JP2009249242A - POROUS SILICA (MeKIT-5) INTO WHICH METAL IS ADDED AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME - Google Patents

POROUS SILICA (MeKIT-5) INTO WHICH METAL IS ADDED AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME Download PDF

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ビヌ アジャヤン
Srinivasu Pavuluri
スリニバス パブルリ
Katsuhiko Ariga
克彦 有賀
Toshiyuki Mori
利之 森
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide porous silica (MeKIT-5) in which a metal is added, and a method for producing the same and further to provide porous silica (MeKIT-5) into which highly concentrated metal is added and a method for producing the same. <P>SOLUTION: The porous silica has a porous structure comprising a prescribed space groups into which a metallic element selected from a group comprising Al, Fe, Ti, Co and Ga is added. The method of producing the porous silica comprises a step of: mixing a surfactant F127, an acid, water, a silicon source and the metallic element selected from a group comprising Al, Fe, Ti, Co and Ga; a step of: heating the raw material mixture obtained in the mixing step and silicifying it; and a step of: firing the silicide obtained by the silicifying step. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属が添加された多孔体シリカ(MeKIT−5)およびその製造方法に関し、より詳細には、高濃度かつ高配向な金属が添加された多孔体シリカ(MeKIT−5)およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a porous silica (MeKIT-5) to which a metal is added and a method for producing the same, and more specifically, to a porous silica (MeKIT-5) to which a highly concentrated and highly oriented metal is added and the production thereof. Regarding the method.

配向した多孔体シリカ材料は、触媒、吸着、分離および燃料電池の分野への応用が期待され、注目されている。近年、このような多孔体シリカ材料の1つとして高配向なケージ型多孔体シリカ(KIT−5)が開発された(例えば、非特許文献1を参照)。   Oriented porous silica materials are attracting attention because they are expected to be applied to the fields of catalyst, adsorption, separation and fuel cells. Recently, highly oriented cage-type porous silica (KIT-5) has been developed as one of such porous silica materials (see, for example, Non-Patent Document 1).

非特許文献1によれば、KIT−5は、シリカ源としてテトラエチルオルソシリケート(TEOS)を、構造指示剤として界面活性剤F127を酸性媒体中で塩または有機添加物を加えることなく合成される。このようなKIT−5は、配向性が高くケージ型であることに加えて、高い比表面積、大きな孔径および高い比孔容量を有する。また、非特許文献1によれば、45℃〜150℃の温度範囲にて水熱処理をすることにより、KIT−5の孔径およびケージ径を制御できる。   According to Non-Patent Document 1, KIT-5 is synthesized without adding a salt or an organic additive in an acidic medium with tetraethylorthosilicate (TEOS) as a silica source and surfactant F127 as a structure indicator. Such KIT-5 has a high specific surface area, a large pore diameter, and a high specific pore capacity in addition to a high orientation and a cage type. Further, according to Non-Patent Document 1, the hole diameter and cage diameter of KIT-5 can be controlled by hydrothermal treatment in a temperature range of 45 ° C to 150 ° C.

しかしながら、KIT−5は、安定性に乏しい、酸に弱い、イオン交換能が低いといった欠点を有し、用途に限界がある。したがって、安定性に優れ、耐酸性を有し、イオン交換能の高いKIT−5が得られれば望ましい。   However, KIT-5 has drawbacks such as poor stability, weakness to acids, and low ion exchange capacity, and has limited applications. Therefore, it is desirable that KIT-5 having excellent stability, acid resistance, and high ion exchange ability can be obtained.

F. Kleitzら, J. Phys. Chem. B 107(2003)14296F. Kleitz et al. Phys. Chem. B 107 (2003) 14296

以上より、本発明の目的は、金属が添加された多孔体シリカ(KIT−5)およびその製造方法を提供することである。本発明のさらなる目的は、高濃度の金属が添加された多孔体シリカ(KIT−5)およびその製造方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a porous silica (KIT-5) to which a metal is added and a method for producing the same. A further object of the present invention is to provide porous silica (KIT-5) to which a high concentration of metal is added and a method for producing the same.

(1) 金属が添加された多孔体シリカであって、前記金属は、Al、Fe、Ti、CoおよびGaからなる群から選択される金属元素であり、前記多孔体シリカの空間群は、面心立方Fm3mであることを特徴とする。
(2) 上記(1)に記載の多孔体シリカにおいて、前記多孔体シリカ中のシリコンと前記金属とのモル比(nSi/nMe)は、1×10〜7×10の範囲であることを特徴とする。
(3) 上記(1)に記載の多孔体シリカにおいて、前記メソポーラスカーボンの比表面積は、6.3×10〜1.0×10/gの範囲であり、前記メソポーラスカーボンの比孔容量は、4×10−1〜7×10−1cm/gの範囲であり、前記メソポーラスカーボンの孔径は、5〜6nmの範囲であることを特徴とする。
(4) 金属が添加された多孔体シリカを製造する方法において、界面活性剤F127と、酸と、水と、ケイ素源と、金属源とを混合する工程であって、前記金属源は、Al、Fe、Ti、CoおよびGaからなる群から選択される金属元素を含む、工程と、前記混合する工程によって得られた原料混合物を加熱して、ケイ化する工程と、前記ケイ化する工程によって得られたケイ化物を焼成する工程とからなることを特徴とする。
(5) 上記(4)に記載の方法において、前記ケイ化する工程は、3.5×10℃〜6×10℃の温度範囲で1×10時間〜2.4×10時間の間攪拌しながら加熱し、次いで、8×10℃〜1.5×10℃の温度範囲で6時間〜4.8×10時間の間水熱処理することを特徴とする。
(6) 上記(4)に記載の方法において、前記焼成する工程は、前記ケイ化物を5×10℃〜5.5×10℃の温度範囲で1×10時間〜2.4×10時間の間焼成することを特徴とする。
(7) 上記(4)に記載の方法において、前記混合する工程は、ケイ素源:金属源:F127:酸:HO=1.0:0.033〜0.071:0.0035:0.25〜0.4166:116.6〜119となるように混合することを特徴とする。
(8) 上記(4)に記載の方法において、前記金属源は、前記選択された金属の硝酸金属塩、金属塩化物、金属硫化物、および、金属イソプロポキシドからなる群から選択されることを特徴とする。
(9) 上記(4)に記載の方法において、前記酸は、塩酸、硫酸および硝酸からなる群から選択されることを特徴とする。
(10) 上記(4)に記載の方法において、前記ケイ素源は、テトラエチルオルソシリケート(TEOS)、テトラメチルオルソシリケート(TMOS)、アルミン酸ナトリウムおよびコロイダルシリカからなる群から選択されることを特徴とする、方法。
(11) 上記(4)に記載の方法において、前記混合する工程において、原料混合物のpHは1より大きくなるように混合することを特徴とする、方法。
(1) Porous silica to which a metal is added, wherein the metal is a metal element selected from the group consisting of Al, Fe, Ti, Co, and Ga, and the space group of the porous silica is a surface It is a centered cubic Fm3m.
(2) In the porous silica according to (1) above, the molar ratio (n Si / n Me ) between silicon and the metal in the porous silica is in the range of 1 × 10 1 to 7 × 10 1 . It is characterized by being.
(3) In the porous silica according to the above (1), the specific surface area of the mesoporous carbon is in the range of 6.3 × 10 2 to 1.0 × 10 3 m 2 / g, and the ratio of the mesoporous carbon The pore volume is in the range of 4 × 10 −1 to 7 × 10 −1 cm 3 / g, and the pore diameter of the mesoporous carbon is in the range of 5 to 6 nm.
(4) In the method for producing porous silica to which a metal is added, a step of mixing a surfactant F127, an acid, water, a silicon source, and a metal source, wherein the metal source is Al A process including a metal element selected from the group consisting of Fe, Ti, Co, and Ga, a process of heating and siliciding the raw material mixture obtained by the mixing process, and a process of silicidation And a step of firing the obtained silicide.
(5) In the method according to the above (4), the silicifying step is performed in a temperature range of 3.5 × 10 1 ° C. to 6 × 10 1 ° C. 1 × 10 1 hour to 2.4 × 10 1 hour. The mixture is heated with stirring for 5 hours and then hydrothermally treated in the temperature range of 8 × 10 1 ° C. to 1.5 × 10 2 ° C. for 6 hours to 4.8 × 10 1 hours.
(6) In the method according to the above (4), in the step of baking, the silicide is 1 × 10 1 hour to 2.4 × in a temperature range of 5 × 10 2 ° C. to 5.5 × 10 2 ° C. 10 It is characterized by firing for 1 hour.
(7) In the method according to (4), the mixing step includes silicon source: metal source: F127: acid: H 2 O = 1.0: 0.033 to 0.071: 0.0035: 0. .25 to 0.4166: 116.6 to 119, which is mixed.
(8) In the method according to (4), the metal source is selected from the group consisting of metal nitrates, metal chlorides, metal sulfides, and metal isopropoxides of the selected metal. It is characterized by.
(9) In the method according to (4), the acid is selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid.
(10) In the method according to (4), the silicon source is selected from the group consisting of tetraethylorthosilicate (TEOS), tetramethylorthosilicate (TMOS), sodium aluminate, and colloidal silica. how to.
(11) The method according to (4) above, wherein in the mixing step, the raw material mixture is mixed so that the pH is higher than 1.

本発明による金属が添加された多孔体シリカ(MeKIT−5)は、金属が、Al、Fe、Ti、CoおよびGaからなる群から選択される金属元素であり、空間群が、立方晶Fm3mであることを特徴とする。上記金属が、シリカフレーム構造内に導入されているので、本発明による多孔体シリカ(MeKIT−5)は、高配向した三次元ケージ型構造に加えて、安定性、耐酸性およびイオン交換能を備える。特に、多孔体シリカ中のシリコンと金属とのモル比(nSi/nMe)が1×10〜7×10の範囲である多孔体シリカは、高配向した三次元ケージ型構造に加えて、優れた安定性、耐酸性およびイオン交換能を有するので、実用に好ましい。 The porous silica (MeKIT-5) to which the metal according to the present invention is added is a metal element selected from the group consisting of Al, Fe, Ti, Co and Ga, and the space group is cubic Fm3m. It is characterized by being. Since the metal is introduced into the silica frame structure, the porous silica according to the present invention (MeKIT-5) has stability, acid resistance and ion exchange capacity in addition to the highly oriented three-dimensional cage structure. Prepare. In particular, porous silica in which the molar ratio of silicon to metal (n Si / n Me ) in the porous silica is in the range of 1 × 10 1 to 7 × 10 1 is added to the highly oriented three-dimensional cage structure. In addition, it has excellent stability, acid resistance, and ion exchange capacity, and thus is preferable for practical use.

