JP2003238118A - Nonsilica oxide porous material and method for producing the same - Google Patents

Nonsilica oxide porous material and method for producing the same

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JP2003238118A
JP2003238118A JP2002041275A JP2002041275A JP2003238118A JP 2003238118 A JP2003238118 A JP 2003238118A JP 2002041275 A JP2002041275 A JP 2002041275A JP 2002041275 A JP2002041275 A JP 2002041275A JP 2003238118 A JP2003238118 A JP 2003238118A
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JP
Japan
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silica
based oxide
porous body
oxide
organic
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Application number
JP2002041275A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuo Kimura
辰雄 木村
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic group containing nonsilica oxide material and a nonsilica oxide porous material with uniform mesopores, which have stability in structure and realizing shape control, and a method for producing the same. <P>SOLUTION: The method for producing the nonsilica oxide porous material comprises adding a silane compound that is connected with organic functional groups having short alkyl chains into a solution containing a surfactant and an inorganic raw material, producing a mesostructure material containing the organic functional groups of the silane compound in the skeleton of the nonsilica oxide, and thereafter removing a part or all of the organic components, and the nonsilica oxide porous material is characterized by having mesopores of from a few nm to several tens of nm and macropores of several hundreds of nm to a few μm, and the nonsilica oxide porous material has a hygroscopic and a water absorptive function. <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、非シリカ系酸化物
多孔体及びその製造方法に関するものであり、更に詳し
くは、界面活性剤を利用して調製した、非シリカ系酸化
物骨格内に有機官能基を含有する有機基含有非シリカ系
酸化物から、界面活性剤、又は界面活性剤及び有機官能
基を除去することにより生成してなる非シリカ系酸化物
多孔体、その製造方法に関するものである。本発明の非
シリカ系酸化物多孔体は、吸湿・吸水作用を有する機能
性部材として有用であり、メソ多孔質材料の有する本来
的な物理化学的な特性を利用して、機能性分子又は有害
物質の選択的吸着材料、有害化学物質の分解触媒、カラ
ム充填材料等の、それらの機能を利用した全ての用途を
対象とする機能性部材として用いられる。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a non-silica-based oxide porous body and a method for producing the same, and more specifically to an organic compound within a non-silica-based oxide skeleton prepared by using a surfactant. A non-silica-based oxide porous body produced by removing a surfactant, or a surfactant and an organic functional group from an organic-group-containing non-silica-based oxide containing a functional group, and a method for producing the same. is there. INDUSTRIAL APPLICABILITY The non-silica-based oxide porous body of the present invention is useful as a functional member having a hygroscopic / water-absorptive effect, and utilizes the intrinsic physicochemical properties of the mesoporous material to produce functional molecules or harmful It is used as a functional member for all applications utilizing those functions, such as a material selective adsorption material, a toxic chemical decomposition catalyst, and a column packing material.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、無機酸化物材料は、有機分子集
合体を利用することで、ナノメーターレベルの規則構造
を制御することが可能である。このような材料は、メソ
構造体材料と呼ばれている。この内、ナノメーターレベ
ルの孔、つまりメソ孔を有する3次元的な無機骨格構造
の材料は、予めナノメーターレベルの大きさの有機分子
集合体を無機酸化物材料に導入しておき、その後、焼成
や抽出により有機分子集合体を除去することで得られ
る。こうして得たメソ多孔質材料は、均一なメソ孔の存
在を利用して、ファインケミカル分子や医薬品、金属や
半導体ナノクラスターを選択的に合成する容器等への利
用が大いに期待されている。
2. Description of the Related Art In general, an inorganic oxide material can control an ordered structure at the nanometer level by utilizing an organic molecular assembly. Such materials are called mesostructured materials. Among these, as a material having a three-dimensional inorganic skeleton structure having pores on the nanometer level, that is, mesopores, an organic molecular assembly having a size on the nanometer level is introduced into an inorganic oxide material in advance, and then, It is obtained by removing organic molecular aggregates by firing or extraction. The mesoporous material thus obtained is expected to be used in containers for selectively synthesizing fine chemical molecules, pharmaceuticals, metals and semiconductor nanoclusters by utilizing the existence of uniform mesopores.

【0003】更には、メソ多孔質材料の持つメソ孔表面
を有機官能基で修飾することで、有機官能基と有機化合
物との相互作用を利用した選択的な反応場の構築が可能
となる。また、メソ孔表面に存在する有機官能基それ自
身を利用して、金属イオンの選択的な吸着除去やメソ孔
内での金属錯体を形成させることも可能である。上記有
機修飾法には、1)メソ多孔質材料の表面改質のため
に、エステル化又はシリル化反応を利用する方法、2)
有機官能基を持つシラン化合物の加水分解、重縮合反応
過程で、有機分子集合体を利用して構造制御した後に抽
出により有機分子集合体を除去し、メソ孔表面に有機官
能基を残存させる方法、とがある。
Further, by modifying the mesopore surface of the mesoporous material with an organic functional group, it becomes possible to construct a selective reaction field utilizing the interaction between the organic functional group and the organic compound. Further, it is possible to selectively adsorb and remove metal ions and form a metal complex in the mesopores by utilizing the organic functional group itself existing on the surface of the mesopores. The organic modification method includes 1) a method of utilizing an esterification or silylation reaction for surface modification of a mesoporous material, and 2).
A method in which the organic functional group is left on the surface of the mesopores by removing the organic molecular group by extraction after controlling the structure using the organic molecular group during the hydrolysis and polycondensation reaction process of the silane compound having the organic functional group. , And.

【0004】上記に留まらず、無機酸化物材料の形態を
制御することでその用途は更に拡がる。例えば、繊維化
した材料を用いて枝分かれがほとんどない高分子ポリマ
ーを合成することが可能となっている。一方、薄膜化に
より電子デバイス材料への展開が可能なため非常に注目
されており、例えば、有機色素分子を導入してレーザー
発光させた例等がある。薄膜化や繊維化といった形態制
御に関する研究はシリカ系材料について非常に多くの研
究がなされている。また、粒子形態を制御する試みもシ
リカ系材料では盛んに行われており、例えば、粒子配列
を制御したデバイス材料やカラムの充填剤としての応用
が期待される。現在では、貝殻状の形態、球状、ロープ
状、及び結晶構造を反映した六角柱状粒子や正二十面体
粒子等、様々な粒子形態を有するシリカ系メソポーラス
材料の合成が可能となっている。
Not only the above, but the application is further expanded by controlling the morphology of the inorganic oxide material. For example, it is possible to synthesize a high molecular polymer having almost no branching by using a fibrous material. On the other hand, since it can be developed into an electronic device material by making it thin, it has received a great deal of attention. For example, there is an example in which an organic dye molecule is introduced to cause laser emission. A great deal of research has been conducted on silica-based materials for morphological control such as thin film formation and fiber formation. In addition, attempts to control the particle morphology are being actively made with silica-based materials, and for example, application as a device material with controlled particle arrangement or a column packing is expected. Nowadays, it is possible to synthesize silica-based mesoporous materials having various particle morphologies such as shell-like morphology, sphere-like, rope-like, hexagonal columnar particles and icosahedral particles reflecting the crystal structure.

【0005】上記のように、メソ多孔質材料の表面改質
をすることで、有機官能基の存在を利用した特異反応場
の構築が大いに期待されている。これまで、メソ多孔質
材料の表面改質に関する研究開発はシリカ系材料に関す
るものしかなされていない。加えて、メソ多孔質材料を
構成する粒子形態を制御することによって種々の応用が
期待されるが、これもシリカ系材料を中心に研究開発が
進められている。しかしながら、シリカ系材料では、例
えば、遷移金属酸化物系での電気伝導性、超伝導性、遷
移金属硫化物系での半導体性等の特性発現が期待できな
いという問題がある。
As described above, it is highly expected to construct a specific reaction field utilizing the presence of organic functional groups by modifying the surface of a mesoporous material. Until now, research and development relating to surface modification of mesoporous materials have been made only for silica-based materials. In addition, various applications are expected by controlling the morphology of the particles that make up the mesoporous material, and research and development are also being conducted centering on silica-based materials. However, silica-based materials have a problem that characteristics such as electrical conductivity and superconductivity in transition metal oxides and semiconductivity in transition metal sulfides cannot be expected.

