JP2007045692A - Method of manufacturing mesoporous silica and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、メソポーラスシリカおよびその製造方法、特に界面活性剤の会合構造をテンプレートとするメソポーラスシリカの製造方法の改良に関する。 The present invention relates to an improvement in mesoporous silica and a method for producing the same, and in particular, a method for producing mesoporous silica using an association structure of a surfactant as a template.
多孔体(ポーラス素材)は、通常、その孔径によって、2nm以下のものがマイクロポーラス、2〜50nmのものがメソポーラス、50nm以上のものがマクロポーラスに分類される。界面活性剤ミセルを鋳型に用いたテンプレート法により製造されるメソポーラスシリカは、高い比表面積、均一な細孔径を有し、その構造的特徴から様々な分野に応用されている。現在までに、各種の界面活性剤を用いたメソポーラスシリカの合成法が確立されている(下記特許文献1、及び非特許文献1〜4参照)。また、ノニオン性界面活性剤は、電解質フリーの条件で容易にミセルや液晶などの自己組織化会合体を生成するため、これをテンプレートとするメソポーラスシリカも、原理的には電解質フリーのものとすることが可能である。これによって、電子材料を始めとするイオン性不純物を嫌う用途への応用が期待される。 Porous materials (porous materials) are usually classified as microporous, those having a thickness of 2 nm or less, mesoporous, those having a thickness of 50 nm or more, and macroporous, depending on the pore diameter. Mesoporous silica produced by a template method using a surfactant micelle as a template has a high specific surface area and a uniform pore diameter, and is applied to various fields because of its structural characteristics. To date, methods for synthesizing mesoporous silica using various surfactants have been established (see Patent Document 1 and Non-Patent Documents 1 to 4 below). In addition, nonionic surfactants easily generate self-assembled aggregates such as micelles and liquid crystals under electrolyte-free conditions, so mesoporous silica using this as a template should also be electrolyte-free in principle. It is possible. This is expected to be applied to applications that dislike ionic impurities such as electronic materials.
しかしながら、従来のテンプレート法に用いられているシリケートモノマーであるアルコキシシラン(ケイ素アルコキシド)は油溶性の物質であり、中性ではアルコキシ基の加水分解が起こりにくいため、実用的には、酸性あるいは塩基性の条件下で、必要に応じて可溶化剤としての低級アルコールを添加して加水分解を促進し、縮合性官能基であるシラノール基を生成させている。例えば、水ガラス、コロイダルシリカ、煙状シリカ、沈降シリカなどの無機性シリケートモノマーは、中性では自己縮合が進んでしまうため、通常、塩基性で保存し、そのままあるいは酸性の条件下で界面活性剤との反応に用いられている。このため、従来のシリケートモノマーでは、ノニオン界面活性剤の持つ電解質フリーでの会合体生成の利点をメソポーラスシリカ生成に十分に生かすことができないという問題があった。 However, alkoxysilane (silicon alkoxide), which is a silicate monomer used in the conventional template method, is an oil-soluble substance, and since it is difficult to hydrolyze an alkoxy group at neutrality, it is practically acidic or basic. Under the above conditions, if necessary, a lower alcohol as a solubilizing agent is added to promote hydrolysis to generate a silanol group that is a condensable functional group. For example, inorganic silicate monomers such as water glass, colloidal silica, smoked silica, and precipitated silica tend to undergo self-condensation at neutrality. Used for reaction with chemicals. For this reason, the conventional silicate monomer has a problem that it cannot fully utilize the advantage of the electrolyte-free aggregate formation of the nonionic surfactant for the production of mesoporous silica.
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて行われたものであり、その目的は、界面活性剤会合体構造を鋳型として用い、電解質フリーの条件下において、メソポーラスシリカを製造する方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and its object is to provide a method for producing mesoporous silica under the condition of electrolyte-free conditions using a surfactant aggregate structure as a template. That is.
本発明者が前項課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、ノニオン界面活性剤と、特定構造の水溶性シリケートモノマーとを用い、中性の条件下で反応させることによって、電解質フリーの条件下でメソポーラスシリカを調製することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies by the inventor to solve the problems described in the preceding paragraph, a nonionic surfactant and a water-soluble silicate monomer having a specific structure are used and reacted under neutral conditions. The inventors have found that mesoporous silica can be prepared with the present invention, and have completed the present invention.
すなわち、本発明にかかるメソポーラスシリカは、下記(A)および(B)の成分から誘導されることを特徴とするものである。
(A)ノニオン界面活性剤
(B)下記一般式(1)で表される水溶性シリケートモノマー
Si−(OR1)4 (1)
(式中、R1は多価アルコール残基である。)
That is, the mesoporous silica according to the present invention is derived from the following components (A) and (B).
(A) Nonionic surfactant (B) Water-soluble silicate monomer represented by the following general formula (1) Si- (OR 1 ) 4 (1)
(In the formula, R 1 is a polyhydric alcohol residue.)
また、前記メソポーラスシリカにおいて、(B)水溶性シリケートモノマーのR1がエチレングリコール残基、プロピレングリコール残基、ブチレングリコール残基、グリセリン残基、あるいはエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、グリセリンの縮合物の残基のいずれかであることが好適である。 In the mesoporous silica, (B) R 1 of the water-soluble silicate monomer is ethylene glycol residue, propylene glycol residue, butylene glycol residue, glycerin residue, or condensation of ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, glycerin. Any of the residues of the product is preferred.
また、本発明にかかるメソポーラスシリカ複合体は、上記(A)および(B)の成分から誘導されることを特徴とするものである。また、本発明にかかるメソポーラスシリカ外殻は、上記(A)および(B)の成分から誘導されることを特徴とするものである。 The mesoporous silica composite according to the present invention is derived from the components (A) and (B). The mesoporous silica outer shell according to the present invention is derived from the above components (A) and (B).
また、本発明にかかるメソポーラスシリカ複合体の製造方法は、上記(A)および(B)の成分を、中性条件下で、水またはこれと相溶性のある有機溶媒と水との混合溶媒中で混合することを特徴とするものである。 Further, the method for producing a mesoporous silica composite according to the present invention comprises the above components (A) and (B) in water or a mixed solvent of water and an organic solvent compatible with water under neutral conditions. It is characterized by mixing.
また、前記メソポーラスシリカ複合体の作成法において、(B)水溶性シリケートモノマーのR1がエチレングリコール残基、プロピレングリコール残基、ブチレングリコール残基、グリセリン残基、あるいはエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、グリセリンの縮合物の残基のいずれかであることが好適である。 In the method for producing the mesoporous silica composite, (B) R 1 of the water-soluble silicate monomer is ethylene glycol residue, propylene glycol residue, butylene glycol residue, glycerin residue, or ethylene glycol, propylene glycol, butylene. It is preferably either a residue of a glycol or glycerin condensate.