本発明の方法は、界面活性剤F127と、酸と、水と、ケイ素源と、金属源とを混合する工程と、混合する工程によって得られた原料混合物を加熱して、ケイ化する工程と、ケイ化する工程によって得られたケイ化物を焼成する工程とからなる。上記金属源は、Al、Fe、Ti、CoおよびGaからなる群から選択される金属元素を含む。これにより、容易に多孔体シリカ(KIT−5)のフレーム構造内に金属原子を導入することができる。また、混合する工程において、酸と水とのモル比の調整、ケイ素源と金属源とのモル比の調整、原料混合物のpHの調整、および/または、金属源の選択によって、最終的に得られる金属が添加された多孔体シリカ(MeKIT−5)中の金属含有量を調整することができる。このことは、用途に応じた金属含有量を有する金属が添加された多孔体シリカ(MeKIT−5)を得ることができるため好ましい。   The method of the present invention includes a step of mixing a surfactant F127, an acid, water, a silicon source, and a metal source, a step of heating and siliciding the raw material mixture obtained by the mixing step, And the step of firing the silicide obtained by the silicidation step. The metal source includes a metal element selected from the group consisting of Al, Fe, Ti, Co, and Ga. Thereby, a metal atom can be easily introduced into the frame structure of porous silica (KIT-5). Further, in the mixing step, it is finally obtained by adjusting the molar ratio of acid and water, adjusting the molar ratio of the silicon source and the metal source, adjusting the pH of the raw material mixture, and / or selecting the metal source. The metal content in the porous silica (MeKIT-5) to which the metal to be added is added can be adjusted. This is preferable because porous silica (MeKIT-5) to which a metal having a metal content corresponding to the application is added can be obtained.

本発明者は、KIT−5にヘテロ原子を導入することにより、上記課題を克服することを見出した。本発明による金属が添加された多孔体シリカ(以降では簡単のためMeKIT−5と称する。ここでMeは添加された金属を示す。)MeKIT−5は、下記特徴を有する。なお、Meとして特定の金属元素を用いて説明する場合、例えば、金属元素としてAlを選択した場合、AlKIT−5のように具体的な金属元素をMeに替えて表示する場合もある。
空間群:面心立方Fm3m
金属Me:Al、Fe、Ti、CoおよびGaからなる群から選択される金属元素
The present inventor has found that the above problem can be overcome by introducing a heteroatom into KIT-5. Porous silica to which a metal according to the present invention is added (hereinafter referred to as MeKIT-5 for the sake of simplicity. Here, Me represents the added metal) MeKIT-5 has the following characteristics. In the case where a specific metal element is used as Me, for example, when Al is selected as the metal element, a specific metal element may be displayed instead of Me as in AlKIT-5.
Space group: Face-centered cubic Fm3m
Metal Me: a metal element selected from the group consisting of Al, Fe, Ti, Co and Ga

これらの金属Meは、いずれも、面心立方Fm3mの空間群を有する多孔体シリカ(以降では、金属Meを含有しない多孔体シリカを単にKIT−5と称する。)の高配向三次元ケージ型構造を維持しつつ、そのフレーム構造内に導入される。また、これらの金属Meが添加されたMeKIT−5は、化学的に安定であり、金属Meによりその耐酸性、イオン交換能が向上する。中でも、Alは、KIT−5への導入が容易であるため、好ましい。   Each of these metals Me is a highly oriented three-dimensional cage structure of porous silica having a space group of face-centered cubic Fm3m (hereinafter, porous silica not containing metal Me is simply referred to as KIT-5). While being introduced into the frame structure. In addition, MeKIT-5 to which these metals Me are added is chemically stable, and the acid resistance and ion exchange ability are improved by the metal Me. Among these, Al is preferable because it can be easily introduced into KIT-5.

特に、MeKIT−5において、シリコンと金属Meとのモル比(nSi/nMe)が、1×10〜7×10の範囲である場合には、高配向の三次元ケージ型構造を維持しつつ、さらに化学的安定性、耐酸性、イオン交換能に優れたMeKIT−5が得られるため、実用上有利である。 In particular, in MeKIT-5, when the molar ratio of silicon to metal Me (n Si / n Me ) is in the range of 1 × 10 1 to 7 × 10 1 , a highly oriented three-dimensional cage structure is formed. Since it is possible to obtain MeKIT-5 which is further excellent in chemical stability, acid resistance, and ion exchange capacity while maintaining it, it is practically advantageous.

また、MeKIT−5が、下記特徴をさらに有する場合には、三次元ケージ型構造の特性を生かした触媒、吸着および分離における用途に極めて有効である。
比表面積:6.3×10/g〜1.0×10/g
比孔容量:4×10−1cm/g〜7×10−1cm/g
孔径:5nm〜6nm
Further, when MeKIT-5 further has the following characteristics, it is extremely effective for a catalyst utilizing the characteristics of the three-dimensional cage structure, and for use in adsorption and separation.
The specific surface area: 6.3 × 10 2 m 2 /g~1.0×10 3 m 2 / g
Hiana Capacity: 4 × 10 -1 cm 3 / g~7 × 10 -1 cm 3 / g
Pore diameter: 5 nm to 6 nm

なお、上述のnSi/nMe比、比表面積、比孔容量および孔径は、後述するように、製造時の酸と水とのモル比の調整、ケイ素源と金属源とのモル比の調整、原料混合物のpHの調整、および/または、金属源の選択によって、制御される。 The above-mentioned n Si / n Me ratio, specific surface area, specific pore volume, and pore diameter are adjusted for the molar ratio of acid to water during production, and adjusted for the molar ratio of silicon source to metal source, as will be described later. Controlled by adjusting the pH of the raw material mixture and / or selecting the metal source.

本発明者らは、上述の結晶構造を有し、かつ、上述の特徴を有するMeKIT−5を創意工夫により見出した。   The present inventors have found MeKIT-5 having the above-described crystal structure and the above-mentioned characteristics through ingenuity.

次に、上述のMeKIT−5の製造方法を説明する。一般に、ヘテロ原子の金属源の溶解性が必要とされる高酸性媒体中では、KIT−5のシリカフレーム構造内にヘテロ原子を導入することは困難とされる。より詳細には、高酸性媒体中では、ヘテロ原子は、対応するオキソ種ではなくカチオンとして存在する。これにより、ヘテロ原子とシリカ種との間の接触が抑制されるので、KIT−5のシリカフレーム構造内にヘテロ原子は導入され得ない。本発明者らは、KIT−5にヘテロ原子を導入する方法を創意工夫により見出した。   Next, a manufacturing method of the above-described MeKIT-5 will be described. In general, it is difficult to introduce heteroatoms into the KIT-5 silica framework in highly acidic media where the solubility of the metal source of the heteroatoms is required. More particularly, in highly acidic media, heteroatoms are present as cations rather than the corresponding oxo species. This suppresses contact between the heteroatom and the silica species, so that the heteroatom cannot be introduced into the silica frame structure of KIT-5. The present inventors have found a method for introducing a heteroatom into KIT-5 by ingenuity.

図1は、本発明による金属が添加されたメソポーラスシリカ(MeKIT−5)の製造工程を示すフローチャートである。   FIG. 1 is a flowchart showing a manufacturing process of mesoporous silica (MeKIT-5) to which a metal according to the present invention is added.

ステップS110:界面活性剤F127と、酸と、水と、ケイ素源と、金属源とを混合する。界面活性剤F127は、エチレンオキサイド(EO)とプロピレンオキサイド(PO)とからなり、EO100−PO65−EO100の構造を有するブロックコポリマーであり、テンプレートとして機能し得る。 Step S110: Surfactant F127, acid, water, silicon source, and metal source are mixed. The surfactant F127 is a block copolymer composed of ethylene oxide (EO) and propylene oxide (PO) and having a structure of EO 100 -PO 65 -EO 100 , and can function as a template.

酸は、金属源を固溶させる任意の酸が適用されるが、好ましくは、塩酸、硫酸および硝酸からなる群から選択される。これらの酸は、容易に金属源を固溶できる。ケイ素源は、テトラエチルオルソシリケート(TEOS)、テトラメチルオルソシリケート(TMOS)、アルミン酸ナトリウムおよびコロイダルシリカからなる群から選択される。これらのケイ素源は容易に入手可能である。   As the acid, any acid capable of dissolving the metal source is applied, but it is preferably selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid. These acids can easily dissolve the metal source. The silicon source is selected from the group consisting of tetraethylorthosilicate (TEOS), tetramethylorthosilicate (TMOS), sodium aluminate and colloidal silica. These silicon sources are readily available.

金属源は、Al、Fe、Ti、CoおよびGaからなる群から選択される金属元素を含む。これらの金属は、上述したように、KIT−5の高配向三次元ケージ型構造を維持しつつ、そのフレーム構造内に導入されるので、MeKIT−5を化学的に安定にするとともに、その耐酸性、イオン交換能を向上させる。中でも、Alは、KIT−5への導入が容易であるため、好ましい。金属源は、上記選択された金属元素の硝酸塩金属、金属塩化物、金属硫化物、および、金属イソプロポキシドからなる群から選択される。これらの金属源は、上述の酸に容易に溶解するので、反応が促進される。   The metal source includes a metal element selected from the group consisting of Al, Fe, Ti, Co, and Ga. As described above, these metals are introduced into the frame structure while maintaining the highly oriented three-dimensional cage structure of KIT-5, so that MeKIT-5 is chemically stabilized and its acid resistance is improved. Improve ion exchange capacity. Among these, Al is preferable because it can be easily introduced into KIT-5. The metal source is selected from the group consisting of nitrate metal, metal chloride, metal sulfide, and metal isopropoxide of the selected metal element. Since these metal sources are easily dissolved in the above-mentioned acid, the reaction is accelerated.

特に、上記原料混合物のpHが、1より大きくなるように上記酸を調整することが望ましい。これにより、金属の添加量を増大させることができる。詳細には、原料混合物のpHが1以下である場合、シリカの等電位よりも小さくなるので、シリカ種(ケイ素源)は正に帯電する。また、金属源は固容量が大きいため、金属原子がオキソ種ではなく、カチオンとして存在する。その結果、金属カチオンと正に帯電したシリカ種との間で静電反発が生じるため、金属カチオンと正に帯電したシリカ種との間の相互作用が抑制され、金属の添加量が抑制される。   In particular, it is desirable to adjust the acid so that the pH of the raw material mixture is greater than 1. Thereby, the addition amount of a metal can be increased. Specifically, when the pH of the raw material mixture is 1 or less, the silica species (silicon source) is positively charged because it is lower than the equipotential of silica. In addition, since the metal source has a large solid capacity, the metal atom is present not as an oxo species but as a cation. As a result, electrostatic repulsion occurs between the metal cation and the positively charged silica species, so that the interaction between the metal cation and the positively charged silica species is suppressed, and the amount of added metal is suppressed. .

一方、原料混合物のpHが1より大きい場合、シリカの等電位よりも大きくなるので、シリカ種は負に帯電する。また、金属源は、金属原子が金属カチオンよりもオキソ種(金属オキソ種)として存在し、安定化する。その結果、金属オキソ種と負に帯電したシリカ種との間の相互作用が促進されるので、金属の添加量が増大する。   On the other hand, when the pH of the raw material mixture is larger than 1, it becomes higher than the equipotential of silica, so that the silica species is negatively charged. Further, in the metal source, the metal atom exists as an oxo species (metal oxo species) rather than the metal cation, and is stabilized. As a result, the interaction between the metal oxo species and the negatively charged silica species is promoted, increasing the amount of metal added.