【0006】これに対し、非シリカ系酸化物多孔体にお
ける形態制御が実現されると、電気伝導性、超伝導性、
半導体性等のシリカ系材料では発現し得ない種々の特性
に由来した材料開発が可能となり、それらの特性を利用
して、例えば、電子デバイス材料、センサー材料等への
展開が期待できる。この時、非シリカ系酸化物多孔体自
身の表面特性だけでなく、有機修飾技術を併用すると、
例えば、センサー材料として使用する際には効果的な吸
着性能を付与することが可能となる。しかしながら、非
シリカ系酸化物多孔体については、メソポーラス酸化チ
タン薄膜の合成が知られている程度であり、粒子形態の
制御の成功例はほとんどない。粒子形態の制御に関する
研究は、珪藻土類似のアルミノリン酸塩メソ構造体の合
成があるが、そのメソ構造体材料は、構造安定性が低
く、焼成時にその構造は崩壊してしまうという問題があ
る。
On the other hand, when the morphology control in the non-silica-based oxide porous body is realized, the electrical conductivity, superconductivity,
It is possible to develop materials derived from various characteristics that cannot be exhibited by silica-based materials such as semiconductors, and by utilizing these characteristics, it can be expected to develop into, for example, electronic device materials and sensor materials. At this time, not only the surface characteristics of the non-silica-based oxide porous material itself, but also the organic modification technology,
For example, when used as a sensor material, it becomes possible to impart effective adsorption performance. However, regarding the non-silica-based oxide porous body, the synthesis of a mesoporous titanium oxide thin film is known, and there are few successful examples of controlling the particle morphology. Research on particle morphology control involves synthesis of aluminophosphate mesostructures similar to diatomaceous earth, but the mesostructured materials have low structural stability, and there is a problem that the structure collapses during firing.

【0007】加えて、メソ多孔質材料の表面修飾体の合
成例も、非シリカ系酸化物材料では全くない。そこで、
本発明者は、有機基を持つシラン化合物としてオルガノ
シラン化合物等を非シリカ系メソ構造体材料に添加し
て、無機骨格表面に有機基を導入した非シリカ系メソ構
造体材料の製造技術を見出した(特願2001−352
595)。この方法では、無機骨格表面に有機基を導入
したことで、焼成時の構造安定性は大きく向上したが、
界面活性剤を除去する過程で、同時に、上記導入した有
機基が除去される可能性があり、得られる非シリカ系酸
化物多孔体中には有機基を確実に残存させるには至って
いない。加えて、この際に生成する粒子形態は十分には
制御されていないので、例えば、塊状の粒子しか生成し
ないということがあり得る。
In addition, there are no examples of synthesizing a surface modified body of a mesoporous material with a non-silica oxide material. Therefore,
The present inventor has found a technique for producing a non-silica mesostructure material in which an organic group is introduced on the surface of an inorganic skeleton by adding an organosilane compound or the like as a silane compound having an organic group to a nonsilica mesostructure material. (Japanese Patent Application No. 2001-352)
595). In this method, by introducing an organic group on the surface of the inorganic skeleton, the structural stability during firing was greatly improved,
In the process of removing the surfactant, the introduced organic group may possibly be removed at the same time, and the organic group has not been surely left in the resulting non-silica-based oxide porous body. In addition, the morphology of the particles produced at this time is not well controlled, so that, for example, it is possible that only aggregated particles are produced.

