0.2 ppm and potassium was 0.1%.
ppm and calcium were 0.1 ppm, and other metal elements were not detected. Moreover, the particle size of the supported particles was uniform, and all were D max × 2.5 or less, and there were no coarse particles. Therefore, the different element-supporting silica gel of Example 1 supports palladium in a highly dispersed state and can be used as a hydrogenation catalyst having high reaction activity.

【0061】・比較例1:富士シリシア化学製触媒担体
用シリカゲル CARIACT G−6 を担体とした他
は、実施例1と同様の条件により実験を行なって、目的
異元素としてパラジウムを担持させたシリカゲルを得
た。使用した上述の担体用シリカゲル(比較例1の担体
シリカゲル)の諸物性を下の表1に、得られた異元素担
持シリカゲル(比較例1の異元素担持シリカゲル)の諸
物性を下の表2に示す。粉末X線回折図によれば、2θ
≦5degの範囲において、周期的構造によるピークは
認められなかった。金属含有率を分析すると、目的異元
素であるパラジウムが2.0重量%であったのに対し
て、不純物元素であるアルミニウムが14ppm、ナト
リウムが165ppm、カリウムが20ppm、カルシ
ウムが162ppm、マグネシウムが33ppm、チタ
ンが259ppm、鉄が25ppm、クロムが4ppm
と、目的異元素以外の不純物元素を多く含んでいた。ま
た、担持粒子の大きさにはややばらつきがあり、Dmax
×2.5を上回る粗大な粒子が認められた。
Comparative Example 1: Silica gel for catalyst carrier manufactured by Fuji Silysia Chemical Co., Ltd. CARIACT G-6 was used as a carrier, an experiment was conducted under the same conditions as in Example 1, and silica gel supporting palladium as the target foreign element was carried out. Got The physical properties of the above-mentioned carrier silica gel (support silica gel of Comparative Example 1) used are shown in Table 1 below, and the physical properties of the obtained different element-supporting silica gel (Comparative Example 1-supporting silica gel) are shown in Table 2 below. Shown in. According to the powder X-ray diffraction pattern, 2θ
In the range of ≦ 5 deg, no peak due to the periodic structure was observed. Analysis of the metal content revealed that the target foreign element, palladium, was 2.0% by weight, whereas the impurity element aluminum was 14 ppm, sodium 165 ppm, potassium 20 ppm, calcium 162 ppm, and magnesium 33 ppm. , Titanium 259ppm, iron 25ppm, chromium 4ppm
And, it contained a large amount of impurity elements other than the target foreign element. In addition, the size of the supported particles varies slightly, and D max
Coarse particles exceeding 2.5 were observed.

【0062】・シリカゲルの水中熱安定性試験:実施例
1及び比較例1の異元素担持シリカゲル試料各々20g
に、純水を加えて40重量%のスラリーを各々調製し
た。容積60mlのステンレススチール製のミクロボン
ベに、上記で調製したスラリー約40mlを各々入れて
密封し、200±1℃のオイルバス中に3時間浸漬し
た。ミクロボンベからスラリーの一部を抜出し、濾過に
より粉体を回収した。濾滓は100℃で5時間真空乾燥
した。この試料について比表面積を測定した結果を下の
表2に示す。実施例1の異元素担持シリカゲルは比較例
1の異元素担持シリカゲルと比較して比表面積の減少が
少なく、より安定していると判断される。
Thermal stability test of silica gel in water: 20 g of each of the different element-supporting silica gel samples of Example 1 and Comparative Example 1
Pure water was added to each to prepare 40 wt% slurries. Approximately 40 ml of the slurry prepared above was placed in a stainless steel micro bomb having a volume of 60 ml, sealed, and immersed in an oil bath at 200 ± 1 ° C. for 3 hours. A part of the slurry was extracted from the micro bomb and the powder was collected by filtration. The filter cake was vacuum dried at 100 ° C. for 5 hours. The results of measuring the specific surface area of this sample are shown in Table 2 below. Compared with the foreign element-supporting silica gel of Comparative Example 1, the foreign element-supporting silica gel of Example 1 was judged to be more stable because the specific surface area was less reduced.