また、本発明にかかるメソポーラスシリカ外殻の製造方法は、前記製造方法により得られるメソポーラスシリカ複合体を、酸性水溶液、水、または水と相溶性のある有機溶媒あるいはその水溶液で洗浄し、成分(A)のノニオン界面活性剤を除去することを特徴とするものである。 In the method for producing a mesoporous silica outer shell according to the present invention, the mesoporous silica composite obtained by the production method is washed with an acidic aqueous solution, water, an organic solvent compatible with water or an aqueous solution thereof, The nonionic surfactant of A) is removed.
また、本発明にかかるメソポーラスシリカの製造方法は、前記製造方法により得られるメソポーラスシリカ複合体または前記製造方法により得られるメソポーラスシリカ外殻を焼成することを特徴とするものである。 The method for producing mesoporous silica according to the present invention is characterized in that the mesoporous silica composite obtained by the production method or the mesoporous silica outer shell obtained by the production method is fired.
本発明によれば、特定構造の水溶性シリケートモノマーを用いることにより、中性条件下において、ノニオン性界面活性剤ミセルによる構造規則性の高いメソポーラスシリカを調製することができる。 According to the present invention, by using a water-soluble silicate monomer having a specific structure, it is possible to prepare mesoporous silica having high structure regularity by nonionic surfactant micelles under neutral conditions.
本発明にかかるメソポーラスシリカは、下記(A)および(B)の成分から誘導されることを特徴とするものである。
(A)ノニオン界面活性剤
(B)下記一般式(1)で表される水溶性シリケートモノマー
Si−(OR1)4 (1)
(式中、R1は多価アルコール残基である。)
The mesoporous silica according to the present invention is derived from the following components (A) and (B).
(A) Nonionic surfactant (B) Water-soluble silicate monomer represented by the following general formula (1) Si- (OR 1 ) 4 (1)
(In the formula, R 1 is a polyhydric alcohol residue.)
本発明に用いられる(A)のノニオン界面活性剤は、特に制限されるものではなく、以下に例示する各種のノニオン界面活性剤を使用することができる。代表的なものとしてはポリオキシエチレン型ノニオン界面活性剤、ポリグリセリン型ノニオン界面活性剤、糖エステル型ノニオン界面活性剤等が挙げられ、また、これらは単独または2種以上を混合して用いることができる。 The nonionic surfactant (A) used in the present invention is not particularly limited, and various nonionic surfactants exemplified below can be used. Typical examples include polyoxyethylene type nonionic surfactants, polyglycerin type nonionic surfactants, sugar ester type nonionic surfactants, etc., and these should be used alone or in combination of two or more. Can do.
より具体的には、例えば、POEアルキルエーテル、POEアルキルフェニルエーテル、POE・POPアルキルエーテル、POE脂肪酸エステル、POEソルビタン脂肪酸エステル、POEグリセリン脂肪酸エステル、POEヒマシ油又は硬化ヒマシ油誘導体、POE蜜ロウ・ラノリン誘導体、アルカノールアミド、POEプロピレングリコール脂肪酸エステル、POEアルキルアミン、POE脂肪酸アミド、糖脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ポリエーテル変性シリコーン等が挙げられる。これらは一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて用いることができる。なお、「POE」はポリオキシエチレン、「POP」はポリオキシプロピレンを意味し、以下このように記載することがある。 More specifically, for example, POE alkyl ether, POE alkyl phenyl ether, POE / POP alkyl ether, POE fatty acid ester, POE sorbitan fatty acid ester, POE glycerin fatty acid ester, POE castor oil or hydrogenated castor oil derivative, POE beeswax Examples include lanolin derivatives, alkanolamides, POE propylene glycol fatty acid esters, POE alkylamines, POE fatty acid amides, sugar fatty acid esters, polyglycerin fatty acid esters, and polyether-modified silicones. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. “POE” means polyoxyethylene, and “POP” means polyoxypropylene, which may be described as follows.
POE型ノニオン界面活性剤において、そのアルキル基は、炭素原子数6〜22の飽和又は不飽和脂肪酸のアルキル基であり、例えば、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸等の単一組成の脂肪酸が挙げられ、この他にヤシ油脂肪酸、牛脂脂肪酸、硬化牛脂脂肪酸、ヒマシ油脂肪酸、オリーブ油脂肪酸、パーム油脂肪酸等の天然より得られる混合脂肪酸あるいは合成により得られる脂肪酸(分岐脂肪酸を含む)によるアルキル基であってもよい。また、アルキル基としては水素を任意の割合でフッ素に置換したフルオロアルキル基であってもよい。POE型ノニオン界面活性剤において、そのPOEの縮合数は、1〜50の範囲、より好ましくは5から20の範囲のものが用いられる。 In the POE type nonionic surfactant, the alkyl group is an alkyl group of a saturated or unsaturated fatty acid having 6 to 22 carbon atoms. For example, a simple group such as lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, oleic acid and the like. In addition to these, fatty acids of natural composition such as coconut oil fatty acid, beef tallow fatty acid, hydrogenated beef tallow fatty acid, castor oil fatty acid, olive oil fatty acid, palm oil fatty acid, etc. May be an alkyl group. Further, the alkyl group may be a fluoroalkyl group in which hydrogen is substituted with fluorine at an arbitrary ratio. In the POE type nonionic surfactant, the POE condensation number is in the range of 1 to 50, more preferably in the range of 5 to 20.
本発明に用いられる(B)の水溶性シリケートモノマーは、上記一般式(1)に示されるものである。上記一般式(1)に示される水溶性シリケートモノマーにおいて、R1は多価アルコールの残基であり、多価アルコールにおける1つの水酸基が除かれた形として示される。なお、前記水溶性シリケートモノマーは、通常、テトラアルコキシシランと多価アルコールとの置換反応により調製することができ、R1は、使用する多価アルコールの種類によって異なるが、例えば、多価アルコールとしてエチレングリコールを用いた場合、R1は−CH2−CH2−OHとなる。 The water-soluble silicate monomer (B) used in the present invention is represented by the above general formula (1). In the water-soluble silicate monomer represented by the general formula (1), R 1 is a residue of a polyhydric alcohol, and is represented as a form in which one hydroxyl group in the polyhydric alcohol is removed. The water-soluble silicate monomer can usually be prepared by a substitution reaction between tetraalkoxysilane and a polyhydric alcohol, and R 1 varies depending on the type of polyhydric alcohol used. When ethylene glycol is used, R 1 becomes —CH 2 —CH 2 —OH.
上記一般式(1)におけるR1としては、例えば、エチレングリコール残基、ジエチレングリコール残基、トリエチレングリコール残基、テトラエチレングリコール残基、ポリエチレングリコール残基、プロピレングリコール残基、ジプロピレングリコール残基、ポリプロピレングリコール残基、ブチレングリコール残基、ヘキシレングリコール残基、グリセリン残基、ジグリセリン残基、ポリグリセリン残基、ネオペンチルグリコール残基、トリメチロールプロパン残基、ペンタエリスリトール残基、マルチトール残基等が挙げられる。これらのうち、R1がエチレングリコール残基、プロピレングリコール残基、ブチレングリコール残基、グリセリン残基のいずれかであることが好ましい。 R 1 in the general formula (1) is, for example, ethylene glycol residue, diethylene glycol residue, triethylene glycol residue, tetraethylene glycol residue, polyethylene glycol residue, propylene glycol residue, dipropylene glycol residue. , Polypropylene glycol residue, butylene glycol residue, hexylene glycol residue, glycerol residue, diglycerol residue, polyglycerol residue, neopentyl glycol residue, trimethylolpropane residue, pentaerythritol residue, maltitol Examples include residues. Among these, it is preferable that R 1 is any one of an ethylene glycol residue, a propylene glycol residue, a butylene glycol residue, and a glycerin residue.