【0008】上記方法において、非シリカ系酸化物多孔
体の表面修飾体を合成するためには、その構造安定性の
低さを考慮すると、前駆物質であるメソ構造体材料の段
階で有機基を導入し、その後、界面活性剤を除去するこ
とが好ましい。また、非シリカ系酸化物多孔体の形態制
御をするためには、その前駆物質であるメソ構造体材料
の段階で形態制御を行うことが必要不可決であると考え
られる。しかしながら、非シリカ系メソ構造体材料で粒
子形態の制御が困難な原因の一つに、粒子形態には、得
られるメソ構造体の結晶構造やその生成機構が反映して
しまうという問題がある。
In the above method, in order to synthesize the surface-modified body of the non-silica-based oxide body, an organic group is added at the stage of the precursor mesostructured material in view of its low structural stability. It is preferred to introduce and then remove the surfactant. Further, in order to control the morphology of the non-silica-based oxide porous body, it is considered necessary and unavoidable to perform the morphology control at the stage of the mesostructured material that is the precursor thereof. However, one of the reasons why it is difficult to control the particle morphology of a non-silica mesostructured material is that the particle morphology reflects the crystal structure of the obtained mesostructured material and its generation mechanism.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】このような状況の中
で、本発明者は、上記従来技術に鑑みて、上記従来技術
の問題点を解消することを可能とする新しい非シリカ系
酸化物多孔体材料を開発することを目標として鋭意研究
を積み重ねた結果、非シリカ系酸化物材料の表面修飾体
を合成する際に、有機官能基を、無機骨格表面にではな
く、無機骨格内部に導入することにより所期の目的を達
成し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、構造安定性の高い非シリカ系メソ構造
体材料の表面修飾体を合成することと、粒子形態の制御
を実現することを可能とする新しい方法を開発するこ
と、上記メソ構造体の有機成分を除去することにより非
シリカ系酸化物多孔体を製造することを目的とするもの
である。また、本発明は、有機官能基を無機骨格内部に
導入した新規な有機基含有非シリカ系酸化物材料を製造
する過程で、構造安定性を付与し、粒子形態も制御する
ことを可能とする新しい方法を提供することを目的とす
るものである。更に、本発明は、非シリカ系酸化物メソ
構造体を合成するための界面活性剤及び無機原料が含ま
れる前駆体溶液の調製時に、アルキル鎖長の短い有機官
能基で連結したシラン化合物を添加することでメソ構造
に変化を与え、非シリカ系酸化物骨格内部に有機官能基
を存在させることにより、有機成分燃焼時にも疎水的に
することで水分子による規則構造の破壊を抑制し、均一
なメソ孔を有する非シリカ系酸化物多孔体を調製するこ
と、更に、例えば、数百nmから数μmのマクロ孔を有
する粒子形態へと変化させることを可能とする新しい方
法を提供することを目的とするものである。更に、本発
明は、上記非シリカ系酸化物多孔体を含有する吸湿・吸
水作用を有する機能性部材を提供することを目的とする
ものである。
Under these circumstances, the present inventor has, in view of the above-mentioned prior art, a new non-silica-based oxide porous material capable of solving the problems of the above-mentioned prior art. As a result of intensive research aimed at developing body materials, organic functional groups are introduced inside the inorganic skeleton rather than on the surface of the inorganic skeleton when synthesizing the surface-modified non-silica oxide material. As a result, they have found that the intended purpose can be achieved, and have completed the present invention.
That is, the present invention is to synthesize a surface modified product of a non-silica-based mesostructure material having high structural stability and to develop a new method capable of realizing control of particle morphology. It is intended to produce a non-silica-based oxide porous body by removing the organic component of the body. Further, the present invention makes it possible to impart structural stability and control the particle morphology in the process of producing a novel organic group-containing non-silica oxide material in which an organic functional group is introduced into the inorganic skeleton. The purpose is to provide a new method. Furthermore, the present invention adds a silane compound linked with an organic functional group having a short alkyl chain length during preparation of a precursor solution containing a surfactant and an inorganic raw material for synthesizing a non-silica oxide mesostructure. By changing the structure, the mesostructure is changed, and the organic functional groups are present inside the non-silica-based oxide skeleton. To prepare a non-silica-based oxide porous body having various mesopores, and further to provide a new method capable of changing from, for example, a particle morphology having macropores of several hundred nm to several μm. It is intended. A further object of the present invention is to provide a functional member having a hygroscopic / water-absorbing effect, which contains the non-silica-based oxide porous body.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、以下の技術的手段から構成される。 (1)界面活性剤及び無機原料が含まれる溶液に、アル
キル鎖長の短い有機官能基で連結したシラン化合物を添
加することにより非シリカ系酸化物骨格内に前記シラン
化合物中の有機官能基を含有するメソ構造体を生成せし
めた後に、有機成分の一部又は全部を除去することを特
徴とする非シリカ系酸化物多孔体の製造方法。 (2)前記界面活性剤が、アルキルアミン、アルキルア
ンモニウム塩、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ア
ルキルトリエチルアンモニウム塩、アルキルピリジニウ
ム塩、アルキルポリオキシエチレン又はポリオキシエチ
レン−ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレンブロ
ック共重合体の内から選択される1種以上である、前記
(1)に記載の非シリカ系酸化物多孔体の製造方法。 (3)前記無機原料が、1)アルミニウム源、チタン
源、ジルコニウム源又はバナジウム源の内から選択され
る1種以上、又は2)アルミニウム源、チタン源、ジル
コニウム源、又はバナジウム源の内から選択される1種
及びリン源である、前記(1)に記載の非シリカ系酸化
物多孔体の製造方法。 (4)アルキル鎖長の短い有機官能基で連結したシラン
化合物が、有機官能基として、メチレン、エチレン、プ
ロピレン又はビニレン基から選択される1種を有してい
る、前記(1)に記載の非シリカ系酸化物多孔体の製造
方法。 (5)シラン化合物中の有機官能基の燃焼温度が界面活
性剤の燃焼温度よりも高温である、前記(1)に記載の
非シリカ系酸化物多孔体の製造方法。 (6)有機成分を抽出により除去する、前記(1)に記
載の非シリカ系酸化物多孔体の製造方法。 (7)有機成分を焼成により除去する、前記(1)に記
載の非シリカ系酸化物多孔体の製造方法。 (8)非シリカ系酸化物骨格内に前記シラン化合物中の
有機官能基を含有するメソ構造体から有機成分の一部又
は全部を除去することにより作製された非シリカ系酸化
物多孔体であって、当該非シリカ系酸化物がメソ孔を有
することを特徴とする非シリカ系酸化物多孔体。 (9)前記メソ孔が、数nmから数十nmである、前記
(8)に記載の非シリカ系酸化物多孔体。 (10)非シリカ系酸化物骨格内部に有機基が存在して
なる、前記(8)に記載の非シリカ系酸化物多孔体。 (11)非シリカ系酸化物が、数百nmから数μmの孔
を有する、前記(8)に記載の非シリカ系酸化物多孔
体。 (12)非シリカ系酸化物が、1)酸化アルミニウム、
酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム又はそ
れらの複合酸化物、又は2)リン酸アルミニウム、リン
酸チタン、リン酸ジルコニウム又はリン酸バナジウムの
内から選択された1種である、前記(8)に記載の非シ
リカ系酸化物多孔体。 (13)前記(8)に記載の非シリカ系酸化物多孔体か
らなることを特徴とする吸湿・吸水作用を有する機能性
部材。
The present invention for solving the above-mentioned problems comprises the following technical means. (1) By adding a silane compound linked by an organic functional group having a short alkyl chain length to a solution containing a surfactant and an inorganic raw material, the organic functional group in the silane compound is added to the non-silica-based oxide skeleton. A method for producing a non-silica-based oxide porous body, which comprises removing a part or all of an organic component after forming a contained mesostructure. (2) The surfactant is an alkylamine, an alkylammonium salt, an alkyltrimethylammonium salt, an alkyltriethylammonium salt, an alkylpyridinium salt, an alkylpolyoxyethylene or a polyoxyethylene-polyoxypropylene-polyoxyethylene block copolymer. The method for producing a non-silica-based oxide porous body according to (1) above, which is one or more selected from the above. (3) The inorganic raw material is selected from 1) one or more selected from an aluminum source, a titanium source, a zirconium source, and a vanadium source, or 2) selected from an aluminum source, a titanium source, a zirconium source, and a vanadium source. 1 type and a phosphorus source, the method for producing a non-silica-based oxide porous body according to (1) above. (4) The silane compound linked by an organic functional group having a short alkyl chain length has, as an organic functional group, one selected from a methylene group, ethylene group, propylene group, and vinylene group. A method for producing a non-silica-based oxide porous body. (5) The method for producing a non-silica-based oxide porous body according to (1), wherein the combustion temperature of the organic functional group in the silane compound is higher than the combustion temperature of the surfactant. (6) The method for producing a non-silica-based porous oxide body according to (1), wherein the organic component is removed by extraction. (7) The method for producing a non-silica-based oxide porous body according to (1), wherein the organic component is removed by firing. (8) A non-silica oxide porous body produced by removing a part or all of an organic component from a mesostructure containing an organic functional group in the silane compound in the non-silica oxide skeleton. And a non-silica-based oxide porous body, wherein the non-silica-based oxide has mesopores. (9) The non-silica-based oxide porous body according to (8), wherein the mesopores are several nm to several tens nm. (10) The non-silica oxide porous body according to the above (8), wherein an organic group is present inside the non-silica oxide skeleton. (11) The non-silica-based oxide porous body according to (8), wherein the non-silica-based oxide has pores of several hundred nm to several μm. (12) The non-silica oxide is 1) aluminum oxide,
The above (8), which is one selected from titanium oxide, zirconium oxide, vanadium oxide or a composite oxide thereof, or 2) aluminum phosphate, titanium phosphate, zirconium phosphate or vanadium phosphate. Non-silica-based oxide porous body. (13) A functional member having a hygroscopic / water-absorbing function, which is made of the non-silica-based oxide porous body according to (8).

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】次に、本発明について更に詳細に
説明する。本発明は、形態の制御された非シリカ系酸化
物多孔体及びその製造方法等に関するものである。本発
明は、非シリカ系酸化物が、例えば、1)酸化アルミニ
ウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム
又はそれらの複合酸化物、又は2)リン酸アルミニウ
ム、リン酸チタン、リン酸ジルコニウム又はリン酸バナ
ジウムの内の選ばれた1種である場合に好適に適用され
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, the present invention will be described in more detail. The present invention relates to a non-silica-based oxide porous body having a controlled morphology, a method for producing the same, and the like. In the present invention, the non-silica-based oxide is, for example, 1) aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, vanadium oxide or a composite oxide thereof, or 2) aluminum phosphate, titanium phosphate, zirconium phosphate or phosphoric acid. It is preferably applied when it is one selected from vanadium.

【0012】本発明においては、界面活性剤として、好
適には、アルキルアミン、アルキルアンモニウム塩、ア
ルキルトリメチルアンモニウム塩、アルキルトリエチル
アンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、アルキルポ
リオキシエチレン又はポリオキシエチレン−ポリオキシ
プロピレン−ポリオキシエチレンブロック共重合体の内
から選択される1種以上が用いられる。それらの内、ア
ルキルアンモニウム塩、アルキルトリメチルアンモニウ
ム塩、アルキルトリエチルアンモニウム塩、アルキルピ
リジニウム塩は、溶液中で陽イオンとして存在するた
め、溶液中で非シリカ系無機種及びシリカ種と静電的な
相互作用が可能になり、アルキルポリオキシエチレン、
ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ポリオキ
シエチレンブロック共重合体は、溶液中で非シリカ系無
機種及びシリカ種と水素結合性の相互作用が可能とな
り、界面活性剤の自己集合能により非シリカ系酸化物材
料のメソ構造制御が可能になる。その作用は、上記界面
活性剤を2種以上を混合しても損なわれない。
In the present invention, the surfactant is preferably an alkylamine, an alkylammonium salt, an alkyltrimethylammonium salt, an alkyltriethylammonium salt, an alkylpyridinium salt, an alkylpolyoxyethylene or a polyoxyethylene-polyoxypropylene. -One or more kinds selected from polyoxyethylene block copolymers are used. Among them, alkylammonium salt, alkyltrimethylammonium salt, alkyltriethylammonium salt, and alkylpyridinium salt exist as a cation in a solution, and therefore, they may be electrostatically interacted with a non-silica inorganic species and a silica species in a solution. Action is possible, alkyl polyoxyethylene,
The polyoxyethylene-polyoxypropylene-polyoxyethylene block copolymer is capable of hydrogen bonding interaction with a non-silica type inorganic species and a silica type in a solution, and the non-silica type is possible due to the self-assembly ability of the surfactant. It enables mesostructure control of oxide materials. The action is not impaired even if two or more of the above surfactants are mixed.