【0063】[0063]

【表1】 [Table 1]

【0064】[0064]

【表2】 [Table 2]

【0065】[0065]

【発明の効果】本発明の新規な異元素担持シリカゲル
は、従来からの異元素担持シリカゲルと比較して、細孔
分布が狭く、有用な元素を所望量担持させることができ
るとともに、不要な金属不純物量を抑えることができ、
且つ耐熱性、耐水性、物性安定性(熱安定性等)などに
も優れている。また、担体シリカのシャープな細孔分布
によって、担持粒子が均一且つ高分散に細孔表面に保持
されており、従来のシリカゲルよりも高い活性を発現す
る。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The novel foreign element-supporting silica gel of the present invention has a narrow pore distribution as compared with the conventional foreign element-supporting silica gel and can carry a desired amount of a useful element, and an unnecessary metal. The amount of impurities can be suppressed,
Moreover, it is also excellent in heat resistance, water resistance, physical property stability (heat stability, etc.). Further, due to the sharp pore distribution of the carrier silica, the supported particles are uniformly and highly dispersed and retained on the surface of the pores, and exhibit higher activity than conventional silica gel.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】シリカのヒドロゲルを35℃、45℃及び55
℃の各温度で熟成させた場合の各熟成時間とその際のヒ
ドロゲルの破壊応力との関係を示す図である。
1 shows silica hydrogels at 35 ° C., 45 ° C. and 55 ° C.
It is a figure which shows the relationship between each aging time at the time of aging each temperature of ° C, and the fracture stress of hydrogel at that time.