特に、上記原料混合物の好ましい混合モル比は、ケイ素源:金属源:F127:酸:水(HO)=1.0:0.033〜0.071:0.0035:0.25〜0.4166:116.6〜119である。この範囲であれば、シリコンと金属Meとのモル比(nSi/nMe)が、1×10〜7×10の範囲であるMeKIT−5が得られる。このような、MeKIT−5は、高配向の三次元ケージ型構造を維持しつつ、さらに化学的安定性、耐酸性、触媒活性に優れたMeKIT−5が得られるため、実用上有利である。 In particular, the preferable mixing molar ratio of the raw material mixture is silicon source: metal source: F127: acid: water (H 2 O) = 1.0: 0.033 to 0.071: 0.0035: 0.25 to 0 .4166: 116.6-119. Within this range, the molar ratio of silicon and metal Me (n Si / n Me) is, is MeKIT-5 in the range of 1 × 10 1 ~7 × 10 1 is obtained. Such MeKIT-5 is practically advantageous because MeKIT-5, which maintains a highly oriented three-dimensional cage structure and is further excellent in chemical stability, acid resistance and catalytic activity, can be obtained.

例えば、金属源の金属としてAlを選択し、原料混合物中のAl量を固定した場合、原料混合物のpHが高くなるように調整すると、高Al含有量、高単位格子定数、高比表面積、高比孔容量および高ケージ径を有するAlKIT−5が得られる。例えば、金属源の金属としてAlを選択し、原料混合物中のAl量および原料混合物のpHを固定した場合、ホフマイスター系列の結合力の低い金属源を選択すると、高Al含有量、高単位格子定数、高比表面積、高比孔容量および高ケージ径を有するAlKIT−5が得られる。例えば、金属源の金属としてAlを選択し、原料混合物中のpHを固定した場合、原料混合物中のnSi/nAl比が15以下であれば、nSi/nAl比が10〜70を有するAlKIT−5が得られ、特に、原料混合物中のnSi/nAl比が7において、高Al含有量、高単位格子定数、高比表面積、高比孔容量および高ケージ径を有するAlKIT−5が得られる。再度、図1を参照し、製造工程を詳述する。 For example, when Al is selected as the metal of the metal source and the amount of Al in the raw material mixture is fixed, adjusting the raw material mixture to have a high pH results in a high Al content, a high unit cell constant, a high specific surface area, a high AlKIT-5 having a specific pore volume and a high cage diameter is obtained. For example, when Al is selected as the metal of the metal source, and the amount of Al in the raw material mixture and the pH of the raw material mixture are fixed, if a metal source having a low Hoffmeister series binding force is selected, a high Al content, a high unit AlKIT-5 having a lattice constant, a high specific surface area, a high specific pore volume and a high cage diameter is obtained. For example, when Al is selected as the metal of the metal source and the pH in the raw material mixture is fixed, if the n Si / n Al ratio in the raw material mixture is 15 or less, the n Si / n Al ratio is 10 to 70. AlKIT-5 having a high Al content, a high unit cell constant, a high specific surface area, a high specific pore volume and a high cage diameter, especially when the n Si / n Al ratio in the raw material mixture is 7 5 is obtained. Again, with reference to FIG. 1, a manufacturing process is explained in full detail.

ステップS120:ステップS110で得られた原料混合物を加熱し、高分子化ついでケイ化する。詳細には、加熱は、3.5×10℃〜6×10℃の温度範囲で1×10時間から2.4×10時間の間攪拌しながら加熱し、次いで、8×10℃〜1.5×10℃の温度範囲で6時間〜4.8×10時間の間水熱処理する。3.5×10℃〜6×10℃の温度範囲の加熱により、原料混合物中のシリカ源が高分子化される。次いで、8×10℃〜1.5×10℃の温度範囲の加熱により、原料混合物がケイ化される。 Step S120: The raw material mixture obtained in Step S110 is heated to polymerize and then silicide. Specifically, the heating is performed while stirring at a temperature range of 3.5 × 10 1 ° C. to 6 × 10 1 ° C. for 1 × 10 1 hour to 2.4 × 10 1 hour, and then 8 × 10 10 Hydrothermal treatment is performed in the temperature range of 1 ° C. to 1.5 × 10 2 ° C. for 6 hours to 4.8 × 10 1 hour. The silica source in the raw material mixture is polymerized by heating in the temperature range of 3.5 × 10 1 ° C. to 6 × 10 1 ° C. Subsequently, the raw material mixture is silicified by heating in a temperature range of 8 × 10 1 ° C. to 1.5 × 10 2 ° C.

ステップS130:ステップS120で得られたケイ化物を焼成し、界面活性剤F127を除去する。詳細には、焼成は、5×10℃〜5.5×10℃の温度範囲で1×10時間〜2.4×10時間の間、行われる。この条件であれば、F127が完全に除去される。 Step S130: The silicide obtained in Step S120 is baked to remove the surfactant F127. Specifically, the calcination is performed in the temperature range of 5 × 10 2 ° C. to 5.5 × 10 2 ° C. for 1 × 10 1 hour to 2.4 × 10 1 hour. Under this condition, F127 is completely removed.

以上、このようにして、金属が添加された多孔体シリカ(MeKIT−5)を得ることができる。   As described above, porous silica (MeKIT-5) to which a metal is added can be obtained.

次に、具体的な実施例を用いて本発明の方法を説明するが、本発明を実施例に限定するものではないことを理解されたい。   Next, the method of the present invention will be described using specific examples, but it should be understood that the present invention is not limited to the examples.

実施例1では、本発明による方法を採用し、原料混合物中の水と酸とのモル比(すなわち、原料混合物中のpH)を変化させることによって、得られるMeKIT−5中の金属含有量、比表面積、比孔容量、孔径および壁厚が制御できることを示す。   In Example 1, the metal content in MeKIT-5 obtained by adopting the method according to the present invention and changing the molar ratio of water to acid in the raw material mixture (ie, pH in the raw material mixture), It shows that the specific surface area, specific pore volume, pore diameter and wall thickness can be controlled.

界面活性剤F127(EO97PO69EO97, 分子量12500, 5.0g)と、酸として塩酸HCl(35wt%)と、蒸留水(240g)と、ケイ素源としてテトラエチルオルソシリケートTEOS(24g)と、金属源としてアルミニウムイソプロポキシドAiPrとを混合した(図1のステップS110)。F127はSigma Co.より、AiPrおよびTEOSはAldrichより入手した。原料混合物中のSiとAlとのモル比(nSi/nAl)を12に固定し、水(HO)とHClとのモル比(nH2O/nHCl)を、132、198、278および463と変化させた。なお、原料混合物のモル比SiO:Al:F127:HCl:HO=1.0:0.025〜0.071:0.0035:0.25〜0.88:116.6〜119であった。 Surfactant F127 (EO 97 PO 69 EO 97 , molecular weight 12500, 5.0 g), hydrochloric acid HCl (35 wt%) as an acid, distilled water (240 g), tetraethylorthosilicate TEOS (24 g) as a silicon source, Aluminum isopropoxide AiPr was mixed as a metal source (step S110 in FIG. 1). F127 is Sigma Co. AiPr and TEOS were obtained from Aldrich. The molar ratio of Si and Al in the raw material mixture to (n Si / n Al) is fixed to 12, water (H 2 O) and the molar ratio of HCl to (n H2O / n HCl), 132,198,278 And 463. Note that the molar ratio of the raw material mixture SiO 2 : Al 2 O 3 : F127: HCl: H 2 O = 1.0: 0.025 to 0.071: 0.0035: 0.25 to 0.88: 116.6 ~ 119.

各nH2O/nHCl比を有する原料混合物を、それぞれ、60℃で24時間攪拌しながら加熱し、次いで、100℃で24時間水熱処理をした(図1のステップS120)。得られた各ケイ化物をフィルタリングし、100℃で洗浄することなく乾燥させた。次いで、各ケイ化物を540℃で10時間焼成し、残留するF127を除去した(図1のステップS130)。 The raw material mixture having each n H2O / n HCl ratio was heated with stirring at 60 ° C. for 24 hours, and then hydrothermally treated at 100 ° C. for 24 hours (step S120 in FIG. 1). Each silicide obtained was filtered and dried at 100 ° C. without washing. Next, each silicide was baked at 540 ° C. for 10 hours to remove the remaining F127 (step S130 in FIG. 1).

このようにして得られた各試料を、それぞれ、試料1、試料2、試料3および試料4と呼ぶ。試料1は原料混合物中のnH2O/nHCl比が132であり、試料2は原料混合物中のnH2O/nHCl比が198であり、試料3は原料混合物中のnH2O/nHCl比が278であり、試料4は原料混合物中のnH2O/nHCl比が463である。試料1、試料2、試料3および試料4の順で原料混合物中のpHは大きくなる。 The samples thus obtained are referred to as Sample 1, Sample 2, Sample 3, and Sample 4, respectively. Sample 1 has an n H2O / n HCl ratio of 132 in the raw material mixture, Sample 2 has an n H2O / n HCl ratio of 198 in the raw material mixture, and Sample 3 has an n H2O / n HCl ratio in the raw material mixture. 278 and Sample 4 has a n H2O / n HCl ratio of 463 in the raw material mixture. The pH in the raw material mixture increases in the order of Sample 1, Sample 2, Sample 3, and Sample 4.

試料1〜4について、焼成前後(図1のステップS120およびS130)の粉末X線回折により構造解析を行った。粉末X線回折は、CuKα(λ=0.15406nm)線を用いて、Rigaku回折計で行った。測定条件は、40kVおよび40mAにて、2θ=0.7°〜10°の範囲をステップ0.01°、ステップ時間6秒であった。結果を図2および図3に示し、後述する。   Samples 1 to 4 were subjected to structural analysis by powder X-ray diffraction before and after firing (steps S120 and S130 in FIG. 1). Powder X-ray diffraction was performed with a Rigaku diffractometer using CuKα (λ = 0.15406 nm) rays. Measurement conditions were 40 kV and 40 mA, a range of 2θ = 0.7 ° to 10 ° with a step of 0.01 ° and a step time of 6 seconds. The results are shown in FIGS. 2 and 3 and will be described later.

試料1〜4について、誘導結合プラズマ(ICP)およびHRSEM−EDS(Hitachi S−4800 HR−FESEM)を用いて、元素分析および元素マッピングを行った。加速電圧は30kVであった。結果を図4〜図6および表1に示し、後述する。   Samples 1 to 4 were subjected to elemental analysis and element mapping using inductively coupled plasma (ICP) and HRSEM-EDS (Hitachi S-4800 HR-FESEM). The acceleration voltage was 30 kV. The results are shown in FIGS. 4 to 6 and Table 1, and will be described later.

試料1〜4について、窒素吸脱着等温線を−196℃にてQuantachrome Autosorb 1吸着量測定装置を用いて測定した。結果を図7に示し後述する。図7から試料1〜4およびKIT−5のBET比表面積、比孔容量および孔径を算出した。結果を表1に示す。なお、ここでは、孔径分布の最大値を孔径とし、Barett−Joyner−Halenda(BJH)法を用いて窒素吸脱着等温線の吸着分岐から算出した。   Samples 1 to 4 were measured for nitrogen adsorption / desorption isotherm at -196 ° C using a Quantachrome Autosorb 1 adsorption amount measuring device. The results are shown in FIG. From FIG. 7, the BET specific surface area, specific pore volume and pore diameter of Samples 1 to 4 and KIT-5 were calculated. The results are shown in Table 1. Here, the maximum value of the pore size distribution was taken as the pore size and calculated from the adsorption branch of the nitrogen adsorption / desorption isotherm using the Barett-Joyner-Halenda (BJH) method.