【0013】また、使用する界面活性剤のサイズに依存
して非シリカ系酸化物材料の繰り返し単位は変化するの
で、界面活性剤のサイズを適当に選択して非シリカ系酸
化物の繰り返し単位を制御することができる。例えば、
アルキルアンモニウム系界面活性剤を用いた場合には、
その構造規則性は数nmオーダーとなる。また、例え
ば、アルキルポリオキシエチレンを使用するとそのサイ
ズは若干増大し、ポリエチレン−ポリプロピレン−ポリ
エチレンブロック共重合体を使用した際には数nm〜数
十nmの繰り返し構造を有する非シリカ系酸化物材料が
得られる。
Further, since the repeating unit of the non-silica-based oxide material changes depending on the size of the surfactant used, the size of the surfactant is appropriately selected to select the repeating unit of the non-silica-based oxide. Can be controlled. For example,
When an alkyl ammonium-based surfactant is used,
The structural regularity is on the order of several nm. In addition, for example, when alkylpolyoxyethylene is used, its size is slightly increased, and when a polyethylene-polypropylene-polyethylene block copolymer is used, a non-silica-based oxide material having a repeating structure of several nm to several tens of nm. Is obtained.

【0014】また、本発明では、無機原料として、1)
アルミニウム源、チタン源、ジルコニウム源又はバナジ
ウム源の内から選択される1種以上、又は2)アルミニ
ウム源、チタン源、ジルコニウム源又はバナジウム源の
内から選択される1種及びリン源が用いられる。溶液中
においては、アルミニウム種、チタン種、ジルコニウム
種、バナジウム種、リン酸種又はそれらの複合種が、逆
に、前記界面活性剤種との静電的又は水素結合性の相互
作用を可能とする。
Further, in the present invention, 1) as an inorganic raw material
One or more selected from an aluminum source, a titanium source, a zirconium source, or a vanadium source, or 2) one selected from an aluminum source, a titanium source, a zirconium source, or a vanadium source and a phosphorus source are used. In solution, aluminum species, titanium species, zirconium species, vanadium species, phosphoric acid species or composite species thereof, on the contrary, allow electrostatic or hydrogen-bonding interactions with the surfactant species. To do.

【0015】更に、本発明では、アルキル鎖長の短い有
機官能基で連結したシラン化合物が用いられるが、好適
には、有機官能基として、メチレン、エチレン、プロピ
レン又はビニレン基から選択される1種を有しているシ
ラン化合物が例示される。これらのシラン化合物は、シ
ラン化合物自身が自己集合することがなく、前記界面活
性剤による自己集合を利用したメソ構造の形成を妨げな
い。しかし、ブチレン、ヘキシレン、オクチレン等のア
ルキル鎖長の長い有機官能基で連結したシラン化合物
は、有機官能基で連結したシラン化合物同士の自己集合
能によりメソ構造を形成しなくなるために好ましくな
い。
Further, in the present invention, a silane compound linked with an organic functional group having a short alkyl chain length is used, and preferably, the organic functional group is one selected from methylene, ethylene, propylene and vinylene groups. An example is a silane compound having These silane compounds do not self-assemble themselves, and do not prevent the formation of a meso structure utilizing self-assembly by the surfactant. However, a silane compound linked with an organic functional group having a long alkyl chain such as butylene, hexylene, or octylene is not preferable because it does not form a meso structure due to the self-assembly ability of the silane compounds linked with the organic functional group.

【0016】有機官能基部分は、電荷を持たないため
に、無機骨格構造形成に伴い生ずる電荷が有機官能基の
存在によって減少させることが可能であり、それによ
り、メソ構造の変化を誘起することが可能となる。この
効果は、前記シラン化合物を1種以上添加しても損なわ
れるものではない。また、シラン化合物が有機官能基で
連結されているために、有機官能基は、非シリカ系酸化
物無機骨格表面ではなく、非シリカ系酸化物無機骨格内
部に取り込まれ、当該非シリカ系酸化物内に存在する。
Since the organic functional group portion has no electric charge, the electric charge generated by the formation of the inorganic skeleton structure can be reduced by the presence of the organic functional group, thereby inducing the change of the meso structure. Is possible. This effect is not impaired even if one or more silane compounds are added. In addition, since the silane compound is linked by the organic functional group, the organic functional group is incorporated not in the surface of the non-silica-based oxide inorganic skeleton but inside the non-silica-based oxide inorganic skeleton, and thus the non-silica-based oxide Exists within.

【0017】得られる有機基含有非シリカ系酸化物の無
機骨格構造は、結晶構造を取らず、非晶質体となる。シ
リカ系材料を除いた非晶質無機酸化物には、様々な組成
が考えられるが、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化
ジルコニウム、酸化バナジウム又はそれらの複合酸化物
は容易に非晶質構造をとり、結晶化するためには高温が
必要であるため、結晶化することが比較的困難な材料で
ある。また、リン酸アルミニウム、リン酸チタン、リン
酸ジルコニウム又はリン酸バナジウムは、いずれも結晶
性層状化合物の存在が知られているが、同時に非晶質体
も存在するという特徴を有する点から、類似性の高い物
質系として取り扱うことが可能である。
The inorganic skeleton structure of the obtained organic group-containing non-silica type oxide does not have a crystal structure but becomes an amorphous body. Amorphous inorganic oxides excluding silica-based materials may have various compositions, but aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, vanadium oxide or their composite oxides easily take an amorphous structure, Since crystallization requires a high temperature, it is a material that is relatively difficult to crystallize. Further, aluminum phosphate, titanium phosphate, zirconium phosphate, or vanadium phosphate is known to have a crystalline layered compound, but at the same time, an amorphous substance is also present. It can be handled as a highly effective substance system.

【0018】有機官能基の燃焼温度は、界面活性剤の燃
焼温度よりも高温であることが好ましい。それにより、
有機成分の燃焼時にも無機酸化物材料表面が疎水的にな
り、水分子による構造破壊が抑制でき、より高い構造規
則性が保持される。従って、前記のメチレン、エチレ
ン、プロピレン又はビニレン基に加え、アセチレン又は
フェニレン基も燃焼温度が高い有機官能基として利用す
ることができる。
The burning temperature of the organic functional group is preferably higher than the burning temperature of the surfactant. Thereby,
Even when the organic component is burned, the surface of the inorganic oxide material becomes hydrophobic, structural destruction due to water molecules can be suppressed, and higher structural regularity is maintained. Therefore, in addition to the above-mentioned methylene, ethylene, propylene or vinylene group, an acetylene or phenylene group can be used as an organic functional group having a high combustion temperature.