本発明に用いられる(B)の水溶性シリケートモノマーとしては、より具体的には、Si−(O−CH2−CH2−OH)4、Si−(O−CH2−CH2−CH2−OH)4、Si−(O−CH2−CH2−CHOH−CH3)4、Si−(O−CH2−CHOH−CH2−OH)4等が挙げられる。 More specifically, examples of the water-soluble silicate monomer (B) used in the present invention include Si— (O—CH 2 —CH 2 —OH) 4 , Si— (O—CH 2 —CH 2 —CH 2). -OH) 4, Si- (O- CH 2 -CH 2 -CHOH-CH 3) 4, Si- (O-CH 2 -CHOH-CH 2 -OH) 4 , and the like.
本発明に用いられる(B)の水溶性シリケートモノマーは、例えば、テトラアルコキシシランと多価アルコールとを、固体触媒の共存下で反応させることにより調製することができる。 The water-soluble silicate monomer (B) used in the present invention can be prepared, for example, by reacting a tetraalkoxysilane and a polyhydric alcohol in the presence of a solid catalyst.
テトラアルコキシシランは、ケイ素原子に4つのアルコキシ基が結合したものであればよく、特に限定されるものではない。水溶性シリケートモノマーの製造に用いるテトラアルコキシシランとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等が挙げられる。これらのうち、入手のし易さ、及び反応副生成物の安全性の点から、テトラエトキシシランを用いるのが最も好ましい。 The tetraalkoxysilane is not particularly limited as long as four alkoxy groups are bonded to a silicon atom. Examples of the tetraalkoxysilane used for the production of the water-soluble silicate monomer include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetrabutoxysilane. Of these, tetraethoxysilane is most preferable from the viewpoint of availability and safety of reaction by-products.
なお、テトラアルコキシシランの代替化合物として、モノ、ジ、トリハロゲン化アルコキシシラン、例えばモノクロロトリエトキシシラン、ジクロロジメトキシシラン、モノブロモトリエトキシシラン等、あるいはテトラハロゲン化シラン、例えばテトラクロロシラン等を用いる事も考えられるが、これらの化合物は、多価アルコールとの反応において、塩化水素、臭化水素などの強酸を生成するため、反応装置の腐食が生じたり、さらには反応後の分離除去が困難であるため、実用的であるとは言い難い。 As an alternative compound of tetraalkoxysilane, mono, di, or trihalogenated alkoxysilane such as monochlorotriethoxysilane, dichlorodimethoxysilane, monobromotriethoxysilane, or the like, or tetrahalogenated silane such as tetrachlorosilane or the like may be used. However, since these compounds produce strong acids such as hydrogen chloride and hydrogen bromide in the reaction with polyhydric alcohols, corrosion of the reactor occurs, and separation and removal after the reaction are difficult. Therefore, it is hard to say that it is practical.
多価アルコールは、分子中に2つ以上の水酸基を有する化合物であればよく、特に限定されるものではない。水溶性シリケートモノマーの製造に用いる多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキシレングリコール、グリセリン、ジグリセリン、ポリグリセリン、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、マルチトール等が挙げられる。これらのうち、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、グリセリンのいずれかを用いるのが好ましい。 The polyhydric alcohol is not particularly limited as long as it is a compound having two or more hydroxyl groups in the molecule. Examples of the polyhydric alcohol used in the production of the water-soluble silicate monomer include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, butylene glycol, hexylene glycol, and glycerin. , Diglycerin, polyglycerin, neopentyl glycol, trimethylolpropane, pentaerythritol, maltitol and the like. Among these, it is preferable to use any of ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, and glycerin.
固体触媒は、用いられる原料成分、反応溶媒、及び反応生成物に対して不溶な固体状の触媒であり、ケイ素原子上の置換基交換反応に対して活性を有する酸点及び/又は塩基点を有する固体であればよい。本発明に用いられる固体触媒としては、例えば、イオン交換樹脂、及び各種無機固体酸/塩基触媒が挙げられる。 The solid catalyst is a solid catalyst that is insoluble in the raw material components, reaction solvent, and reaction product to be used, and has an acid site and / or a base site having activity for a substituent exchange reaction on a silicon atom. What is necessary is just solid. Examples of the solid catalyst used in the present invention include an ion exchange resin and various inorganic solid acid / base catalysts.
固体触媒として用いられるイオン交換樹脂としては、例えば、酸性陽イオン交換樹脂及び塩基性陰イオン交換樹脂が挙げられる。これらのイオン交換樹脂の基体をなす樹脂としてはスチレン系、アクリル系、メタクリル系樹脂等が挙げられ、また、触媒活性を示す官能基としてはスルホン酸、アクリル酸、メタクリル酸、4級アンモニウム、3級アミン、1,2級ポリアミン等が挙げられる。また、イオン交換樹脂の基体構造としては、ゲル型、ポーラス型、バイポーラス型等から、目的に応じて選択することができる。 Examples of the ion exchange resin used as the solid catalyst include acidic cation exchange resins and basic anion exchange resins. Examples of the resin that forms the base of these ion exchange resins include styrene-based, acrylic-based, and methacrylic-based resins, and functional groups that exhibit catalytic activity include sulfonic acid, acrylic acid, methacrylic acid, quaternary ammonium, And secondary amines. The substrate structure of the ion exchange resin can be selected from a gel type, a porous type, a bipolar type, and the like according to the purpose.
酸性陽イオン交換樹脂としては、例えば、アンバーライト IRC76、FPC3500、IRC748、IRB120B Na、IR124 Na、200CT Na(以上、ロームアンドハース社製)、ダイヤイオン SK1B、PK208(以上、三菱化学社製)、Dow EX モノスフィア650C、マラソンC、HCR−S、マラソンMSC(以上、ダウ・ケミカル社製)等が挙げられる。また、塩基性陰イオン交換樹脂としては、例えば、アンバーライト IRA400J CL、IRA402BL CL、IRA410J CL、IRA411 CL、IRA458RF CL、IRA900J CL、IRA910CT CL、IRA67、IRA96SB(以上、ロームアンドハース社製)、ダイヤイオン SA10A、SAF11AL、SAF12A、PAF308L(以上、三菱化学社製)、Dow EX モノスフィア550A、マラソンA、マラソンA2、マラソンMSA(以上、ダウ・ケミカル社製)等が挙げられる。 Examples of the acidic cation exchange resin include Amberlite IRC76, FPC3500, IRC748, IRB120B Na, IR124 Na, 200CT Na (above, manufactured by Rohm and Haas), Diaion SK1B, PK208 (above, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), Dow EX monosphere 650C, Marathon C, HCR-S, Marathon MSC (above, manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.) and the like. Examples of the basic anion exchange resin include Amberlite IRA400J CL, IRA402BL CL, IRA410J CL, IRA411 CL, IRA458RF CL, IRA900J CL, IRA910CT CL, IRA67, IRA96SB (above, manufactured by Rohm and Haas), Dia Ion SA10A, SAF11AL, SAF12A, PAF308L (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), Dow EX monosphere 550A, marathon A, marathon A2, marathon MSA (manufactured by Dow Chemical Company) and the like.