さらに、試料1〜4について、ケージ径をRavikovitchらによる式Dme=a×(6εme/πν)1/3より求めた。ここで、Dmeは単位格子定数aを有する多孔体の孔径であり、εmeは孔の体積分率であり、νは単位格子に存在する孔の数(Fm3m空間群の場合にはν=4である)である。また、得られたケージ径を用いて、試料1〜4について壁厚を式h=(Dme/3)(1−εme)/εmeより求めた。結果を表1に示し、後述する。
Further, for samples 1 to 4, the cage diameter was determined from the formula D me = a × (6ε me / πν) 1/3 according to Ravikovitch et al. Here, D me is the pore diameter of the porous body having the unit cell constant a, ε me is the volume fraction of the holes, and ν is the number of holes existing in the unit cell (ν = in the case of the Fm3m space group). 4). Moreover, the wall thickness was calculated | required from the formula h = ( Dme / 3) (1- (epsilon) me ) / (epsilon) me about the samples 1-4 using the obtained cage diameter. The results are shown in Table 1 and will be described later.

図2は、試料1〜4の焼成前のXRD回折パターンを示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing an XRD diffraction pattern of Samples 1 to 4 before firing.

図3は、試料1〜4の焼成後のXRD回折パターンを示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing XRD diffraction patterns after firing of samples 1 to 4.

図2および図3には、試料1〜4に加えて、金属(実施例1ではAl)が添加されていないKIT−5(KIT−5の合成は、Al源を添加しない以外は試料4の合成手順と同様であった)のXRD回折パターンも合わせて示す。図2および図3に示されるように、試料1〜4の焼成前後のいずれの回折パターンも、KIT−5と同じ回折パターンを示し、規則的に配向していることが示唆される。また、いずれの回折パターンも、(111)、(200)および(220)反射に相当する3つの回折ピークを示し、KIT−5と同様に試料1〜4が面心立方Fm3mの空間群を有することを確認した。このことから、焼成前後においても、配向性および結晶構造が良好に維持されることが示唆される。   2 and 3, in addition to Samples 1 to 4, KIT-5 to which no metal (Al in Example 1) was added (KIT-5 was synthesized except that no Al source was added). The XRD diffraction pattern (similar to the synthesis procedure) is also shown. As shown in FIGS. 2 and 3, the diffraction patterns before and after firing Samples 1 to 4 both show the same diffraction pattern as KIT-5, suggesting that they are regularly oriented. Each diffraction pattern also shows three diffraction peaks corresponding to (111), (200) and (220) reflections, and samples 1-4 have a space group of face-centered cubic Fm3m as in KIT-5. It was confirmed. This suggests that the orientation and crystal structure are maintained well before and after firing.

図2および図3より、焼成後において、回折強度の向上および回折ピークの高角側へのシフトが見られた。これは、焼成時にAlKIT−5の多孔体壁のAl−O−Siフレーム構造において原子の再配列が生じたためと考えられる。特に、図3において、試料4の回折パターンは、KIT−5の回折パターンよりも狭い半値幅を有していることが分かった。   From FIG. 2 and FIG. 3, the diffraction intensity was improved and the diffraction peak was shifted to the high angle side after firing. This is presumably because atomic rearrangement occurred in the Al—O—Si frame structure of the porous body wall of AlKIT-5 during firing. In particular, in FIG. 3, it was found that the diffraction pattern of sample 4 had a narrower half-value width than that of KIT-5.

図3の(111)反射による回折ピークから式a=d111√3を用いて、試料1〜4およびKIT−5の単位格子定数aをそれぞれ求めた。結果を表1に示す。なお、回折ピークから得られた面間隔d111は、面心立方Fm3m空間群に匹敵することを確認した。 Using the formula a 0 = d 111 √3 from the diffraction peak due to (111) reflection in FIG. 3, the unit cell constants a 0 of samples 1 to 4 and KIT-5 were determined. The results are shown in Table 1. It was confirmed that the interplanar spacing d 111 obtained from the diffraction peak was comparable to the face-centered cubic Fm3m space group.

図3に示されるように、原料混合物中のnH2O/nHCl比が増大する(すなわち、原料混合物のpHが大きくなる)につれて、回折ピークは低角側にシフトした。このことから、表1に示されるように、原料混合物中のnH2O/nHCl比が増大するにつれて、単位格子定数aもまた、16.39nmから16.97nmまで増大することが分かった。これにより、原料混合物中のnH2O/nHCl比を調整することにより、得られるAlKIT−5の格子定数を制御することができることが示唆される。 As shown in FIG. 3, as the n H2O 2 / n HCl ratio in the raw material mixture increased (that is, the pH of the raw material mixture increased), the diffraction peak shifted to the lower angle side. From this, as shown in Table 1, it was found that the unit cell constant a 0 also increased from 16.39 nm to 16.97 nm as the n H 2 O 2 / n HCl ratio in the raw material mixture increased. This suggests that the lattice constant of the resulting AlKIT-5 can be controlled by adjusting the n H 2 O / n HCl ratio in the raw material mixture.

図4は、Al含有量および単位格子定数の原料混合物中のnH2O/nHCl比依存性を示す図である。 FIG. 4 is a graph showing the dependence of the Al content and unit cell constant on the n H 2 O 2 / n HCl ratio in the raw material mixture.

図5は、試料1〜4のHRSEM−EDSパターンを示す図である。   FIG. 5 is a diagram illustrating the HRSEM-EDS patterns of Samples 1 to 4.

図6は、試料1〜4の元素マッピングを示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing element mapping of samples 1 to 4.

図4および表1より、原料混合物中のnH2O/nHCl比が増大する(すなわち、原料混合物のpHが大きくなる)につれて、得られた試料1〜4の格子定数は増大するとともに、得られた試料1〜4中のnSi/nAl比は低減する(すなわち、Al含有量が増大する)ことが分かった。このことは、AlKIT−5中のAlの含有量が、原料混合物のpHを変化させることによって制御できることを示唆する。より具体的には、原料混合物中のnH2O/nHCl比を132から463に増大させると、AlKIT−5中のnSi/nAl比は、435から44まで低減した。特に、原料混合物中のnH2O/nHCl比が440以上であれば、AlKIT−5中のnSi/nAl比が10〜70となり、添加された金属により耐酸性およびイオン交換能がより向上するので好ましい。 From FIG. 4 and Table 1, as the n H 2 O 2 / n HCl ratio in the raw material mixture increases (that is, the pH of the raw material mixture increases), the lattice constants of the obtained samples 1 to 4 increase and are obtained. It was also found that the n Si / n Al ratio in Samples 1 to 4 decreased (that is, the Al content increased). This suggests that the Al content in AlKIT-5 can be controlled by changing the pH of the raw material mixture. More specifically, when the n H 2 O / n HCl ratio in the raw material mixture was increased from 132 to 463, the n Si / n Al ratio in AlKIT-5 was reduced from 435 to 44. In particular, if the n H2O / n HCl ratio in the raw material mixture is 440 or more, the n Si / n Al ratio in AlKIT-5 is 10 to 70, and the added metal further improves acid resistance and ion exchange capacity. This is preferable.

図5より、試料1〜4のいずれもAl、SiおよびOのピークのみが検出された。このことは、試料1〜4には、残留するF127および酸(実施例1ではHCl)は不純物として存在しないことを示す。また、図5におけるAlのピークは、原料混合物中のnH2O/nHCl比の増加に伴って増加した。この結果は、図4のICP元素分析の結果と一致する。 From FIG. 5, only the peaks of Al, Si and O were detected in all of samples 1 to 4. This indicates that in Samples 1 to 4, residual F127 and acid (HCl in Example 1) are not present as impurities. Further, the Al peak in FIG. 5 increased with an increase in the ratio of n H 2 O / n HCl in the raw material mixture. This result agrees with the result of ICP elemental analysis in FIG.

図6により、試料1〜4のいずれにおいても、試料全体にわたって元素が均一に存在することが分かる。試料1〜4は試料全体にわたって均質なAlKIT−5であることを確認した。   As can be seen from FIG. 6, in any of the samples 1 to 4, the elements are uniformly present throughout the sample. Samples 1-4 were confirmed to be homogeneous AlKIT-5 throughout the sample.

以上図4〜図6の結果から、Al含有量は、原料混合物中のnSi/nAl比を固定にした場合には、原料混合物中のnH2O/nHCl比を調整することによって制御できることが示された。具体的には、原料混合物中のnH2O/nHCl比132(試料1)は、低Al含有量のAlKIT−5を得るに好ましい。原料混合物中のnH2O/nHCl比が132の場合、原料混合物のpHは、シリカ種の等電位である1よりもはるかに低くなり、シリカ種は正に帯電する。さらに、Al源が酸に容易に固溶し、Alはカチオンとして存在する。上述したように、シリカ種は、正に帯電しているため、Alカチオンと正に帯電したシリカ種とが静電反発するため、互いの相互作用が抑制される。その結果、Al含有量が少ないAlKIT−5が得られる。 4 to 6, the Al content can be controlled by adjusting the n H 2 O / n HCl ratio in the raw material mixture when the n Si / n Al ratio in the raw material mixture is fixed. It has been shown. Specifically, the n H 2 O / n HCl ratio 132 (sample 1) in the raw material mixture is preferable for obtaining AlKIT-5 having a low Al content. When the n H2O / n HCl ratio in the raw material mixture is 132, the pH of the raw material mixture is much lower than 1, which is the equipotential of the silica species, and the silica species is positively charged. Further, the Al source is easily dissolved in the acid, and Al exists as a cation. As described above, since the silica species are positively charged, the Al cation and the positively-charged silica species are electrostatically repelled, thereby suppressing mutual interaction. As a result, AlKIT-5 with a low Al content is obtained.

原料混合物中のnH2O/nHCl比463(試料4)は、高Al含有量のAlKIT−5を得るに好ましい。原料混合物中のnH2O/nHCl比が463の場合、原料混合物のpHは、シリカの等電位である1よりもはるかに高く、2以上であり、シリカ種は負に帯電する。Al源は、pH2以上では、カチオンとして存在するよりもAlオキソ種(Al(OH) )として存在する方が安定となる。その結果、Alオキソ種は、負に帯電したシリカ種との相互作用を促進するので、Al含有量が高いAlKIT−5が得られる。 An n H 2 O / n HCl ratio of 463 (sample 4) in the raw material mixture is preferred for obtaining AlKIT-5 with a high Al content. When the nH2O / nHCl ratio in the raw material mixture is 463, the pH of the raw material mixture is much higher than 1 which is the equipotential of silica and is 2 or more, and the silica species is negatively charged. At pH 2 or higher, the Al source is more stable when present as an Al oxo species (Al (OH) 2 + ) than when present as a cation. As a result, the Al oxo species promotes the interaction with the negatively charged silica species, so that AlKIT-5 having a high Al content can be obtained.