【0019】上記非シリカ系酸化物の内、例えば、リン
酸アルミニウム系メソ構造体材料の合成に関しては、ア
ルミニウム源にはアルミニウムイソプロポキシド、リン
源にはリン酸を用いることが好ましい。次に、一例とし
て、マクロ孔を有する有機基含有リン酸アルミニウム系
メソ構造体材料の製造方法について説明すると、例え
ば、アルミニウムイソプロポキシド、リン酸及び界面活
性剤を含有する前駆溶液を調製し、その溶液に有機官能
基で連結したシラン化合物を添加して、30分程度撹拌
した後に蒸留水中に分散し、繰り返し洗浄することでマ
クロ孔を有する有機基含有リン酸アルミニウム系メソ構
造体材料が得られる。
Among the above-mentioned non-silica type oxides, it is preferable to use aluminum isopropoxide as the aluminum source and phosphoric acid as the phosphorus source for the synthesis of the aluminum phosphate type mesostructured material. Next, as an example, explaining a method for producing an organic group-containing aluminum phosphate-based mesostructured material having macropores, for example, aluminum isopropoxide, to prepare a precursor solution containing phosphoric acid and a surfactant, A silane compound linked with an organic functional group is added to the solution, stirred for about 30 minutes, dispersed in distilled water, and repeatedly washed to obtain an organic group-containing aluminum phosphate mesostructured material having macropores. To be

【0020】有機基含有リン酸アルミニウム系メソ構造
体材料を調製するための前駆溶液は、塩基性でモル比で
Al:Pが1:1となるように調製するが、好適には、
塩基源として水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化
テトラエチルアンモニウム又は水酸化テトラプロピルア
ンモニウムを添加して、pHを9以上とすることが好ま
しい。室温で合成することで前駆溶液の組成範囲は大き
く広がる。最適な前駆溶液の組成であれば、合成温度を
高くしても同様の生成物が得られるが、100℃以下で
あることが好ましい。
The precursor solution for preparing the organic group-containing aluminum phosphate-based mesostructured material is basic and is prepared so that the molar ratio of Al: P is 1: 1.
It is preferable to adjust the pH to 9 or more by adding tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide or tetrapropylammonium hydroxide as a base source. By synthesizing at room temperature, the composition range of the precursor solution is greatly expanded. If the composition of the precursor solution is optimum, a similar product can be obtained even if the synthesis temperature is raised, but it is preferably 100 ° C or lower.

【0021】有機官能基で連結したシラン化合物の導入
量は、前駆溶液中での組成としてSi/(Al+P)の
モル比が0.50より大きければ、数百nmから数μm
のマクロ孔を有する2次元ヘキサゴナル構造の有機基含
有リン酸アルミニウム系メソ構造体が生成するが、不純
物相(ラメラ構造)を生成させないためにはSi/(A
l+P)のモル比が0.75より大きいことが好まし
い。導入量を0.50とするとラメラ構造が主成分とな
り、更に導入量を減ずるとラメラ構造の割合は減少して
再度2次元ヘキサゴナル構造の材料が得られるが、塊状
の粒子しか生成しない。
The introduction amount of the silane compound linked by the organic functional group is from several hundred nm to several μm when the molar ratio of Si / (Al + P) in the precursor solution is larger than 0.50.
Although a two-dimensional hexagonal organic group-containing aluminum phosphate-based mesostructure having macropores is formed, in order to prevent the formation of an impurity phase (lamella structure), Si / (A
It is preferred that the molar ratio of l + P) is greater than 0.75. When the amount introduced is 0.50, the lamella structure becomes the main component, and when the amount introduced is further reduced, the proportion of the lamella structure decreases and a material having a two-dimensional hexagonal structure is obtained again, but only aggregated particles are produced.

【0022】生成物中でのSi/(Al+P)のモル比
は、前駆溶液中でSi/(Al+P)のモル比が1.0
0では0.38、前駆溶液中でSi/(Al+P)のモ
ル比が0.75では0.24であった。このことは、有
機官能基と直接結合しているSi原子がリン酸アルミニ
ウム系メソ構造体中に存在していることを示している
が、核磁気共鳴分析からもその存在が確認された。ま
た、核磁気共鳴分析は、Si原子が酸素原子を介して幾
つ結合を有するかも明らかに出来る分析手法であり、そ
の分析結果は、前駆溶液中でSi/(Al+P)のモル
比が1.00として調製した材料では、結合の数が1〜
3となっており、アルミノリン酸種と結合していない有
機官能基で連結したシラン化合物がメソ構造体中には存
在しないことを表している。即ち、有機官能基で連結し
たシラン化合物は、全てリン酸アルミニウム骨格内部に
組み込まれていると言うことになる。この時、生成物の
Al/Pのモル比はいずれの場合にも1.3程度であ
り、有機成分の含有量は50〜52重量%の範囲にな
る。
The molar ratio of Si / (Al + P) in the product is 1.0 in the precursor solution.
0 was 0.38 and the precursor solution had a Si / (Al + P) molar ratio of 0.75 and 0.24. This indicates that the Si atom directly bonded to the organic functional group exists in the aluminum phosphate-based mesostructure, but its existence was also confirmed by nuclear magnetic resonance analysis. Nuclear magnetic resonance analysis is also an analysis method that can clarify how many Si atoms have bonds through oxygen atoms. The analysis result shows that the molar ratio of Si / (Al + P) in the precursor solution is 1.00. The number of bonds in the material prepared as
3 means that the silane compound linked by the organic functional group that is not bonded to the aluminophosphoric acid species does not exist in the mesostructure. That is, all the silane compounds linked by the organic functional groups are said to be incorporated inside the aluminum phosphate skeleton. At this time, the Al / P molar ratio of the product is about 1.3 in any case, and the content of the organic component is in the range of 50 to 52% by weight.

【0023】本発明の方法では、非シリカ系酸化物メソ
構造体を合成するための界面活性剤及び無機原料が含ま
れる前駆体溶液を調製する工程で、アルキル鎖長の短い
有機官能基で連結したシラン化合物を添加することで、
数百nmから数μmのマクロ孔を有する2次元ヘキサゴ
ナル構造の有機基含有リン酸アルミニウム系メソ構造体
を得ることが可能となる。また、シラン化合物中の有機
官能基の燃焼温度が界面活性剤と比較して高いために、
有機成分の燃焼時にリン酸アルミニウム表面が疎水的に
なり、水分子による構造破壊が抑制できるという効果も
付与することが可能となる。
In the method of the present invention, in the step of preparing a precursor solution containing a surfactant and an inorganic raw material for synthesizing a non-silica oxide mesostructure, the organic functional group having a short alkyl chain length is linked. By adding the silane compound
It becomes possible to obtain an organic group-containing aluminum phosphate mesostructure having a two-dimensional hexagonal structure and having macropores of several hundreds nm to several μm. Further, since the combustion temperature of the organic functional group in the silane compound is higher than that of the surfactant,
The surface of aluminum phosphate is made hydrophobic when the organic component is burned, and it is possible to impart an effect that the structural destruction due to water molecules can be suppressed.

【0024】次に、抽出により界面活性剤の除去を行う
際には、塩酸、硝酸、リン酸、硫酸、酢酸又はフルオロ
酢酸の水溶液を用いて、界面活性剤成分のみを除去する
ことが可能であるが、好適には、前記酸性水溶液とメタ
ノール又はエタノールとの混合溶媒を用いることで、界
面活性剤分子の溶解性が増し、効率的な界面活性剤の除
去が可能となる。アルキルポリオキシエチレン及びポリ
エチレン−ポリプロピレン−ポリエチレンブロック共重
合体は、無機酸化物と水素結合により弱い相互作用をし
ているため、メタノール又はエタノールのみを用いた抽
出も可能である。この時、前記シラン化合物中の有機官
能基は、直接シリコン原子に結合しているために、酸処
理過程で除去されることはなく、得られる非シリカ系酸
化物多孔体の無機骨格内部に存在する。
Next, when removing the surfactant by extraction, it is possible to remove only the surfactant component by using an aqueous solution of hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, acetic acid or fluoroacetic acid. However, preferably, by using a mixed solvent of the acidic aqueous solution and methanol or ethanol, the solubility of the surfactant molecule is increased, and the surfactant can be efficiently removed. Since the alkyl polyoxyethylene and the polyethylene-polypropylene-polyethylene block copolymer have a weak interaction with the inorganic oxide by hydrogen bond, extraction using only methanol or ethanol is also possible. At this time, since the organic functional group in the silane compound is directly bonded to the silicon atom, it is not removed in the acid treatment process and is present inside the inorganic skeleton of the obtained non-silica-based oxide porous body. To do.