固体触媒として用いられる無機固体酸/塩基触媒としては、特に限定されるものではない。無機固体酸触媒としては、Al2O3、SiO2、ZrO2、TiO2、ZnO、MgO、Cr2O3等の単元系金属酸化物、SiO2−Al2O3、SiO2−TiO2、SiO2−ZrO2、TiO2−ZrO2、ZnO−Al2O3、Cr2O3−Al2O3、SiO2−MgO、ZnO−SiO2等の複合系金属酸化物、NiSO4、FeSO4等の金属硫酸塩、FePO4等の金属リン酸塩、H2SO4/SiO2等の固定化硫酸、H2PO4/SiO2等の固定化リン酸、H3BO3/SiO2等の固定化ホウ酸、活性白土、ゼオライト、カオリン、モンモリロナイト等の天然鉱物又は層状化合物、AlPO4−ゼオライト等の合成ゼオライト、H3PW12O40・5H2O、H3PW12O40等のヘテロポリ酸等が挙げられる。また、無機固体塩基触媒としては、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O、MgO、CaO、SrO、BaO、La2O3、ZrO3、ThO3等の単元系金属酸化物、Na2CO3、K2CO3、KHCO3、KNaCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3、(NH4)2CO3、Na2WO4・2H2O、KCN等の金属塩、Na−Al2O3、K−SiO2等のアルカリ金属担持金属酸化物、Na−モルデナイト等のアルカリ金属担持ゼオライト、SiO2−MgO、SiO2−CaO、SiO2−SrO、SiO2−ZnO、SiO2−Al2O3、SiO2−ThO2、SiO2−TiO2、SiO2−ZrO2、SiO2−MoO3、SiO2−WO、Al2O3−MgO、Al2O3−ThO2、Al2O3−TiO2、Al2O3−ZrO2、ZrO2−ZnO、ZrO2−TiO2、TiO2−MgO、ZrO2−SnO2等の複合系金属酸化物等が挙げられる。 The inorganic solid acid / base catalyst used as the solid catalyst is not particularly limited. Examples of the inorganic solid acid catalyst include single metal oxides such as Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , ZnO, MgO, Cr 2 O 3 , SiO 2 —Al 2 O 3 , SiO 2 —TiO 2. , SiO 2 —ZrO 2 , TiO 2 —ZrO 2 , ZnO—Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 —Al 2 O 3, SiO 2 —MgO, ZnO—SiO 2 and other complex metal oxides, NiSO 4 , FeSO 4 or the like of metal sulfates, metal phosphates such as FePO 4, H 2 SO 4 / SiO 2 or the like immobilized sulfuric acid, H 2 PO 4 / SiO 2 or the like immobilized phosphoric acid, H 3 BO 3 / SiO 2 immobilization boric acid etc., activated clay, zeolite, kaolin, natural mineral or layered compounds such as montmorillonite, AlPO 4 - synthetic zeolites such as zeolite, H 3 PW 12 O 40 · 5H 2 , Such heteropoly acids such as H 3 PW 12 O 40 and the like. Examples of the inorganic solid base catalyst include single metal oxides such as Na 2 O, K 2 O, Rb 2 O, Cs 2 O, MgO, CaO, SrO, BaO, La 2 O 3 , ZrO 3 , and ThO 3 . , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , KHCO 3 , KNaCO 3 , CaCO 3 , SrCO 3 , BaCO 3 , (NH 4 ) 2 CO 3 , Na 2 WO 4 .2H 2 O, metal salt such as KCN, Na -Al 2 O 3, K-SiO alkali metal supported metal oxide such as 2, Na-alkali metal-loaded zeolite such as mordenite, SiO 2 -MgO, SiO 2 -CaO , SiO 2 -SrO, SiO 2 -ZnO, SiO 2 -Al 2 O 3, SiO 2 -ThO 2, SiO 2 -TiO 2, SiO 2 -ZrO 2, SiO 2 -MoO 3, SiO 2 -WO, Al 2 O 3 -MgO, Al 2 O 3 -ThO 2, Al 2 O 3 -TiO 2, Al 2 O 3 -ZrO 2, ZrO 2 -ZnO, ZrO 2 -TiO 2, TiO 2 -MgO, ZrO 2 -SnO 2 And composite metal oxides.
固体触媒は、反応終了後にろ過あるいはデカンテーション等の処理を行なうことによって、容易に生成物と分離することができる。 The solid catalyst can be easily separated from the product by a treatment such as filtration or decantation after completion of the reaction.
また、水溶性シリケートモノマーの製造において、反応の際の温度条件は特に限定されるものではないが、5〜90℃の温度条件下で行なうことが好ましい。90℃を超える温度条件下で反応を行なう場合、反応装置の耐久性等の実使用上の問題があり、さらに反応溶媒として高沸点溶媒を用いる必要があり、溶媒の完全な分離除去が困難となる。また、本発明の製造方法においては、常温条件下、すなわち5〜35℃の温度条件下で反応を行なうことがより好適である。ここで、常温条件下で反応を行なう場合には、多価アルコールとして、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコールのいずれかを用いることが好ましい。その他の多価アルコール、例えば、グリセリンを用いた場合には、常温条件下では反応生成物を生じない場合がある。 In the production of the water-soluble silicate monomer, the temperature condition during the reaction is not particularly limited, but it is preferably performed under a temperature condition of 5 to 90 ° C. When the reaction is carried out at a temperature exceeding 90 ° C., there are problems in practical use such as durability of the reaction apparatus, and it is necessary to use a high boiling point solvent as a reaction solvent, which makes it difficult to completely separate and remove the solvent. Become. Moreover, in the manufacturing method of this invention, it is more suitable to react on normal temperature conditions, ie, temperature conditions of 5-35 degreeC. Here, when the reaction is performed at room temperature, it is preferable to use any one of ethylene glycol, propylene glycol, and butylene glycol as the polyhydric alcohol. When other polyhydric alcohols such as glycerin are used, a reaction product may not be produced under normal temperature conditions.