また、図2〜図6の結果から、原料混合物中のnH2O/nHCl比が増加するにつれて(すなわち、原料混合物中のpHが大きくなるにつれて)、Al含有量および単位格子定数が増大することは、AlKIT−5のフレーム構造において、SiがAlと置換することによって、Al−O−Si結合が形成されることに起因すると考えられる。AlとSiとの原子サイズを考慮し、AlおよびSiがともに4配位であると仮定すると、Al3+の原子半径(0.53Å)は、Si4+の原子半径(0.40Å)よりも大きい。これにより、Al−Oの距離は長くなる、すなわち、2つの最近接孔間の距離が広がることになる。また、原料混合物中のnH2O/nHCl比がより大きい場合に、Alオキソ種とシリカ種との間の相互作用が大きくなるので、Al含有量が増大するとともに、格子定数が大きくなる。 Also, from the results of FIGS. 2 to 6, the Al content and the unit cell constant increase as the n H 2 O / n HCl ratio in the raw material mixture increases (that is, as the pH in the raw material mixture increases). It is considered that this is because Al—O—Si bond is formed by substitution of Si with Al in the frame structure of AlKIT-5. Considering the atomic size of Al and Si and assuming that Al and Si are both tetracoordinate, the atomic radius of Al 3+ (0.53Å) is larger than the atomic radius of Si 4+ (0.40Å). . As a result, the distance of Al—O is increased, that is, the distance between the two closest holes is increased. In addition, when the n H 2 O / n HCl ratio in the raw material mixture is larger, the interaction between the Al oxo species and the silica species becomes larger, so that the Al content increases and the lattice constant becomes larger.

図7は、試料1〜4の窒素吸脱着等温線を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing nitrogen adsorption / desorption isotherms of Samples 1 to 4.

図7には参考のため、KIT−5の窒素吸脱着等温線も合わせて示す。いずれの試料の窒素吸脱着等温線も、鋭い毛細管現象(ステップ)およびH2型ヒステリシスループを伴うタイプIV型を示した。このことから、得られた試料はいずれも、KIT−5同様大きな均一のケージ型の孔を有することが分かった。試料1〜4の窒素吸脱着等温線に見られる鋭い毛細管現象は、原料混合物中のnH2O/nHCl比が増大するにつれて(すなわち、原料混合物中のpHが大きくなるにつれて)、高相対圧力側にシフトした。これは、いずれの試料も、窒素の凝縮がケージ型三次元のメソポア内で生じており、Alを添加した後であっても、良好なメソポア配向性および高い均一性を維持していることを示唆する。 For reference, FIG. 7 also shows the nitrogen adsorption / desorption isotherm of KIT-5. The nitrogen adsorption and desorption isotherms of any sample showed type IV with sharp capillary action (step) and H2 type hysteresis loop. From this, it was found that all of the obtained samples had large uniform cage-type holes as in KIT-5. The sharp capillary phenomenon seen in the nitrogen adsorption / desorption isotherms of Samples 1 to 4 increases as the n H 2 O / n HCl ratio in the raw material mixture increases (that is, as the pH in the raw material mixture increases). Shifted to. This indicates that in all samples, nitrogen condensation occurs in the cage-type three-dimensional mesopores and maintains good mesopore orientation and high uniformity even after addition of Al. Suggest.

表1に示されるように、原料混合物中のnH2O/nHCl比が増大するにつれて(すなわち、原料混合物中のpHが大きくなるにつれて)、比表面積および比孔容量も相対的に増大することが分かった。より具体的には、比表面積および比孔容量は、それぞれ、原料混合物中のnH2O/nHCl比132(試料1)の比表面積614m/gおよび比孔容量0.39cm/gから、原料混合物中のnH2O/nHCl比463(試料4)の比表面積713m/gおよび0.45cm/gまで増大した。 As shown in Table 1, as the n H2O 2 / n HCl ratio in the raw material mixture increases (ie, as the pH in the raw material mixture increases), the specific surface area and specific pore volume may also increase relatively. I understood. More specifically, the specific surface area and the specific pore volume are respectively determined from the specific surface area 614 m 2 / g and the specific pore volume 0.39 cm 3 / g of the n H 2 O / n HCl ratio 132 (sample 1) in the raw material mixture, The n H 2 O / n HCl ratio 463 (sample 4) in the raw material mixture increased to a specific surface area of 713 m 2 / g and 0.45 cm 3 / g.

さらに、原料混合物中のnH2O/nHCl比が増大するにつれて、AlKIT−5のケージ径とともに孔径も増大することが分かった。より具体的には、ケージ径および孔径は、それぞれ、原料混合物中のnH2O/nHCl比132(試料1)のケージ径9.6nmおよび孔径5.0nmから、原料混合物中のnH2O/nHCl比463(試料4)のケージ径10.3nmおよび孔径5.2nmまで増大した。この結果は、図3のXRD回折の結果に良好に一致した。特に、試料4の比表面積、比孔容量および孔径は、KIT−5のそれらに比べて大きく、金属の添加によって改善されることが分かった。 Furthermore, it was found that as the n H 2 O / n HCl ratio in the raw material mixture increased, the pore diameter increased with the cage diameter of AlKIT-5. More specifically, the cage diameter and the pore diameter are determined from the cage diameter 9.6 nm and the pore diameter 5.0 nm of the n H2O / n HCl ratio 132 (sample 1) in the raw material mixture, respectively, from the n H2O 2 / n in the raw material mixture. The HCl ratio of 463 (sample 4) increased to a cage diameter of 10.3 nm and a pore diameter of 5.2 nm. This result was in good agreement with the result of XRD diffraction in FIG. In particular, it was found that the specific surface area, specific pore volume and pore diameter of Sample 4 were larger than those of KIT-5, and were improved by the addition of metal.

以上より、原料混合物中のnH2O/nHCl比(すなわち、原料混合物中のpH)を変化させることにより、AlKIT−5のAl含有量および単位格子定数に加えて、AlKIT−5の比表面積、比孔容量および孔径を制御することができること示された。 From the above, in addition to the Al content and unit cell constant of AlKIT-5, the specific surface area of AlKIT-5 by changing the n H2O / n HCl ratio in the raw material mixture (that is, the pH in the raw material mixture), It has been shown that the specific pore volume and pore size can be controlled.

表1に示されるように、Alを添加後のAlKIT−5の壁厚は、原料混合物中のnH2O/nHCl比が132から463まで増加するにつれて、4.3nmから4nmまで減少した。このことは、原料混合物中に高濃度でHイオンが存在すると(例えば、原料混合物中のnH2O/nHCl比が132である場合)、シラノール基とAlオキソ種との間の相互作用が抑制され、シラノール基の凝縮率が高まり、界面活性剤ミセルの周りのシリケート層数が増大する。その結果、原料混合物中のnH2O/nHCl比が低い(すなわち、原料混合物中のpHが低い)方がAlKIT−5の壁厚が厚くなることになる。 As shown in Table 1, the wall thickness of AlKIT-5 after the addition of Al decreased from 4.3 nm to 4 nm as the n H 2 O / n HCl ratio in the raw material mixture increased from 132 to 463. This means that if there is a high concentration of H + ions in the raw material mixture (for example, if the n H 2 O / n HCl ratio in the raw material mixture is 132), the interaction between the silanol group and the Al oxo species is It is suppressed, the condensation rate of silanol groups is increased, and the number of silicate layers around the surfactant micelle is increased. As a result, the wall thickness of AlKIT-5 becomes thicker when the n H 2 O / n HCl ratio in the raw material mixture is lower (that is, the pH in the raw material mixture is lower).

以上、実施例1では、本発明による方法を採用し、金属としてAlを選択し、金属源としてアルミニウムイソプロポキシドを、酸として塩酸をそれぞれ用い、原料混合物中のSiとAlとのモル比(nSi/nAl)を12に固定した場合に、原料混合物中の水と酸とのモル比(すなわち、原料混合物中のpH)を変化させることによって、得られるMeKIT−5中の金属含有量、比表面積、比孔容量、孔径および壁厚が制御できることを示した。 As described above, in Example 1, the method according to the present invention was adopted, Al was selected as the metal, aluminum isopropoxide was used as the metal source, hydrochloric acid was used as the acid, and the molar ratio of Si and Al in the raw material mixture ( When n Si / n Al ) is fixed at 12, the metal content in MeKIT-5 obtained by changing the molar ratio of water to acid in the raw material mixture (that is, pH in the raw material mixture) It was shown that the specific surface area, specific pore volume, pore diameter and wall thickness can be controlled.

実施例2では、本発明による方法を採用し、金属源の種類を変化させることによって、得られるAlKIT−5中の金属含有量、比表面積、比孔容量、孔径および壁厚が制御できることを示す。   Example 2 shows that the metal content, specific surface area, specific pore volume, pore diameter and wall thickness in the resulting AlKIT-5 can be controlled by adopting the method according to the present invention and changing the type of metal source. .

原料混合物中のSiとAlとのモル比(nSi/nAl)を12に、水(HO)とHClとのモル比(nH2O/nHCl)を463に固定し、金属源としてアルミニウムイソプロポキシド(AiPr)、硫化アルミニウム(AS)、塩化アルミニウム(AC)、および、硝酸アルミニウム(AN)を用いた。合成手順は実施例1と同様であった。 The molar ratio of Si and Al in the raw material mixture to (n Si / n Al) to 12, water (H 2 O) and the molar ratio of HCl to (n H2O / n HCl) was fixed to 463, as the metal source Aluminum isopropoxide (AiPr), aluminum sulfide (AS), aluminum chloride (AC), and aluminum nitrate (AN) were used. The synthesis procedure was the same as in Example 1.

このようにして得られた各試料を、それぞれ、試料4、試料5、試料6および試料7と呼ぶ。試料4は、実施例1の試料4と同一であり、金属源がAiPrであり、試料5は金属源がASであり、試料6は金属源がACであり、試料7は金属源がANである。   The samples thus obtained are referred to as Sample 4, Sample 5, Sample 6, and Sample 7, respectively. Sample 4 is the same as Sample 4 of Example 1, the metal source is AiPr, Sample 5 is the metal source AS, Sample 6 is the metal source AC, and Sample 7 is the metal source AN. is there.

実施例1と同様に、焼成後の試料4〜7の粉末X線回折によるEDSによる元素分析、XRDパターン、窒素吸着等温線、および、これらから得られた各種構造パラメータを、それぞれ、図8〜図10および表2に示し、後述する。
In the same manner as in Example 1, elemental analysis by EDS by powder X-ray diffraction, XRD pattern, nitrogen adsorption isotherm, and various structural parameters obtained from these are shown in FIGS. This will be described later with reference to FIG. 10 and Table 2.

表2に示されるように、原料混合物中のnH2O/nHCl比およびnSi/nAl比を固定すると、用いた金属源の種類によって得られる試料中の金属含有量nSi/nAl比(すなわち、Al含有量)を制御できることが分かる。具体的には、得られた試料中のAl含有量は、試料4(nSi/nAl=44)>試料5(nSi/nAl=91)>試料6(nSi/nAl=115)>試料7(nSi/nAl=137)の順に減少した。もっともAl含有量の多いAlKIT−5を得る場合には、金属源としてAiPrが好ましい。もっともAl含有量の少ないAlKIT−5を得る場合には、金属源としてANが好ましい。 As shown in Table 2, when the n H 2 O / n HCl ratio and the n Si / n Al ratio in the raw material mixture are fixed, the metal content n Si / n Al ratio in the sample obtained according to the type of metal source used It can be seen that (that is, the Al content) can be controlled. Specifically, the Al content in the obtained sample is as follows: Sample 4 (n Si / n Al = 44)> Sample 5 (n Si / n Al = 91)> Sample 6 (n Si / n Al = 115) )> Sample 7 (n Si / n Al = 137). When obtaining AlKIT-5 having the highest Al content, AiPr is preferred as the metal source. In order to obtain AlKIT-5 having the lowest Al content, AN is preferable as the metal source.