【0025】焼成により有機成分の除去を行う際の焼成
条件は、空気中で所定の温度700℃以下まで昇温する
方法でも良いが、好適には、窒素気流中で所定の温度7
00℃以下まで昇温し、その後、空気流通下で処理する
ことにより、効率的な有機成分の除去が可能となる。こ
の時、シラン化合物中の有機官能基は、界面活性剤分子
と共に燃焼除去され、非シリカ系酸化物多孔体は無機酸
化物成分のみで構成される。焼成により有機成分を完全
に除去したリン酸アルミニウム系メソ多孔質材料は、マ
クロ孔とメソ孔を同時に有する材料となる。比表面積及
び細孔容積はともに大きく、均一な孔径分布も示す。ま
た、水蒸気吸着特性にも優れ、非常に大量の水を吸着す
ることが可能である。
The firing condition for removing the organic component by firing may be a method of raising the temperature to a predetermined temperature of 700 ° C. or less in air, but preferably a predetermined temperature of 7 in a nitrogen stream.
By raising the temperature to 00 ° C. or less and then treating it under air circulation, it becomes possible to efficiently remove the organic components. At this time, the organic functional group in the silane compound is burned and removed together with the surfactant molecule, and the non-silica-based oxide porous body is composed of only the inorganic oxide component. The aluminum phosphate-based mesoporous material in which the organic component is completely removed by firing becomes a material having both macropores and mesopores. Both the specific surface area and the pore volume are large, and the pore size distribution is uniform. Further, it has excellent water vapor adsorption characteristics and can adsorb a very large amount of water.

【0026】本発明の非シリカ系酸化物多孔体は、吸湿
・吸水作用を有する機能性部材として有用であり、これ
らの特性を利用して、機能性分子又は有害物質の選択的
吸着材料、有害化学物質の分解触媒、カラム充填材料等
として用いられる。本発明の吸湿・吸水作用を有する機
能性部材は、メソ多孔質材料の有する本来的な物理化学
的な特性に基づく機能を利用した全ての用途を対象とす
る機能性部材を包含している。
The non-silica-based oxide porous material of the present invention is useful as a functional member having a hygroscopic / water-absorbing effect, and by utilizing these characteristics, a selective adsorption material for a functional molecule or a harmful substance, a harmful material It is used as a catalyst for decomposing chemical substances and as a column packing material. The functional member having a hygroscopic / water-absorbing effect of the present invention includes functional members intended for all uses utilizing the function based on the intrinsic physicochemical properties of the mesoporous material.

【0027】[0027]

【実施例】次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定され
ることはない。 実施例1 16重量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液に
界面活性剤である塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニ
ウムを4.74g加え、完全に溶解するまで撹拌した。
その塩基性界面活性剤水溶液に85%リン酸を加えると
発熱反応が起こり、これを、室温になるまで放置した。
この溶液にアルミニウムイソプロポキシドを添加し、2
4時間撹拌して均一な前駆溶液を調製した。この前駆溶
液に有機官能基で連結したシラン化合物として1,2−
ビス(トリメトキシシリル)エタンをSi/(Al+
P)のモル比が1.00又は0.75、0.50となる
ように添加して、30分間撹拌した後に、得られた溶液
を蒸留水中に分散した。この時、白色固体が生成した。
繰り返し洗浄した後に、50℃で乾燥した。
EXAMPLES Next, the present invention will be specifically explained based on examples, but the present invention is not limited to the following examples. Example 1 To a 16% by weight aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide, 4.74 g of hexadecyltrimethylammonium chloride as a surfactant was added, and the mixture was stirred until it was completely dissolved.
When 85% phosphoric acid was added to the basic surfactant aqueous solution, an exothermic reaction occurred, and this was left to stand until it reached room temperature.
Add aluminum isopropoxide to this solution,
A uniform precursor solution was prepared by stirring for 4 hours. As a silane compound linked to this precursor solution with an organic functional group, 1,2-
Bis (trimethoxysilyl) ethane was added to Si / (Al +
P) was added so that the molar ratio was 1.00 or 0.75, 0.50, and after stirring for 30 minutes, the obtained solution was dispersed in distilled water. At this time, a white solid formed.
After repeated washing, it was dried at 50 ° C.

【0028】得られた有機基含有リン酸アルミニウム系
メソ構造体材料の構造評価をするために、粉末X線回折
測定を行った。前駆溶液中のSi/(Al+P)のモル
比が1.00又は0.75の場合には、格子定数が約
4.6nm(d100 =4.0nm)である2次元ヘキサ
ゴナル構造を有する生成物が得られることが確認され、
透過型電子顕微鏡により1次元のメソ孔の存在も観察さ
れた。前駆溶液中のSi/(Al+P)のモル比が0.
50の場合には、d値3.0nmの回折ピークが大きく
観察され、その高次回折も観察されたことからラメラ構
造の生成物が得られたことを確認した。
In order to evaluate the structure of the obtained organic group-containing aluminum phosphate mesostructured material, powder X-ray diffraction measurement was performed. A product having a two-dimensional hexagonal structure having a lattice constant of about 4.6 nm (d 100 = 4.0 nm) when the molar ratio of Si / (Al + P) in the precursor solution is 1.00 or 0.75. It was confirmed that
The presence of one-dimensional mesopores was also observed by transmission electron microscopy. The molar ratio of Si / (Al + P) in the precursor solution is 0.
In the case of 50, a large diffraction peak with a d value of 3.0 nm was observed, and its high-order diffraction was also observed, which confirmed that a product having a lamella structure was obtained.

【0029】実施例2 上記実施例1に示した前駆溶液中のSi/(Al+P)
のモル比を1.00又は0.75、0.50として合成
した有機基含有リン酸アルミニウム系メソ構造体材料の
形態観察のために、走査型電子顕微鏡観察を行った。前
駆溶液中のSi/(Al+P)のモル比を1.00又は
0.75として合成した有機基含有リン酸アルミニウム
系メソ構造体材料の走査型電子顕微鏡像では、いずれの
場合にも数百nmから数μmのマクロ孔を有する粒子が
観察された。また、前駆溶液中のSi/(Al+P)の
モル比を1.0として合成した有機基含有リン酸アルミ
ニウム系メソ構造体材料の透過型電子顕微鏡像からは、
試料内部に至るまでマクロ孔が存在していることが確認
された。
Example 2 Si / (Al + P) in the precursor solution shown in Example 1 above
In order to observe the morphology of the organic group-containing aluminum phosphate-based mesostructured material synthesized with the molar ratio of 1.00 or 0.75, 0.50, scanning electron microscope observation was performed. Scanning electron microscope images of organic group-containing aluminum phosphate-based mesostructured materials synthesized with the molar ratio of Si / (Al + P) in the precursor solution being 1.00 or 0.75 show several hundred nm in each case. Particles having macropores of several μm were observed. Further, from the transmission electron microscope image of the organic group-containing aluminum phosphate-based mesostructured material synthesized by setting the molar ratio of Si / (Al + P) in the precursor solution to 1.0,
It was confirmed that macropores existed inside the sample.