なお、水溶性シリケートモノマーの製造においては、反応時に溶媒を用いなくてもよいが、必要に応じて各種溶媒を用いても構わない。反応に用いる溶媒としては、特に限定されるものではなく、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、酢酸エチル、酢酸メチル、アセトン、メチルエチルケトン、セロソルブ、ジエチルエーテル、ジオキサン等のエステル、エーテル、ケトン系溶媒、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の極性溶媒、さらにはクロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン系溶媒が挙げられる。ここで、原料として用いるテトラアルコキシシランの加水分解縮合反応を抑制するため、溶媒は予め脱水しておくことが好ましい。また、これらのうちで、反応時に副生成するエタノール等のアルコールと共沸混合物を形成して系外へと除去することで反応を促進することのできるアセトニトリル、トルエン等を用いることが好ましい。 In the production of the water-soluble silicate monomer, a solvent may not be used during the reaction, but various solvents may be used as necessary. The solvent used in the reaction is not particularly limited, and examples thereof include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene, esters such as ethyl acetate, methyl acetate, acetone, methyl ethyl ketone, cellosolve, diethyl ether and dioxane, ethers, and the like. , Ketone solvents, polar solvents such as acetonitrile, dimethylformamide and dimethyl sulfoxide, and halogen solvents such as chloroform and dichloromethane. Here, in order to suppress the hydrolysis and condensation reaction of the tetraalkoxysilane used as a raw material, the solvent is preferably dehydrated in advance. Among these, it is preferable to use acetonitrile, toluene, or the like that can accelerate the reaction by forming an azeotrope with an alcohol such as ethanol that is by-produced during the reaction and removing it from the system.
本発明にかかるメソポーラスシリカは、上記成分(A),(B)により誘導されるものである。以下、本発明にかかるメソポーラスシリカの製造方法について説明する。 The mesoporous silica according to the present invention is derived from the components (A) and (B). Hereinafter, the method for producing mesoporous silica according to the present invention will be described.
本発明においては、最初に、上記成分(A),(B)を用いてメソポーラスシリカ複合体の製造を行う。メソポーラスシリカ複合体の製造方法としては、通常の成分(A),(B)の溶媒中での混合法を用いることができる。この方法では、通常、成分(A)を溶媒に溶解したものに成分(B)を混合した後、一定時間所定の温度において静置ないし攪拌することによりメソポーラスシリカ複合体が製造される。 In the present invention, first, a mesoporous silica composite is produced using the components (A) and (B). As a method for producing a mesoporous silica composite, a method of mixing ordinary components (A) and (B) in a solvent can be used. In this method, a mesoporous silica composite is usually produced by mixing the component (A) in a solvent and mixing the component (B), and then standing or stirring at a predetermined temperature for a predetermined time.
メソポーラスシリカ複合体の製造に使用される溶媒としては、通常、水またはこれと相溶性のある有機溶媒と水との混合物を含む溶媒を使用することができ、成分(A)のノニオン界面活性剤の自己組織体生成を促進する観点で、好ましくは水単独、又はノニオン界面活性剤の溶解性向上のための各種アルコール類との混合溶媒であり、より好ましくは水単独、水−エタノールまたは水−メタノールの混合溶媒である。 As the solvent used for the production of the mesoporous silica composite, usually, water or a solvent containing a mixture of an organic solvent compatible with this and water can be used, and the nonionic surfactant of component (A) From the viewpoint of promoting the formation of self-organization, preferably water alone or a mixed solvent with various alcohols for improving the solubility of the nonionic surfactant, more preferably water alone, water-ethanol or water- It is a mixed solvent of methanol.
メソポーラスシリカ複合体製造の際の温度条件は特に制限されるものではないが、通常、室温から使用する溶媒の沸騰温度の範囲で行われるが、混合及び反応促進の観点から、好ましくは成分(A)のノニオン界面活性剤が会合体を安定に生成する温度範囲で製造される。使用する(A)のノニオン界面活性剤が、その水和物の融点に相当するクラフト温度、あるいはノニオン界面活性剤ミセルの可溶化限界温度である曇点を示す場合は、クラフト温度以上で曇点以下の温度が好ましい。 Although the temperature conditions for producing the mesoporous silica composite are not particularly limited, it is usually carried out in the range of room temperature to the boiling temperature of the solvent used. From the viewpoint of mixing and promoting the reaction, the component (A ) Nonionic surfactant is produced in a temperature range in which an aggregate is stably formed. When the nonionic surfactant (A) to be used exhibits a cloud temperature that is the kraft temperature corresponding to the melting point of the hydrate or the solubilization limit temperature of the nonionic surfactant micelle, the cloud point is higher than the kraft temperature. The following temperatures are preferred.
メソポーラスシリカ複合体製造の際の反応時間は、通常、1分〜168時間の範囲で行われ、シリケートモノマーの加水分解、縮重合の観点から、好ましくは5分〜48時間であり、より好ましくは30分〜10時間である。 The reaction time in the production of the mesoporous silica composite is usually in the range of 1 minute to 168 hours, and preferably 5 minutes to 48 hours, more preferably from the viewpoint of hydrolysis and condensation polymerization of the silicate monomer. 30 minutes to 10 hours.
本発明におけるメソポーラスシリカ複合体の製造は、中性条件下、具体的にはpH4〜10、特に好ましくはpH6〜8の範囲内で行われる。また、電解質を副生せずにシリケートモノマーの加水分解、縮重合を進行促進させる観点から、成分(A),(B)を水ないし水―アルコール混合溶媒中に溶解して行なわれる。なお、成分(A)と(B)の反応を加速する目的で、通常のテンプレート法によるメソポーラスシリカの製造と同様に、酸ないし塩基を添加する事は可能であるが、この場合には生成するメソポーラスシリカの使用目的に応じて、洗浄による電解質の除去を要する。 The production of the mesoporous silica composite in the present invention is carried out under neutral conditions, specifically within the range of pH 4 to 10, particularly preferably pH 6 to 8. Further, from the viewpoint of promoting the progress of hydrolysis and condensation polymerization of the silicate monomer without forming an electrolyte as a by-product, the components (A) and (B) are dissolved in water or a water-alcohol mixed solvent. In addition, for the purpose of accelerating the reaction between the components (A) and (B), it is possible to add an acid or a base as in the production of mesoporous silica by a normal template method. Depending on the intended use of the mesoporous silica, it is necessary to remove the electrolyte by washing.
本発明におけるメソポーラスシリカ複合体の製造において、成分(A)のノニオン界面活性剤は1種または2種以上を併用してもよく、3次元ミセル構造を形成する限り、特にその濃度は限定されるものではないが、溶液中の濃度は、通常0.01〜80重量%であり、好ましくは0.2〜30重量%、更に好ましくは1.0〜20.0重量%である。 In the production of the mesoporous silica composite in the present invention, the nonionic surfactant of component (A) may be used alone or in combination of two or more, and the concentration is particularly limited as long as a three-dimensional micelle structure is formed. Although it is not a thing, the density | concentration in a solution is 0.01 to 80 weight% normally, Preferably it is 0.2 to 30 weight%, More preferably, it is 1.0 to 20.0 weight%.
本発明におけるメソポーラスシリカ複合体の製造において、成分(B)の水溶性シリケートモノマーの成分(A),(B)合計に対する割合は、通常0.1〜98モル%、好ましくは1〜95モル%、さらに好ましくは10〜90モル%である。 In the production of the mesoporous silica composite in the present invention, the ratio of the component (B) to the total of the components (A) and (B) of the water-soluble silicate monomer is usually 0.1 to 98 mol%, preferably 1 to 95 mol%. More preferably, it is 10 to 90 mol%.