このように、金属源の種類によって得られるAlKIT−5中のAl含有量が制御できるのは、シリカ種と金属源との結合力に起因すると考えられる。カチオン分子に対するアニオンのホフマイスター系列の結合力の順序は、NO >Cl>SO 2−>iPrであることが知られている。また、高い結合エネルギーを有するカウンタイオン(例えば、NO またはCl)は、正に帯電した界面活性剤とカチオンのシリカ種との間の相互作用を増加させ、かつ、シリカ凝縮率を促進させるか、または、シリカ濃縮率に触媒作用を及ぼす。その結果、原料混合物中のシリカ単量体種を減少させる。シリカ単量体種の数が少ないと、Al源との強い相互作用を得られないので、得られるAlKIT−5中のAl−O−Si結合の形成を抑制することになる。その結果、AlKIT−5中のAl含有量が少なくなる。このことから、金属含有量の高いMeKIT−5を得る場合には、ホフマイスター系列の結合力の小さな金属源を採用し、金属含有量の低いMeKIT−5を得る場合には、ホフマイスター系列の結合力の大きな金属源を採用することが望ましいことが示唆される。 Thus, it can be considered that the Al content in AlKIT-5 obtained by the type of the metal source can be controlled due to the binding force between the silica species and the metal source. It is known that the order of the binding strength of the anion Hoffmeister series to the cation molecule is NO 3 > Cl > SO 4 2− > iPr . Also, counter ions with high binding energy (eg, NO 3 or Cl ) increase the interaction between the positively charged surfactant and the cationic silica species and promote silica condensation. Or catalyze the silica concentration. As a result, the silica monomer species in the raw material mixture is reduced. When the number of silica monomer species is small, a strong interaction with the Al source cannot be obtained, so that formation of Al—O—Si bonds in the resulting AlKIT-5 is suppressed. As a result, the Al content in AlKIT-5 is reduced. From this, when obtaining MeKIT-5 having a high metal content, a metal source having a small Hofmeister series binding force is adopted, and when obtaining MeKIT-5 having a low metal content, Hofmeister is used. It is suggested that it is desirable to employ a metal source having a large cohesive strength.

また、試料6および7のAl含有量は、試料4および5のそれに比べて少ない。これは、試料6および7の金属源からそれぞれClおよびNO アニオンが解放され、原料混合物のpHが1以下まで下がり、その結果、シリカ種が正に帯電する。上述したように、正に帯電したシリカ種が形成されると、カチオンのAl種との相互作用が抑制され、シリカフレーム構造内へのAlの導入量が低くなる。 Moreover, the Al content of Samples 6 and 7 is smaller than that of Samples 4 and 5. This releases Cl and NO 3 anions from the metal sources of Samples 6 and 7, respectively, lowering the pH of the raw material mixture to 1 or less, resulting in positively charged silica species. As described above, when a positively charged silica species is formed, the interaction of the cation with the Al species is suppressed, and the amount of Al introduced into the silica frame structure is reduced.

図8は、試料4〜7のHRSEM−EDSパターンを示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing the HRSEM-EDS patterns of Samples 4-7.

試料6および7のパターンのAlのピークは、試料4および5のそれと比較して極めて弱く、上述の結果に一致した。   The Al peaks in the patterns of Samples 6 and 7 were very weak compared to those of Samples 4 and 5, and were consistent with the above results.

図9は、試料4〜7の焼成後のXRD回折パターンを示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing XRD diffraction patterns after firing Samples 4-7.

試料4、6および7のXRDパターンは、面心立方Fm3m対称の(111)、(200)および(220)反射に指数付けされる3つの明瞭な回折ピークを示した。また、金属源の種類によってピーク強度が異なることが分かった。これは、界面活性剤とシリカ種との相互作用に影響を与えるカウンタイオン(実施例2では、Cl、NO 、SO 2−、C3−)の生成に起因する。 The XRD patterns of Samples 4, 6 and 7 showed three distinct diffraction peaks indexed to the (111), (200) and (220) reflections that are symmetrical with the face centered cubic Fm3m. Moreover, it turned out that peak intensity changes with kinds of metal source. This is due to generation of counter ions (in Example 2, Cl , NO 3 , SO 4 2− , C 3 H 7 O 3− ) that affect the interaction between the surfactant and the silica species. .

詳細には、試料6および7のXRDパターンの(111)ピークの強度は、試料4および5のそれよりも強かった。これは、カウンタイオンと界面活性剤およびシリカ種との関係に起因する。上述したように、ClとNO とカチオン分子との関係は、SO 2−およびC3−のそれと比較するとはるかによい。このため、界面活性剤ミセルの電荷を中性にするSアセンブリを介して、カウンタイオンと界面活性剤およびシリカ種との関係はより強くなる。電荷の中性により、安定かつリジッドな界面活性剤ミセルが形成され、その結果、試料6および7のXRDパターンに示されるような、高い構造配向性をもたらすことになる。 Specifically, the intensity of the (111) peak in the XRD pattern of samples 6 and 7 was stronger than that of samples 4 and 5. This is due to the relationship between counter ions and surfactants and silica species. As mentioned above, the relationship between Cl , NO 3 and cation molecules is much better when compared to that of SO 4 2− and C 3 H 7 O 3− . For this reason, the relationship between the counter ion, the surfactant and the silica species becomes stronger through the S 0 H + X I + assembly that neutralizes the charge of the surfactant micelle. The neutrality of the charge results in the formation of stable and rigid surfactant micelles, resulting in high structural orientation as shown in the XRD patterns of Samples 6 and 7.

引き続き図9を参照する。試料5のXRDパターンの低角側に見られる(111)ピークは、試料4、6および7のそれに比べて高角側にシフトしている。詳細には、試料5の単位格子定数および面間隔dは減少し、そのピーク強度は、他の試料4、6および7のそれよりもはるかに小さい。さらに、試料5では、高角側のピークは見られなかった。これは、高酸性媒体では、Al(SOから硫酸イオンが形成され、原料混合物中にHSO 種が生成されるためである。HSO 種とカチオン性の界面活性剤およびシリカ種との結合力は極めて低いため、Sアセンブリの形成が抑制される。その結果、構造配向性が低くなり、単位格子定数も小さくなる。 Still referring to FIG. The (111) peak seen on the low-angle side of the XRD pattern of sample 5 is shifted to the high-angle side as compared with that of samples 4, 6 and 7. Specifically, the unit cell constant and interplanar spacing d of sample 5 are reduced, and their peak intensity is much smaller than that of the other samples 4, 6 and 7. Further, in Sample 5, no high angle side peak was observed. This is because, in a highly acidic medium, sulfate ions are formed from Al 2 (SO 4 ) 3 and HSO 4 species are generated in the raw material mixture. Since the binding force between the HSO 4 species and the cationic surfactant and silica species is extremely low, the formation of S 0 H + X I + assembly is suppressed. As a result, the structural orientation is lowered and the unit cell constant is also reduced.

以上より、得られるMeKIT−5の構造配向性は、用いる金属源の種類によって制御できることが示された。   From the above, it was shown that the structural orientation of the obtained MeKIT-5 can be controlled by the type of metal source used.

図10は、試料4〜7の窒素吸脱着等温線を示す図である。   FIG. 10 is a diagram showing nitrogen adsorption / desorption isotherms of Samples 4-7.

いずれの試料の窒素吸脱着等温線も、鋭い毛細管現象(ステップ)およびH2型ヒステリシスループを伴うタイプIV型を示した。このことから、得られた試料はいずれも、均一なケージ型の孔を有することが分かった。窒素吸脱着等温線から得られる構造パラメータ等を表2に示す。   The nitrogen adsorption and desorption isotherms of any sample showed type IV with sharp capillary action (step) and H2 type hysteresis loop. From this, it was found that all of the obtained samples had uniform cage-type holes. Table 2 shows the structural parameters obtained from the nitrogen adsorption / desorption isotherm.

表2より、いずれの試料も680m/g以上の高い比表面積を有することが分かった。試料5の孔径は、他の試料4、6および7のそれよりも小さかった。この結果は、図9を参照して説明したXRD回折の結果に良好に一致する。試料4の比孔容量および孔径は、0.45cm/gおよび5.2nmであり、試料5〜7のそれに比べて大きいことが分かった。 From Table 2, it was found that all the samples had a high specific surface area of 680 m 2 / g or more. The pore size of sample 5 was smaller than that of other samples 4, 6 and 7. This result agrees well with the result of the XRD diffraction described with reference to FIG. The specific pore capacity and pore diameter of Sample 4 were 0.45 cm 3 / g and 5.2 nm, which were found to be larger than those of Samples 5-7.

以上より、高金属含有濃度および良好な構造パラメータを備えたAlKIT−5を得る場合には、金属源としてAlイソプロポキシドが好ましいことが分かった。   From the above, it was found that Al isopropoxide is preferable as the metal source when obtaining AlKIT-5 having a high metal content concentration and good structural parameters.

実施例3では、本発明による方法を採用し、原料混合物中のSiとAlとのモル比(nSi/nAl)を変化させることによって、得られるAlKIT−5中の金属含有量、比表面積、比孔容量、孔径および壁厚が制御できることを示す。
金属源としてアルミニウムイソプロポキシド(AiPr)を用い、原料混合物中の水(HO)とHClとのモル比(nH2O/nHCl)を463に固定し、原料混合物中のSiとAlとのモル比(nSi/nAl)を7、10、12、15および20とした。合成手順は実施例1と同様であった。
In Example 3, by adopting the method according to the present invention and changing the molar ratio (n Si / n Al ) between Si and Al in the raw material mixture, the metal content and specific surface area in the resulting AlKIT-5 It shows that the specific pore volume, pore diameter and wall thickness can be controlled.
Aluminum isopropoxide (AiPr) used as metal source, the molar ratio of water (H 2 O) and HCl in the raw material mixture to (n H2O / n HCl) was fixed to 463, Si and Al in the raw material mixture The molar ratio (n Si / n Al ) was 7, 10, 12, 15 and 20. The synthesis procedure was the same as in Example 1.

このようにして得られた各試料を、それぞれ、試料8、試料9、試料4、試料10および試料11と呼ぶ。試料8、試料9、試料4、試料10および試料11中のSiとAlとのモル比(nSi/nAl)は、それぞれ、7、10、12、15および20であった。試料4は、実施例1および実施例2の試料4と同一である。 The samples thus obtained are referred to as Sample 8, Sample 9, Sample 4, Sample 10, and Sample 11, respectively. Sample 8, Sample 9, Sample 4, the molar ratio of Si and Al in the sample 10 and sample 11 (n Si / n Al), respectively, were 7,10,12,15 and 20. Sample 4 is the same as Sample 4 in Example 1 and Example 2.