【0030】一方、前駆溶液中のSi/(Al+P)の
モル比を0.5として合成した有機基含有リン酸アルミ
ニウム系メソ構造体材料の走査型電子顕微鏡像では、ラ
メラ構造を反映した板状結晶が凝集している様子が観察
された。加えて、その凝集粒子の中には不定形状の物質
が既にバインダー状に存在している様子や若干のマクロ
孔形成の様子も観察された。この粒子形態の変化はマク
ロ孔形成を明瞭に示している。前駆溶液に添加する1,
2−ビス(トリメトキシシリル)エタンの量を増加させ
ると、ラメラ構造から2次元ヘキサゴナル構造へのメソ
構造変化が起こり、それにより粒子形態も同時に変化す
るために、マクロ孔を有する2次元ヘキサゴナル構造の
有機基含有リン酸アルミニウム系メソ構造体が生成した
と考えられる。即ち、凝集粒子の空隙がマクロ孔へと変
化する際に表面エネルギーが最小となるように球状のマ
クロ孔へと転換されていったと考えられる。
On the other hand, in the scanning electron microscope image of the organic group-containing aluminum phosphate-based mesostructured material synthesized by setting the molar ratio of Si / (Al + P) in the precursor solution to 0.5, the plate-like shape reflecting the lamella structure is shown. It was observed that the crystals were aggregated. In addition, it was also observed that a substance having an indefinite shape was already present in the form of a binder in the aggregated particles, and that some macropores were formed. This change in particle morphology clearly indicates macropore formation. Add to precursor solution 1,
When the amount of 2-bis (trimethoxysilyl) ethane is increased, a mesostructure change from a lamellar structure to a two-dimensional hexagonal structure occurs, and the particle morphology also changes at the same time. Therefore, a two-dimensional hexagonal structure having macropores is formed. It is considered that the organic group-containing aluminum phosphate-based mesostructures of 1) were generated. That is, it is considered that when the voids of the aggregated particles were converted into macropores, they were converted into spherical macropores so that the surface energy was minimized.

【0031】実施例3 前駆溶液中のSi/(Al+P)のモル比を1.00と
して合成した有機基含有リン酸アルミニウム系メソ構造
体材料の構造安定性を評価するために、N2 流通下で所
定の温度(400℃又は550℃)まで昇温して1時間
保持し、その温度のままでO2 に流通ガスを変えて40
0℃では5時間又は550℃では2時間焼成処理し、完
全に有機成分を除去した。
Example 3 In order to evaluate the structural stability of an organic group-containing aluminum phosphate-based mesostructured material synthesized with the molar ratio of Si / (Al + P) in the precursor solution being 1.00, N 2 flow was conducted. in changing the predetermined temperature (400 ° C. or 550 ° C.) until the temperature was increased and held for one hour, circulation gas O 2 while the temperature 40
Baking treatment was performed at 0 ° C. for 5 hours or at 550 ° C. for 2 hours to completely remove the organic component.

【0032】前駆溶液中のSi/(Al+P)のモル比
を1.00として合成した有機基含有リン酸アルミニウ
ム系メソ構造体材料を焼成して得られた材料の粉末X線
回折測定を行った。その結果を図1に示す。細孔構造の
収縮は観察されたが、焼成温度に関わらず、d値2.9
nmの回折ピークが観察された。いずれの焼成温度で
も、比表面積は600m2 /g以上、細孔容積は0.3
5cm3 /g以上と大きな値を示した。孔径はいずれの
焼成物でも1.8nm前後であり、均一な孔径分布を示
した。例えば、550℃焼成した未修飾試料では、比表
面積は488m2 /g、細孔容積は0.27cm3 /g
となり、有機官能基で連結したシラン化合物を導入する
ことで構造安定性が向上したことが確認された。
Si / (Al + P) molar ratio in the precursor solution
Aluminium phosphate containing organic groups synthesized with 1.00
X-ray powder of a material obtained by firing a mesostructured material
Diffraction measurement was performed. The result is shown in FIG. Of pore structure
Although shrinkage was observed, the d value was 2.9 regardless of the firing temperature.
A nm diffraction peak was observed. At any firing temperature
Also, the specific surface area is 600m2/ G or more, pore volume is 0.3
5 cm3 / G or more, which is a large value. What is the pore size
Even the fired product has a uniform pore size distribution of around 1.8 nm.
did. For example, for an unmodified sample baked at 550 ° C.
Area is 488m2 / G, pore volume is 0.27 cm3 / G
And introduce a silane compound linked by an organic functional group.
Thus, it was confirmed that the structural stability was improved.

【0033】前駆溶液中のSi/(Al+P)のモル比
を1.00として合成した有機基含有リン酸アルミニウ
ム系メソ構造体材料を400℃焼成した材料の水蒸気吸
着測定の結果を図2に示す。相対圧力が非常に低い範囲
(0.0〜0.3)で水蒸気の急激な吸着が観察されて
おり、得られたメソ多孔質材料は非常に親水的な表面構
造を有していることが確認された。また、材料1g当た
り約0.32gと非常に大量の水を吸着することが可能
であり、吸湿・吸水作用を有する機能性部材として有用
であることが分かった。
FIG. 2 shows the result of the water vapor adsorption measurement of the organic group-containing aluminum phosphate mesostructure material synthesized at a Si / (Al + P) molar ratio of 1.00 in the precursor solution and calcined at 400 ° C. . Abrupt adsorption of water vapor was observed in the range of very low relative pressure (0.0 to 0.3), and the obtained mesoporous material had a very hydrophilic surface structure. confirmed. It was also found that it is possible to adsorb a very large amount of water of about 0.32 g per 1 g of the material, and it is useful as a functional member having a hygroscopic and water absorbing action.

【0034】実施例4 前記実施例1のリン酸アルミニウム系材料の代わりに、
有機基含有酸化チタン系又は酸化ジルコニウム材料の合
成を行った。界面活性剤として塩化ヘキサデシルトリメ
チルアンモニウム、有機官能基で連結したシラン化合物
として1,2−ビス(トリメトキシシリル)エタンを使
用した。チタン源にはチタンテトライソプロポキシド又
はチタンテトラブトキシド、或いはジルコニウム源には
オキシ塩化ジルコニウムを使用した結果、酸化チタン骨
格又は酸化ジルコニウム骨格中に有機官能基が存在する
メソ構造体材料が得られた。これらは、上記実施例3と
同様にして焼成処理し、有機成分を除去することにより
メソ多孔質材料とすることができる。これにより、リン
酸塩系材料ばかりでなく、酸化物系材料においても有機
基含有非シリカ系酸化物材料及び非シリカ系酸化物多孔
体が合成できることが明らかとなった。
Example 4 Instead of the aluminum phosphate-based material of Example 1,
An organic group-containing titanium oxide-based or zirconium oxide material was synthesized. Hexadecyltrimethylammonium chloride was used as a surfactant, and 1,2-bis (trimethoxysilyl) ethane was used as a silane compound linked by an organic functional group. As a result of using titanium tetraisopropoxide or titanium tetrabutoxide as the titanium source or zirconium oxychloride as the zirconium source, a mesostructured material having an organic functional group in the titanium oxide skeleton or the zirconium oxide skeleton was obtained. . These can be made into a mesoporous material by baking treatment in the same manner as in Example 3 above to remove organic components. As a result, it was clarified that not only the phosphate-based material but also the oxide-based material can synthesize the organic group-containing non-silica-based oxide material and the non-silica-based oxide porous body.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、非シリ
カ系酸化物多孔体及びその製造方法等に係るものであ
り、本発明によれば、1)燃焼温度の高い有機基を非シ
リカ系メソ構造体材料に導入することにより、その構造
安定性を向上させ、粒子形態を制御することが可能とな
る、2)上記非シリカ系メソ構造体材料の有機成分の一
部又は全部を除去することにより、高比表面積及び高細
孔容積、均一な孔径分布を有するメソ多孔質材料を得る
ことが出来る、3)本発明のメソ多孔質材料は、非常に
優れた吸湿、吸水作用を有し、吸湿・吸水作用を有する
機能性部材として有用である、4)本発明の非シリカ系
酸化物多孔体は、メソ多孔質材料の本来的な物理化学的
な特性に基づく機能を利用した全ての用途を対象とする
機能性部材として有用である、という格別の効果が奏さ
れる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above in detail, the present invention relates to a non-silica-based oxide porous body and a method for producing the same. According to the present invention, 1) an organic group having a high combustion temperature is used. By introducing it into the silica-based mesostructured material, it becomes possible to improve its structural stability and control the particle morphology. 2) Part or all of the organic components of the above non-silica-based mesostructured material By removing it, a mesoporous material having a high specific surface area, a high pore volume, and a uniform pore size distribution can be obtained. 3) The mesoporous material of the present invention has extremely excellent moisture absorption and water absorption effects. And is useful as a functional member having a function of absorbing moisture and water. 4) The non-silica-based oxide porous body of the present invention utilizes the function based on the intrinsic physicochemical properties of the mesoporous material. Available as a functional member for all applications In it, special effects that can be attained.