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Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a)細孔容積が0.3〜1.6ml/
gであり、(b)比表面積が200〜900m2/gで
あり、(c)細孔の最頻直径(Dmax)が20nm未満
であり、(d)直径がDmax±20%の範囲内にある細
孔の総容積が、全細孔の総容積の40%以上であり、
(e)アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群に
属する元素の総含有率が300ppm以下であり、
(f)周期表の13族,14族及び15族並びに遷移金
属からなる群に属する元素のうち、少なくとも一種類の
元素の含有率が0.1%以上であり、(g)上記の13
族,14族及び15族並びに遷移金属からなる群に属す
る元素の単体及び/又は化合物のうち少なくとも一部
が、シリカゲル表面に粒状物として担持又は保持されて
おり、且つ、(h)上記粒状物の粒径が、Dmax×2.
5以下であることを特徴とする、異元素担持シリカゲ
ル。
1. (a) Pore volume of 0.3-1.6 ml /
g, (b) specific surface area is 200 to 900 m 2 / g, (c) pore mode diameter (D max ) is less than 20 nm, and (d) diameter is within D max ± 20%. The total volume of pores within is 40% or more of the total volume of all pores,
(E) The total content of elements belonging to the group consisting of alkali metals and alkaline earth metals is 300 ppm or less,
(F) The content of at least one kind of the elements belonging to the group consisting of Groups 13, 14 and 15 of the periodic table and transition metals is 0.1% or more, and (g) the above 13
At least a part of a simple substance and / or a compound of an element belonging to the group consisting of Group 14, Groups 14 and 15 and transition metals is supported or retained as a granular material on the surface of silica gel, and (h) the granular material Has a particle size of D max × 2.
A different element-supporting silica gel, which is 5 or less.
【請求項2】 上記粒状物の粒径が、1nm以上である
ことを特徴とする、請求項1記載の異元素担持シリカゲ
ル。
2. The foreign element-supporting silica gel according to claim 1, wherein the particle size of the granular material is 1 nm or more.
【請求項3】 上記粒状物の少なくとも一部が、直接又
は酸素を介して珪素原子と結合していることを特徴とす
る、請求項1又は請求項2に記載の異元素担持シリカゲ
ル。
3. The foreign element-supporting silica gel according to claim 1 or 2, wherein at least a part of the granular material is bonded to a silicon atom directly or through oxygen.
【請求項4】 非晶質であることを特徴とする、請求項
1〜3の何れか一項に記載の異元素担持シリカゲル。
4. The foreign-element-supporting silica gel according to claim 1, which is amorphous.
【請求項5】 上記のアルカリ金属及びアルカリ土類金
属からなる群に属する元素の総含有率が、100ppm
以下であることを特徴とする、請求項1〜4の何れか一
項に記載の異元素担持シリカゲル。
5. The total content of elements belonging to the group consisting of the alkali metal and alkaline earth metal is 100 ppm.
The foreign element-supporting silica gel according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
【請求項6】 上記の13族,14族及び15族並びに
遷移金属からなる群に属する元素のうち、少なくとも一
種類の元素の含有率が0.2%以上であることを特徴と
する、請求項1〜5の何れか一項に記載の異元素担持シ
リカゲル。
6. The content rate of at least one element of the elements belonging to the group consisting of the groups 13, 14 and 15 and the transition metals is 0.2% or more. Item 6. The different element-supporting silica gel according to any one of items 1 to 5.
【請求項7】 細孔容積が0.4〜1.5ml/gであ
ることを特徴とする、請求項1〜6の何れか一項に記載
の異元素担持シリカゲル。
7. The foreign element-supporting silica gel according to claim 1, which has a pore volume of 0.4 to 1.5 ml / g.
【請求項8】 比表面積が200〜800m2/gであ
ることを特徴とする、請求項1〜7の何れか一項に記載
の異元素担持シリカゲル。
8. The foreign-element-supporting silica gel according to claim 1, which has a specific surface area of 200 to 800 m 2 / g.
【請求項9】 細孔の最頻直径(Dmax)が2nm以上
であることを特徴とする、請求項1〜8の何れか一項に
記載の異元素担持シリカゲル。
9. The foreign element-supporting silica gel according to claim 1, wherein the mode diameter (D max ) of the pores is 2 nm or more.
【請求項10】 直径がDmax±20%以内の細孔の総
容積が、全細孔の総容積の50%以上であることを特徴
とする、請求項1〜9の何れか一項に記載の異元素担持
シリカゲル。
10. The total volume of pores having a diameter of D max ± 20% or less is 50% or more of the total volume of all pores, and the total volume thereof is any one of claims 1 to 9. The different element-supporting silica gel described.
【請求項11】 上記のアルカリ金属及びアルカリ土類
金属からなる群に属する元素の含有率が、50ppm以
下であることを特徴とする、請求項1〜10の何れか一
項に記載の異元素担持シリカゲル。
11. The foreign element according to claim 1, wherein the content of the element belonging to the group consisting of the alkali metal and the alkaline earth metal is 50 ppm or less. Supported silica gel.
【請求項12】 上記のアルカリ金属及びアルカリ土類
金属からなる群に属する元素の含有率が、30ppm以
下であることを特徴とする、請求項1〜11の何れか一
項に記載の異元素担持シリカゲル。
12. The foreign element according to claim 1, wherein the content of the element belonging to the group consisting of the alkali metal and the alkaline earth metal is 30 ppm or less. Supported silica gel.
【請求項13】 最頻直径(Dmax)における微分細孔
容積が、2〜20ml/gであることを特徴とする、請
求項1〜12の何れか一項に記載の異元素担持シリカゲ
ル。
13. The foreign element-supporting silica gel according to claim 1, wherein the differential pore volume at the mode diameter (D max ) is 2 to 20 ml / g.
【請求項14】 シリコンアルコキシドを加水分解する
工程を経て製造されることを特徴とする、請求項1〜1
3の何れか一項に記載の異元素担持シリカゲル。
14. The method according to claim 1, wherein the silicon alkoxide is produced through a step of hydrolyzing a silicon alkoxide.
The different element-supporting silica gel according to any one of 3 above.
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