実施例1と同様に、焼成後の試料8〜11のICP元素分析、EDSによる元素マッピング、XRDパターンおよび窒素吸脱着等温線を測定し、これらから各種構造パラメータを得た。焼成後の試料4、8、9および11についてHRSEMによりモルフォロジ観察(加速電圧10kV)、および、試料4について高分解能透過型電子顕微鏡HRTEM(JEOL JEM−2100F)によるトポロジ観察(加速電圧300kV)を行った。焼成後の試料4および8〜10についてBruker MSL−500分光計を用いてNMRスペクトル測定を行い、Alの配位状態を調べた。なお、NMRスペクトル測定の測定条件は、直径4mmのジルコニア製回転子を用いて、共振周波数130.319MHzおよび回転周波数12kHzにて行った。さらに、焼成後の試料4および8〜10について、耐酸性および触媒活性を温度プログラム吸着により調べた。温度プログラム吸着は、Micromeritics Autochem 2910にて行った。以上の結果を、図11〜図19および表3に示し、後述する。
Similarly to Example 1, ICP elemental analysis, element mapping by EDS, XRD pattern, and nitrogen adsorption / desorption isotherm of samples 8 to 11 after firing were measured, and various structural parameters were obtained therefrom. Samples 4, 8, 9 and 11 after firing were subjected to morphology observation by HRSEM (acceleration voltage 10 kV), and sample 4 was subjected to topology observation (acceleration voltage 300 kV) by high-resolution transmission electron microscope HRTEM (JEOL JEM-2100F). It was. About the sample 4 and 8-10 after baking, the NMR spectrum measurement was performed using the Bruker MSL-500 spectrometer, and the coordination state of Al was investigated. The NMR spectrum measurement was performed using a zirconia rotor having a diameter of 4 mm at a resonance frequency of 130.319 MHz and a rotation frequency of 12 kHz. Further, the acid resistance and catalytic activity of the calcined samples 4 and 8 to 10 were examined by temperature programmed adsorption. Temperature programmed adsorption was performed on a Micromeritics Autochem 2910. The above results are shown in FIGS. 11 to 19 and Table 3, and will be described later.

表3から、いずれも、最終的に得られた試料中のAl含有量nSi/nAl比は、原料混合物中のnSi/nAl比よりも大きくなっていることが分かる。すなわち、原料混合物中に存在するAl含有量よりも、最終的に得られた試料(AlKIT−5)中のAl含有量の方が少ない。具体的には、原料混合物中のnSi/nAl比を20から7まで減少させると、試料中の金属含有量nSi/nAl比は、193から10まで減少した。特に、試料10および11において、原料混合物中のAl含有量と最終的に得られた試料中のAl含有量との差が大きいことが分かった。このことは、原料混合物中のAl含有量が少ない(すなわち、nSi/nAl比の値が大きい)と、Alオキソ種とアニオン性シリカ種との間の相互作用が阻害されるためである。 From Table 3, both, Al content of the finally obtained sample n Si / n Al ratio, it can be seen that is larger than n Si / n Al ratio in the raw material mixture. That is, the Al content in the finally obtained sample (AlKIT-5) is smaller than the Al content present in the raw material mixture. Specifically, when the n Si / n Al ratio in the raw material mixture was reduced from 20 to 7, the metal content n Si / n Al ratio in the sample was reduced from 193 to 10. In particular, in Samples 10 and 11, it was found that the difference between the Al content in the raw material mixture and the Al content in the finally obtained sample was large. This is because if the Al content in the raw material mixture is low (that is, the value of the n Si / n Al ratio is large), the interaction between the Al oxo species and the anionic silica species is inhibited. .

図11は、試料4および試料8〜11のHRSEM−EDSパターンを示す図である。   FIG. 11 is a diagram showing the HRSEM-EDS patterns of Sample 4 and Samples 8-11.

EDSスペクトルは、元素Al、SiおよびOのピークを明瞭に示し、原料混合物中のAl含有量が多い(すなわち、原料混合物中のnSi/nAl比の値が小さい)ほど、Alのピーク強度は増大した。具体的には、Alピーク強度は、試料8、9、4、10および11の順に減少した。この結果は、表3に示すICP元素分析の結果と良好に一致した。 The EDS spectrum clearly shows the peaks of the elements Al, Si and O, and the higher the Al content in the raw material mixture (that is, the smaller the value of the n Si / n Al ratio in the raw material mixture), the higher the peak intensity of Al Increased. Specifically, the Al peak intensity decreased in the order of samples 8, 9, 4, 10 and 11. This result was in good agreement with the result of ICP elemental analysis shown in Table 3.

図12は、試料4および試料8〜10の元素マッピングを示す図である。   FIG. 12 is a diagram showing element mapping of Sample 4 and Samples 8 to 10.

図12によれば、Alを示すドットは、試料中のAl含有量が増大するにつれて、増大した。すなわち、試料10、4、9および8の順にAlを示すドット量は増大した。このことは、ICP元素分析の結果と良好に一致する。また、AlとSi原子との分散状態から、Al原子が試料全体にわたって均一に分散していることが分かる。   According to FIG. 12, the dots indicating Al increased as the Al content in the sample increased. That is, the amount of dots indicating Al increased in the order of samples 10, 4, 9 and 8. This agrees well with the results of ICP elemental analysis. Moreover, it can be seen from the dispersion state of Al and Si atoms that Al atoms are uniformly dispersed throughout the sample.

以上より、nSi/nAl比が最大10を有するAlKIT−5を、原料混合物中のnSi/nAl比、および、nH2O/nHCl比を制御することによって確実に得ることができることが示された。 As described above, AlKIT-5 having a maximum n Si / n Al ratio of 10 can be reliably obtained by controlling the n Si / n Al ratio and the n H 2 O / n HCl ratio in the raw material mixture. Indicated.

図13は、試料4および試料8〜11のXRD回折パターンを示す図である。   FIG. 13 is a diagram showing XRD diffraction patterns of Sample 4 and Samples 8-11.

いずれの試料のXRD回折パターンも、(111)、(200)および(220)反射に相当する3つの回折ピークを示し、図3に示されるKIT−5と同様の回折パターンであった。このことから、試料4および試料8〜11が、面心立方Fm3mの空間群を有し、高配向の三次元ケージ型孔構造を有することを確認した。   The XRD diffraction pattern of any sample showed three diffraction peaks corresponding to (111), (200) and (220) reflections, and was the same diffraction pattern as KIT-5 shown in FIG. From this, it was confirmed that Sample 4 and Samples 8 to 11 have a space group of face-centered cubic Fm3m and have a highly oriented three-dimensional cage type hole structure.

また、試料4および試料8〜11の(111)反射の回折ピークの強度は、KIT−5のそれよりも高いことが分かった。詳細には、試料中のAl含有量が増大するにつれて、(111)反射の回折ピークの強度も増大した。このことは、Alがシリカフレーム構造中に添加されることによって、多孔体材料の三次元構造を維持しつつ、AlKIT−5の構造配向性が、劇的に改善されたことを示す。   Further, it was found that the intensity of the diffraction peak of (111) reflection of Sample 4 and Samples 8 to 11 was higher than that of KIT-5. Specifically, as the Al content in the sample increased, the intensity of the (111) reflection diffraction peak also increased. This indicates that the structural orientation of AlKIT-5 was dramatically improved by adding Al into the silica frame structure while maintaining the three-dimensional structure of the porous material.

さらに、Al含有量の増大に伴い、回折ピークは低角側にシフトした。このことは、Al含有量の増大に伴い、試料中の単位格子定数が増大することを示す。表3に示されるように、最終的に得られた試料中のnSi/nAl比が、193から10まで減少する(すなわち、試料中のAl含有量が増大する)につれ、単位格子定数は、16.65nmから18.44nmまで増大した。特に、最もAl含有量の多い試料8において、単位格子定数の増大が顕著であった。これは、上述したように、Al−O結合長は、Si−O結合長よりも長いので、Al含有量が増大するにつれ、Al−O結合数が増える。その結果、単位格子定数が増大することになる。 Furthermore, the diffraction peak shifted to the lower angle side as the Al content increased. This indicates that the unit cell constant in the sample increases as the Al content increases. As shown in Table 3, as the n Si / n Al ratio in the final sample decreases from 193 to 10 (ie, the Al content in the sample increases), the unit cell constant is , Increased from 16.65 nm to 18.44 nm. In particular, in the sample 8 with the highest Al content, the increase in the unit cell constant was remarkable. As described above, since the Al—O bond length is longer than the Si—O bond length, the number of Al—O bonds increases as the Al content increases. As a result, the unit cell constant increases.

図14は、試料4および試料8〜11の窒素吸脱着等温線を示す図である。   FIG. 14 is a diagram showing nitrogen adsorption / desorption isotherms for Sample 4 and Samples 8-11.

図15は、試料4および試料8〜11の孔径分布を示す図である。   FIG. 15 is a diagram showing the pore size distribution of Sample 4 and Samples 8-11.

いずれの試料の窒素吸脱着等温線も、鋭い毛細管現象(ステップ)およびH2型ヒステリシスループを伴うタイプIV型を示した。このことから、得られた試料はいずれも、均一なケージ型の孔を有することが分かった。特に、Al含有量の多い試料においても、均一なケージ型の孔を有する構造を維持することは、有利である。詳細には、Al含有量が増大するにつれて、窒素吸着量は増大した。このことは、Al含有量の大きな試料は、高比表面積および比孔容量を有しており、その孔構造が改善されていることを示す。さらに、Al含有量が増大するにつれて、ヒステリシスループの大きさもまた増大した。このことは、Al含有量の増大に伴い、ケージ径が増大したことを示唆する。   The nitrogen adsorption and desorption isotherms of any sample showed type IV with sharp capillary action (step) and H2 type hysteresis loop. From this, it was found that all of the obtained samples had uniform cage-type holes. In particular, it is advantageous to maintain a structure having a uniform cage-type hole even in a sample having a high Al content. Specifically, as the Al content increased, the amount of nitrogen adsorption increased. This indicates that the sample having a large Al content has a high specific surface area and a specific pore volume, and the pore structure is improved. Furthermore, as the Al content increased, the size of the hysteresis loop also increased. This suggests that the cage diameter increased with increasing Al content.

表3を参照すると、図14から得られる比表面積、比孔容量およびケージ径は、それぞれ、630m/gから989m/gまで、0.40cm/gから0.68cm/gまで、および、9.8nmから12.0nmまで変化した。 Referring to Table 3, the specific surface area obtained from FIG. 14, Hiana capacity and cage diameter, respectively, from 630m 2 / g to 989m 2 / g, from 0.40 cm 3 / g to 0.68 cm 3 / g, And it changed from 9.8 nm to 12.0 nm.

再度、図14を参照する。原料混合物中のnSi/nAl比が20から7まで減少するに伴い、毛細管現象は高相対圧力P/P側へとシフトした。これは、メソポアの直径に相関しており、シリカフレーム構造中へのAlの導入の増加に伴い、AlKIT−5の孔径が増大することを示している。具体的には、孔径は、5.1nmから6.0nmまで増大した。 Reference is again made to FIG. As the n Si / n Al ratio in the raw material mixture decreased from 20 to 7, the capillary phenomenon shifted to the high relative pressure P / P 0 side. This correlates with the diameter of the mesopore, and shows that the pore diameter of AlKIT-5 increases with the increase of Al introduction into the silica frame structure. Specifically, the pore size increased from 5.1 nm to 6.0 nm.