以上のようにして製造されるメソポーラスシリカ複合体の生成確認は、走査型ないし透過型電子顕微鏡観察、粉末X線回折などにより行うことができる。また、以上のようにして得られるメソポーラスシリカ複合体は、酸性水溶液、水、又は水と相溶性のある有機溶媒あるいはその水溶液で洗浄してメソポーラスシリカ外殻としたり、焼成してメソポーラスシリカとする他、水分および溶媒保持体として化粧品成分や塗料、建築材料その他各種複合材料に使用することが期待される。また、フィルムや薄膜に使用することが期待される。 The production confirmation of the mesoporous silica composite produced as described above can be performed by observation with a scanning or transmission electron microscope, powder X-ray diffraction, or the like. The mesoporous silica composite obtained as described above is washed with an acidic aqueous solution, water, an organic solvent compatible with water or an aqueous solution thereof to form a mesoporous silica outer shell, or calcined to obtain mesoporous silica. In addition, it is expected to be used for cosmetic ingredients, paints, building materials and other various composite materials as moisture and solvent holders. It is also expected to be used for films and thin films.
以上のようにして得られるメソポーラスシリカ複合体を、更に酸性水溶液、水、又は水と相溶性のある有機溶媒もしくはその水溶液で洗浄することにより、メソポーラスシリカ外殻を製造することができる。 By further washing the mesoporous silica composite obtained as described above with an acidic aqueous solution, water, an organic solvent compatible with water or an aqueous solution thereof, a mesoporous silica outer shell can be produced.
メソポーラスシリカ外殻の製造において使用される処理溶媒としては、特に限定されるものではなく、各種溶媒を使用することができるが、メソポーラスシリカ外殻の構造保持の観点で、好ましくは極性溶媒であり、より好ましくは水やアルコールである。 The processing solvent used in the production of the mesoporous silica outer shell is not particularly limited, and various solvents can be used. From the viewpoint of maintaining the structure of the mesoporous silica outer shell, it is preferably a polar solvent. More preferably, it is water or alcohol.
メソポーラスシリカ外殻製造の際の処理温度は、通常、室温から使用する溶媒の沸騰温度の範囲で行われるが、メソポーラスシリカ外殻の構造保持、メソポーラスシリカ外殻の収率、及び処理溶媒の沸点の観点で、好ましくは室温〜100℃であり、より好ましくは室温〜80℃である。 The processing temperature in the production of the mesoporous silica shell is usually performed in the range of room temperature to the boiling temperature of the solvent used, but the structure retention of the mesoporous silica shell, the yield of the mesoporous silica shell, and the boiling point of the processing solvent. In view of the above, it is preferably room temperature to 100 ° C, more preferably room temperature to 80 ° C.
メソポーラスシリカ外殻製造の際の処理時間は、通常1〜72時間の範囲で行われるが、メソポーラスシリカ外殻の構造保持及びメソポーラスシリカ外殻の収率の観点から、好ましくは8〜48時間であり、より好ましくは24〜48時間である。 The treatment time for producing the mesoporous silica outer shell is usually in the range of 1 to 72 hours. From the viewpoint of maintaining the structure of the mesoporous silica outer shell and the yield of the mesoporous silica outer shell, it is preferably 8 to 48 hours. Yes, more preferably 24 to 48 hours.
メソポーラスシリカ外殻製造においては酸水溶液を使用してもよい。酸としては、特に限定されるものではなく、通常に存在する各種の酸を使用することができる。例えば、塩酸、酢酸、硝酸、硫酸,シュウ酸及びリン酸であり、メソポーラスシリカ外殻の収率の観点から、好ましくは塩酸、酢酸、硝酸及び硫酸であり、より好ましくは塩酸及び酢酸である。 An acid aqueous solution may be used in the production of the mesoporous silica shell. It does not specifically limit as an acid, The various acids which exist normally can be used. For example, hydrochloric acid, acetic acid, nitric acid, sulfuric acid, oxalic acid and phosphoric acid. From the viewpoint of the yield of mesoporous silica outer shell, preferred are hydrochloric acid, acetic acid, nitric acid and sulfuric acid, and more preferred are hydrochloric acid and acetic acid.
以上のようにして製造されるメソポーラスシリカ外殻生成の確認は、粉末X線回折、窒素吸着・脱着測定、電子顕微鏡観察などにより行うことができる。また、以上のようにして得られるメソポーラスシリカ外殻は、ノニオン界面活性剤の自己組織化構造をテンプレートとして得られたメソポーラス空間との相互作用を利用して、混合物からの特定分子の吸着分離材料、あるいは特定物質を吸着した複合体としての使用が期待される。また、フィルムや薄膜に形態を変化させて使用することも期待される。 Confirmation of the mesoporous silica outer shell produced as described above can be performed by powder X-ray diffraction, nitrogen adsorption / desorption measurement, electron microscope observation, and the like. The mesoporous silica shell obtained as described above is a material for adsorbing and separating specific molecules from a mixture by utilizing the interaction with the mesoporous space obtained using the self-organized structure of the nonionic surfactant as a template. Alternatively, it is expected to be used as a complex that adsorbs a specific substance. In addition, it is also expected to change the form to a film or thin film.
そして、以上のようにして得られたメソポーラスシリカ複合体またはメソポーラスシリカ外殻を焼成することによって、本発明にかかるメソポーラスシリカを製造することができる。 The mesoporous silica according to the present invention can be produced by firing the mesoporous silica composite or mesoporous silica outer shell obtained as described above.
メソポーラスシリカ製造の際の焼成温度は、通常、300〜900℃の範囲で行われるが、メソポーラスシリカの構造保持及び界面活性剤の完全除去の観点で、好ましくは400〜650℃であり、より好ましくは500〜600℃である The calcination temperature in the production of mesoporous silica is usually in the range of 300 to 900 ° C., preferably 400 to 650 ° C., more preferably from the viewpoint of maintaining the structure of the mesoporous silica and completely removing the surfactant. Is 500-600 ° C
メソポーラスシリカ製造の際の焼成時間は、通常、2〜24時間の範囲で行われるが、界面活性剤の完全除去の観点で、好ましくは4〜12時間であり、より好ましくは6〜10時間である。 The calcination time in the production of mesoporous silica is usually performed in the range of 2 to 24 hours, but is preferably 4 to 12 hours, more preferably 6 to 10 hours, from the viewpoint of complete removal of the surfactant. is there.
以上のようにして製造されるメソポーラスシリカは、従来公知の製造法により得られるものと同様に、触媒、吸着剤等として使用することができる。触媒や吸着剤等として使用する場合には、本発明のメソポーラスシリカ複合体、メソポーラスシリカ外殻、およびメソポーラスシリカは、差支えがなければ、これらの2種または3種を組み合わせて同時に使用することもできる。 The mesoporous silica produced as described above can be used as a catalyst, an adsorbent, and the like in the same manner as obtained by a conventionally known production method. When used as a catalyst, an adsorbent or the like, the mesoporous silica composite, mesoporous silica outer shell, and mesoporous silica of the present invention may be used in combination of these two types or three types, as long as there is no problem. it can.