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

【図1】有機基含有リン酸アルミニウム系メソ構造体材
料を400℃又は550℃で焼成して得られたメソ多孔
質材料の粉末X線回折パターンを示す。
FIG. 1 shows a powder X-ray diffraction pattern of a mesoporous material obtained by firing an organic group-containing aluminum phosphate mesostructured material at 400 ° C. or 550 ° C.

【図2】有機基含有リン酸アルミニウム系メソ構造体材
料を400℃で焼成して得られたメソ多孔質材料の水蒸
気吸着等温線を示す。
FIG. 2 shows water vapor adsorption isotherms of a mesoporous material obtained by calcining an organic group-containing aluminum phosphate mesostructured material at 400 ° C.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B01J 20/08 B01J 20/08 A C 20/28 20/28 Z C01F 7/02 C01F 7/02 E Fターム(参考) 4G042 DA01 DA02 DB03 DB08 DD06 DE07 DE12 4G066 AA20A AA20B AA23A AA23B AA24A AA24B AA50A AA50B AB18A AB18B AD20B BA23 CA43 DA01 DA07 EA01 EA20 FA05 FA11 4G076 AA02 AA09 AB02 AB11 BA39 BC04 CA12 DA30 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) B01J 20/08 B01J 20/08 AC 20/28 20/28 Z C01F 7/02 C01F 7/02 EF Terms (reference) 4G042 DA01 DA02 DB03 DB08 DD06 DE07 DE12 4G066 AA20A AA20B AA23A AA23B AA24A AA24B AA50A AA50B AB18A AB18B AD20B BA23 CA43 DA01 DA07 EA01 EA20 AB05 AB11 DA39 BC02 AB04

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 界面活性剤及び無機原料が含まれる溶液
に、アルキル鎖長の短い有機官能基で連結したシラン化
合物を添加することにより非シリカ系酸化物骨格内に前
記シラン化合物中の有機官能基を含有するメソ構造体を
生成せしめた後に、有機成分の一部又は全部を除去する
ことを特徴とする非シリカ系酸化物多孔体の製造方法。
1. A non-silica oxide skeleton containing an organic functional group in a non-silica oxide skeleton by adding a silane compound linked with an organic functional group having a short alkyl chain length to a solution containing a surfactant and an inorganic raw material. A method for producing a non-silica-based porous oxide body, which comprises removing a part or all of an organic component after forming a mesostructure containing a group.
【請求項2】 前記界面活性剤が、アルキルアミン、ア
ルキルアンモニウム塩、アルキルトリメチルアンモニウ
ム塩、アルキルトリエチルアンモニウム塩、アルキルピ
リジニウム塩、アルキルポリオキシエチレン又はポリオ
キシエチレン−ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチ
レンブロック共重合体の内から選択される1種以上であ
る、請求項1に記載の非シリカ系酸化物多孔体の製造方
法。
2. The surfactant is alkylamine, alkylammonium salt, alkyltrimethylammonium salt, alkyltriethylammonium salt, alkylpyridinium salt, alkylpolyoxyethylene or polyoxyethylene-polyoxypropylene-polyoxyethylene block copolymer. The method for producing a non-silica-based oxide porous body according to claim 1, wherein the method is one or more selected from polymers.
【請求項3】 前記無機原料が、1)アルミニウム源、
チタン源、ジルコニウム源又はバナジウム源の内から選
択される1種以上、又は2)アルミニウム源、チタン
源、ジルコニウム源、又はバナジウム源の内から選択さ
れる1種及びリン源である、請求項1に記載の非シリカ
系酸化物多孔体の製造方法。
3. The inorganic raw material is 1) an aluminum source,
One or more selected from a titanium source, a zirconium source, or a vanadium source, or 2) one selected from an aluminum source, a titanium source, a zirconium source, or a vanadium source, and a phosphorus source. The method for producing a non-silica-based oxide porous body according to 1.
【請求項4】 アルキル鎖長の短い有機官能基で連結し
たシラン化合物が、有機官能基として、メチレン、エチ
レン、プロピレン又はビニレン基から選択される1種を
有している、請求項1に記載の非シリカ系酸化物多孔体
の製造方法。
4. The silane compound linked by an organic functional group having a short alkyl chain length has, as an organic functional group, one selected from methylene, ethylene, propylene and vinylene groups. 1. A method for producing a non-silica-based oxide porous body.
【請求項5】 シラン化合物中の有機官能基の燃焼温度
が界面活性剤の燃焼温度よりも高温である、請求項1に
記載の非シリカ系酸化物多孔体の製造方法。
5. The method for producing a non-silica-based oxide porous body according to claim 1, wherein the combustion temperature of the organic functional group in the silane compound is higher than the combustion temperature of the surfactant.
【請求項6】 有機成分を抽出により除去する、請求項
1に記載の非シリカ系酸化物多孔体の製造方法。
6. The method for producing a non-silica-based oxide porous body according to claim 1, wherein the organic component is removed by extraction.
【請求項7】 有機成分を焼成により除去する、請求項
1に記載の非シリカ系酸化物多孔体の製造方法。
7. The method for producing a non-silica-based oxide porous body according to claim 1, wherein the organic component is removed by firing.
【請求項8】 非シリカ系酸化物骨格内に前記シラン化
合物中の有機官能基を含有するメソ構造体から有機成分
の一部又は全部を除去することにより作製された非シリ
カ系酸化物多孔体であって、当該非シリカ系酸化物がメ
ソ孔を有することを特徴とする非シリカ系酸化物多孔
体。
8. A non-silica-based oxide porous body prepared by removing a part or all of an organic component from a mesostructure containing an organic functional group in the silane compound in a non-silica-based oxide skeleton. A non-silica-based oxide porous body, wherein the non-silica-based oxide has mesopores.
【請求項9】 前記メソ孔が、数nmから数十nmであ
る、請求項8に記載の非シリカ系酸化物多孔体。
9. The non-silica-based oxide porous body according to claim 8, wherein the mesopores are several nm to several tens nm.
【請求項10】 非シリカ系酸化物骨格内部に有機基が
存在してなる、請求項8に記載の非シリカ系酸化物多孔
体。
10. The non-silica oxide porous body according to claim 8, wherein an organic group is present inside the non-silica oxide skeleton.
【請求項11】 非シリカ系酸化物が、数百nmから数
μmの孔を有する、請求項8に記載の非シリカ系酸化物
多孔体。
11. The non-silica-based oxide porous body according to claim 8, wherein the non-silica-based oxide has pores of several hundred nm to several μm.
【請求項12】 非シリカ系酸化物が、1)酸化アルミ
ニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バナジウ
ム又はそれらの複合酸化物、又は2)リン酸アルミニウ
ム、リン酸チタン、リン酸ジルコニウム又はリン酸バナ
ジウムの内から選択された1種である、請求項8に記載
の非シリカ系酸化物多孔体。
12. The non-silica-based oxide is 1) aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, vanadium oxide or a composite oxide thereof, or 2) aluminum phosphate, titanium phosphate, zirconium phosphate or vanadium phosphate. The non-silica-based oxide porous body according to claim 8, which is one kind selected from the above.
【請求項13】 請求項8に記載の非シリカ系酸化物多
孔体からなることを特徴とする吸湿・吸水作用を有する
機能性部材。
13. A functional member having a hygroscopic / water-absorbing function, comprising the non-silica-based oxide porous body according to claim 8.
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