以下、具体的な実施例を挙げて、本発明についてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples, but the present invention is not limited to these examples.
まず最初に、本発明に用いた水溶性シリケートモノマーの製造方法について説明する。
合成例1
テトラエトキシシラン20.8g(0.1モル)と、エチレングリコール24.9g(0.4モル)とをアセトニトリル150ml中に添加し、さらに固体触媒として強酸性イオン交換樹脂(DowEX 50W−X8:ダウ・ケミカル社製)1.8gを添加した後、室温で混合攪拌した。当初、二層に分離していた反応液は約一時間後に均一に溶解した。その後、5日間攪拌を続けた後、固体触媒をろ過分離し、アセトニトリルを減圧下留去して、透明の粘性液体39gを得た。NMR分析の結果、生成物が目的とする(テトラ(2−ヒドロキシエトキシ)シラン)であることを確認した(収率:72.5%)。
First, a method for producing the water-soluble silicate monomer used in the present invention will be described.
Synthesis example 1
20.8 g (0.1 mol) of tetraethoxysilane and 24.9 g (0.4 mol) of ethylene glycol were added to 150 ml of acetonitrile, and a strongly acidic ion exchange resin (DowEX 50W-X8: Dow) was used as a solid catalyst. (Chemical Co., Ltd.) After adding 1.8 g, the mixture was stirred at room temperature. Initially, the reaction solution separated into two layers was uniformly dissolved after about one hour. Then, after stirring for 5 days, the solid catalyst was separated by filtration, and acetonitrile was distilled off under reduced pressure to obtain 39 g of a transparent viscous liquid. As a result of NMR analysis, it was confirmed that the product was the target (tetra (2-hydroxyethoxy) silane) (yield: 72.5%).
メソポーラスシリカの製造
本発明者らは、上記合成例に準じて水溶性シリケートモノマーを調製し、ノニオン界面活性剤と当該水溶性シリケートモノマーを用いて、メソポーラスシリカの調製を試みた。
実施例1
界面活性剤POE(20モル)オレイルエーテル(0.4g)をイオン交換水(3.6g)に加え、均一な溶液になるまで撹拌した後、テトラ(ヒドロキシエトキシ)シラン(1.0g)を加えてさらに1時間撹拌した。溶液は透明で均一な外観を呈した。溶液を25℃で8時間静置したところ、水溶液全体に薄い濁りが生じ、さらに16時間静置したところ、全体が白濁してゲル化した。このゲルを凍結乾燥して水分を除いた後、エタノールを加えて37℃で一夜静置し、界面活性剤を含んだエタノール溶液を除去した。残った白色粉末をエバポレータにより乾燥し、シリカ粉末を得た。
Production of mesoporous silica The present inventors prepared a water-soluble silicate monomer according to the above synthesis example, and tried to prepare mesoporous silica using a nonionic surfactant and the water-soluble silicate monomer.
Example 1
Surfactant POE (20 mol) oleyl ether (0.4 g) was added to ion-exchanged water (3.6 g) and stirred until a homogeneous solution was added, and then tetra (hydroxyethoxy) silane (1.0 g) was added. The mixture was further stirred for 1 hour. The solution had a clear and uniform appearance. When the solution was allowed to stand at 25 ° C. for 8 hours, a thin turbidity was generated in the entire aqueous solution, and when the solution was further allowed to stand for 16 hours, the whole became cloudy and gelled. The gel was freeze-dried to remove water, ethanol was added, and the mixture was allowed to stand at 37 ° C. overnight to remove the ethanol solution containing the surfactant. The remaining white powder was dried by an evaporator to obtain silica powder.
上記実施例1により得られたシリカ粉末を透過型電子顕微鏡で観察した。写真図を図1に示す。図1より、中央部に波状の模様が見られ,10〜20nmの細孔が存在することが確認された。 The silica powder obtained in Example 1 was observed with a transmission electron microscope. A photograph is shown in FIG. From FIG. 1, it was confirmed that a wavy pattern was observed in the center and pores of 10 to 20 nm were present.
比較例1
界面活性剤POE(20モル)オレイルエーテル(0.4g)をイオン交換水(3.6g)に加え、テトラエトキシシラン(1.0g)を加えて攪拌した。攪拌直後、混合物は白濁した油相と透明な水相とに分離した外観を呈した。この混合物を25℃で24時間静置したところ、油相が白濁したままゲル化した。このゲル部分を凍結乾燥して水分を除いたあと、エタノールを加えて37℃で一夜静置し、界面活性剤を含んだエタノール溶液を除去した。残った白色粉末をエバポレータにより乾燥し、シリカ粉末を得た。
Comparative Example 1
Surfactant POE (20 mol) oleyl ether (0.4 g) was added to ion-exchanged water (3.6 g), tetraethoxysilane (1.0 g) was added and stirred. Immediately after stirring, the mixture had the appearance of separating into a cloudy oil phase and a clear aqueous phase. When this mixture was allowed to stand at 25 ° C. for 24 hours, the oil phase gelled while being cloudy. This gel part was freeze-dried to remove water, ethanol was added, and the mixture was allowed to stand at 37 ° C. overnight to remove the ethanol solution containing the surfactant. The remaining white powder was dried by an evaporator to obtain silica powder.
上記比較例1により得られたシリカ粉末を電子顕微鏡観察したところ、不定形のシリカ粉末であることが確認された。 When the silica powder obtained in Comparative Example 1 was observed with an electron microscope, it was confirmed to be an amorphous silica powder.
使用するノニオン性界面活性剤の種類を各種変化させ、上記実施例1と同様の手順により、メソポーラスシリカの調製を試みた。結果を下記表1に示す(表中の数字は配合量(単位:g)を表す)。また、シリケートモノマーとして従来より汎用されているテトラエトキシシランを用いた結果を、比較例として併せて示す。 Various types of nonionic surfactants to be used were changed, and an attempt was made to prepare mesoporous silica by the same procedure as in Example 1. The results are shown in Table 1 below (the numbers in the table represent the blending amount (unit: g)). Moreover, the result using the tetraethoxysilane conventionally used widely as a silicate monomer is shown collectively as a comparative example.
シリケートモノマーとして水溶性であるテトラ(ヒドロキシエトキシ)シランを用いた場合(実施例2〜4)、各種界面活性剤水溶液と混合した際、速やかに透明均一となり、少なくとも24時間後には、シリカ生成による系全体のゲル化或いはシリカ粉末の沈降が見られた。また、得られたシリカは、電子顕微鏡観察によりメソポーラス構造を有していることが判った。
これに対して、シリケートモノマーとしてテトラエトキシシランを用いた場合には、水溶液と均一に混ざり合わないためにシリカの生成が非常に遅く、比較例2及び4についてはシリカ生成が全く起こらず、またシリカ生成の起こった比較例3の場合でも、部分的にシリカ生成が起こっただけであった。そして、このような水溶液と均一に混合できないシリケートモノマーを用いてメソポーラスシリカを得るためには、水溶液を酸性ないしは塩基性とした上に、可溶化剤として低級アルコールを加える既知の方法を採用しなくてはならない。
When water-soluble tetra (hydroxyethoxy) silane is used as the silicate monomer (Examples 2 to 4), when mixed with various surfactant aqueous solutions, it quickly becomes transparent and uniform, and after at least 24 hours, it is due to silica formation. Gelation of the entire system or sedimentation of silica powder was observed. The obtained silica was found to have a mesoporous structure by electron microscope observation.
On the other hand, when tetraethoxysilane was used as the silicate monomer, the silica formation was very slow because it was not mixed uniformly with the aqueous solution. In Comparative Examples 2 and 4, no silica formation occurred, and Even in the case of Comparative Example 3 where silica formation occurred, only silica formation occurred partially. In order to obtain mesoporous silica using a silicate monomer that cannot be uniformly mixed with an aqueous solution, a known method of adding a lower alcohol as a solubilizer after making the aqueous solution acidic or basic is not adopted. must not.
つづいて、ノニオン界面活性剤の濃度を各種変化させ、上記実施例1と同様の手順により、メソポーラスシリカの調製を試みた。結果を下記表2に示す(表中の数字は配合量(単位:g)を表す)。また、テトラエトキシシランを用いた結果を比較例として併せて示す。 Subsequently, various concentrations of the nonionic surfactant were changed, and preparation of mesoporous silica was attempted by the same procedure as in Example 1. The results are shown in the following Table 2 (numbers in the table represent blending amounts (unit: g)). Moreover, the result using tetraethoxysilane is shown collectively as a comparative example.
水溶性のシリケートモノマーを用いた実施例6〜8については、24時間以内にシリカの生成またはシリカ生成による溶液の透明ゲル化が起こった。実施例6〜8においては、界面活性剤水溶液が、それぞれ、ミセル相、キュービック相、ヘキサゴナル相をとるが、いずれの相状態においてもシリケートモノマーと相溶し、速やかにシリカの生成が起こった。これに対して、水不溶性であるシリケートモノマーを用いた比較例5〜7の場合は、シリケートモノマーと界面活性剤水溶液がほとんど溶け合わず、混合後1週間経過してもシリカ生成は観察されなかった。 In Examples 6 to 8 using a water-soluble silicate monomer, formation of silica or clear gelation of the solution due to formation of silica occurred within 24 hours. In Examples 6 to 8, the surfactant aqueous solution had a micelle phase, a cubic phase, and a hexagonal phase, respectively, but in any phase state, it was compatible with the silicate monomer, and silica was rapidly generated. On the other hand, in the case of Comparative Examples 5 to 7 using a silicate monomer that is insoluble in water, the silicate monomer and the aqueous surfactant solution hardly dissolve, and no silica formation is observed even after one week has passed after mixing. It was.
実施例9
界面活性剤POE(10モル)フィトステロールエーテル(0.8g)をイオン交換水(3.2g)に加え、均一になるまで撹拌した。顕微鏡観察等によりこの界面活性剤溶液はネマチックキラル液晶相であることを確認した。この液晶にテトラ(ヒドロキシエトキシ)シラン(1.0g)を加えて10分撹拌した。溶液は透明で均一な外観を呈した。溶液を25℃で3時間静置したところ溶液全体が白濁し、さらに17時間静置したところ溶液全体が白濁したままゲル化した。このゲルを凍結乾燥して水分を除いた後、エタノールを加えて37℃で一夜静置し、界面活性剤を含んだエタノール溶液を除去した。残った白色粉末をエバポレータにより乾燥し、シリカ粉末を得た。
Example 9
Surfactant POE (10 mol) phytosterol ether (0.8 g) was added to ion-exchanged water (3.2 g) and stirred until uniform. This surfactant solution was confirmed to be a nematic chiral liquid crystal phase by microscopic observation or the like. Tetra (hydroxyethoxy) silane (1.0 g) was added to the liquid crystal and stirred for 10 minutes. The solution had a clear and uniform appearance. When the solution was allowed to stand at 25 ° C. for 3 hours, the entire solution became cloudy. When the solution was further allowed to stand for 17 hours, the entire solution turned white and became gelled. The gel was freeze-dried to remove water, ethanol was added, and the mixture was allowed to stand at 37 ° C. overnight to remove the ethanol solution containing the surfactant. The remaining white powder was dried by an evaporator to obtain silica powder.
上記実施例9により得られたシリカ粉末を透過型電子顕微鏡で観察したところ、10〜20nmの規則性のある波状細孔が確認された。 When the silica powder obtained in Example 9 was observed with a transmission electron microscope, regular wavy pores of 10 to 20 nm were confirmed.
実施例10
イオン交換水(270g)と界面活性剤POE(10モル)コレステロールエーテル(15g)を混合し、均一になるまで攪拌した。この溶液にテトラ(ヒドロキシエトキシ)シラン(15g)を加えて60℃で24時間静置したところ、溶液からシリカが生成して沈降した。ろ別して得られたシリカを90℃で24時間静置して乾燥させた後、エタノールを加えて常温で一夜攪拌した。界面活性剤を含んだエタノール溶液を除去した後、80℃で5時間静置し、エタノールを除去してシリカ粉末(3.0g)を得た。
Example 10
Ion exchanged water (270 g) and surfactant POE (10 mol) cholesterol ether (15 g) were mixed and stirred until uniform. When tetra (hydroxyethoxy) silane (15 g) was added to this solution and allowed to stand at 60 ° C. for 24 hours, silica was produced from the solution and precipitated. The silica obtained by filtration was allowed to stand at 90 ° C. for 24 hours and dried, and then ethanol was added and stirred overnight at room temperature. After removing the ethanol solution containing the surfactant, the mixture was allowed to stand at 80 ° C. for 5 hours, and the ethanol was removed to obtain silica powder (3.0 g).
上記実施例10により得られたシリカ粉末を透過型電子顕微鏡で観察した。写真図を図2に示す。図2に示すように、実施例10により規則性のある線状かつ板状のシートが得られた。 The silica powder obtained in Example 10 was observed with a transmission electron microscope. A photograph is shown in FIG. As shown in FIG. 2, a regular linear and plate-like sheet was obtained in Example 10.
Claims (8)
(A)ノニオン界面活性剤
(B)下記一般式(1)で表される水溶性シリケートモノマー
Si−(OR1)4 (1)
(式中、R1は多価アルコール残基である。) Mesoporous silica derived from the following components (A) and (B):
(A) Nonionic surfactant (B) Water-soluble silicate monomer represented by the following general formula (1) Si- (OR 1 ) 4 (1)
(In the formula, R 1 is a polyhydric alcohol residue.)
A method for producing mesoporous silica, comprising firing a mesoporous silica composite obtained by the production method according to claim 5 or a mesoporous silica outer shell obtained by the production method according to claim 7.
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