図15によれば、Al含有量が高いほど、AlKIT−5の孔径分布の広がりが大きいことが分かった。これは、Al源としてAlイソプロポキシド(AiPr)を多量に用いた場合に、過剰に生成されるイソプロパノール基が有機膨張剤として機能するためである。詳細には、1つのAiPrから3つのイソプロパノール分子が生成される。したがって、高濃度のAiPrを用いた際には、多数のイソプロパノール分子が生成されることになる。これらのイソプロパノール分子は、界面活性剤ミセルと水との界面に蓄積され、水よりも高い疎水性を有し、界面活性剤ミセルの容量を増大させ、より長鎖の界面活性剤ミセルとなる。原料混合物中のAiPr量が増大すると、原料混合物中に多量の長鎖の界面活性剤ミセルが生成される。これらの長鎖の界面活性剤ミセルによって、高Al含有量のAlKIT−5の孔径の増大が促進されることになる。   According to FIG. 15, it was found that the higher the Al content, the greater the spread of the pore size distribution of AlKIT-5. This is because, when a large amount of Al isopropoxide (AiPr) is used as the Al source, the excessively generated isopropanol group functions as an organic swelling agent. Specifically, three isopropanol molecules are produced from one AiPr. Therefore, when a high concentration of AiPr is used, a large number of isopropanol molecules are generated. These isopropanol molecules are accumulated at the interface between the surfactant micelle and water, have a higher hydrophobicity than water, increase the capacity of the surfactant micelle, and become a longer-chain surfactant micelle. When the amount of AiPr in the raw material mixture increases, a large amount of long-chain surfactant micelles are generated in the raw material mixture. These long-chain surfactant micelles promote the increase in the pore size of AlKIT-5 with a high Al content.

Al含有量の増大に伴うAlKIT−5の孔径分布の広がりは、原料混合物中にイソプロパノール分子が過剰に存在することによって生じる、Alオキソ種とシラノール基との不完全な凝縮にも起因する。これは、イソプロパノール分子が、アルケン酸化物と容易に水素結合を形成し、界面活性剤の頭基の親水性を増大させるためである。これらの巨大分子が、シラノール基またはAlオキソ種と結合して、多孔体シリカ壁内へと侵入することにより、AlKIT−5の単位格子定数を増大させることになる。さらに、このような侵入過程により、Alオキソ種およびシラノール基の凝縮は影響を受け、単位格子定数をさらに増大させることになる。   The broadening of the pore size distribution of AlKIT-5 with increasing Al content is also due to incomplete condensation of Al oxo species and silanol groups caused by the presence of excess isopropanol molecules in the raw material mixture. This is because the isopropanol molecule easily forms a hydrogen bond with the alkene oxide and increases the hydrophilicity of the head group of the surfactant. These macromolecules bind to silanol groups or Al oxo species and penetrate into the porous silica wall, thereby increasing the unit cell constant of AlKIT-5. Furthermore, such penetration processes affect the condensation of Al oxo species and silanol groups, further increasing the unit cell constant.

ステップS120(図1)の加熱焼成時に、壁の凝縮が進むと、単位格子定数が収縮し、AlKIT−5の孔径が増大する。これは、KIT−5の良好に配列した三次元孔構造を維持しつつ、AlKIT−5の孔径を、さらなる膨張剤および高温膨張処理を必要とすることなく制御可能であることを示唆する。   When the condensation of the wall proceeds during the heating and baking in step S120 (FIG. 1), the unit cell constant shrinks and the pore diameter of AlKIT-5 increases. This suggests that the pore size of AlKIT-5 can be controlled without the need for additional expansion agents and high temperature expansion treatment while maintaining a well-ordered three-dimensional pore structure of KIT-5.

また、図15の挿入図に示されるように、AlKIT−5の孔径、単位格子定数、比表面積および比孔容量は、nSi/nAl比が、10〜70、好ましくは、10〜50の範囲において、線形的に変化することが分かった。詳細には、nSi/nAl比が小さくなる(すなわち、Al含有量が多くなる)ほど、孔径、単位格子定数、比表面積および比孔容量は大きくなり、nSi/nAl比が大きくなる(すなわち、Al含有量が小さくなる)ほど、孔径、単位格子定数、比表面積および比孔容量は小さくなる。nSi/nAl比が70を超えると、Alを添加したことによる効果は小さくなる。 Further, as shown in the inset of FIG. 15, the pore diameter, unit cell constant, specific surface area and specific pore capacity of AlKIT-5 are such that the n Si / n Al ratio is 10 to 70, preferably 10 to 50. It has been found that it varies linearly in range. Specifically, the smaller the n Si / n Al ratio (that is, the higher the Al content), the larger the pore diameter, unit cell constant, specific surface area, and specific pore volume, and the higher the n Si / n Al ratio. The smaller the Al content (ie, the smaller the Al content), the smaller the pore diameter, unit cell constant, specific surface area and specific pore volume. When the n Si / n Al ratio exceeds 70, the effect of adding Al becomes small.

上記の結果から、AlKIT−5の比表面積、比孔容量および単位格子定数は、試料中のAl含有量を変化させることによって容易に制御できることが示された。特に、三次元ケージ型孔構造を維持したnSi/nAl比10の高Al含有量のAlKIT−5(試料8)が、得られることは、極めて有利である。 From the above results, it was shown that the specific surface area, specific pore volume and unit cell constant of AlKIT-5 can be easily controlled by changing the Al content in the sample. In particular, it is extremely advantageous to obtain AlKIT-5 (sample 8) having a high Al content with an n Si / n Al ratio of 10 while maintaining a three-dimensional cage structure.

図16は、試料4、8、9および11のHRSEM像を示す図である。   FIG. 16 is a diagram showing HRSEM images of Samples 4, 8, 9 and 11.

図16によれば、Al含有量の違いによって、AlKIT−5の粒子の粒径および形状に差異があることがわかる。KIT−5の粒子の粒径は、3.2μm〜3.5μmの範囲であり、その形状は均一な球体であった(図示せず)。しかしながら、Al含有量が増大するにつれて、粒子の形状の球体は変形した。試料11、試料4、試料9および試料8の順に、AlKIT−5の粒子の形状は、不均一になった。   According to FIG. 16, it can be seen that there are differences in the particle size and shape of the AlKIT-5 particles depending on the difference in the Al content. The particle size of the KIT-5 particles was in the range of 3.2 μm to 3.5 μm, and the shape thereof was a uniform sphere (not shown). However, as the Al content increased, the particle-shaped spheres deformed. In the order of sample 11, sample 4, sample 9, and sample 8, the shape of AlKIT-5 particles became non-uniform.

具体的には、Al含有量の少ない試料11(nSi/nAl=193)の形状は、均一な球体であるが、その大きさは、1.6μm〜2.6μmであり、KIT−5のそれよりも小さかった。一方、Al含有量の多い試料8(nSi/nAl=10)の形状は球体が一部変形、または、粒子の凝集が見られた。また、試料8の粒子の大きさは、1μm〜2.3μmであり、KIT−5のそれよりも、さらには、試料11のそれよりも小さかった。 Specifically, the shape of the sample 11 with low Al content (n Si / n Al = 193) is a uniform sphere, but its size is 1.6 μm to 2.6 μm, and KIT-5 It was smaller than that. On the other hand, as for the shape of sample 8 (n Si / n Al = 10) with a large Al content, the sphere was partly deformed or particles were aggregated. The particle size of sample 8 was 1 μm to 2.3 μm, which was smaller than that of KIT-5 and further smaller than that of sample 11.

以上より、AlKIT−5の粒径は、Al含有量の増大に伴い減少することが分かった。これは、Al添加前後における界面活性剤ミセルの曲率の差に起因する。界面活性剤ミセルの周りに高分子シリカ種が吸着、凝集または形成することにより、界面活性剤ミセル長が変化し、その結果、界面活性剤ミセルの曲率が減少するためである。特に、上述したように、Al源としてAiPrを原料混合物に添加した際、Al源から生成される多量のイソプロパノール分子およびAl原子は、界面活性剤ミセルへのシリカ種の吸着、および、シリカ種間の凝縮反応を阻害し得る。この過程は、電荷の中性を抑制し、より長鎖の界面活性剤ミセルを得る界面活性剤の頭基間の静電反発を大幅に低減させる。その結果、得られるAlKIT−5の粒径が小さくなる。過剰にAiPrが添加されると、この影響はより顕著となり、不規則な形状の球体粒子が生成されることになる(例えば、試料8)。   From the above, it was found that the particle size of AlKIT-5 decreases as the Al content increases. This is due to the difference in curvature of the surfactant micelle before and after the addition of Al. This is because the polymeric micelles adsorb, aggregate or form around the surfactant micelles to change the surfactant micelle length, and as a result, the curvature of the surfactant micelles decreases. In particular, as described above, when AiPr is added to the raw material mixture as an Al source, a large amount of isopropanol molecules and Al atoms generated from the Al source are adsorbed on the surfactant micelles, and between the silica species. Can inhibit the condensation reaction. This process suppresses the neutrality of the charge and greatly reduces the electrostatic repulsion between the surfactant head groups to obtain longer chain surfactant micelles. As a result, the particle size of the resulting AlKIT-5 is reduced. When AiPr is added excessively, this effect becomes more prominent and irregularly shaped spherical particles are generated (for example, sample 8).

図17は、試料4のHRTEM像を示す図である。   FIG. 17 is a diagram showing an HRTEM image of the sample 4.

図17より、試料4は、メソポアおよび壁が線状に配列した配向性の高い孔構造を明瞭に示す。このような孔構造は、KIT−5の特徴であり、AlKIT−5もまたKIT−5の特徴を維持していることを確認した。図中の挿入図は、高速フーリエ変換(FFT)パターンと、逆高速フーリエ変換(IFFT)とを示す。いずれも、立方晶(詳細には面心立方)の三次元メソポアネットワークを示し、XRD回折から得られた結果と良好に一致した。これらから、AlKIT−5においても三次元立方晶孔構造を有する良好に配列したメソポアが存在することが示された。   From FIG. 17, sample 4 clearly shows a highly oriented pore structure in which mesopores and walls are linearly arranged. Such a pore structure is a characteristic of KIT-5, and it was confirmed that AlKIT-5 also maintained the characteristics of KIT-5. The inset in the figure shows a fast Fourier transform (FFT) pattern and an inverse fast Fourier transform (IFFT). Both showed cubic (specifically face-centered cubic) three-dimensional mesopore networks, which were in good agreement with the results obtained from XRD diffraction. From these, it was shown that well-aligned mesopores having a three-dimensional cubic pore structure exist in AlKIT-5.

図18は、試料4および試料8〜10のNMRスペクトルを示す図である。   FIG. 18 is a diagram showing NMR spectra of Sample 4 and Samples 8-10.

いずれの試料も、Al含有量に係わらず、53ppmおよび0ppmを中心とする2つのピークを示す。53ppmにおけるピークは、シリコンと四面体配位するAlに起因し、0ppmにおけるピークは、シリコンと八面体配位するAlに起因する。Al含有量の増加に伴い、53ppmにおけるピーク強度は増加し、一方、八面体配位ピークと四面体配位ピークとの相対ピーク強度は、Al含有量の増大に伴い減少する。これらの結果は、シリカフレーム構造中の四面体配位のAl量が、原料混合物中のnSi/nAl比を調整するだけで、制御され得ることを示唆する。 Both samples show two peaks centered at 53 ppm and 0 ppm regardless of the Al content. The peak at 53 ppm is attributed to Al tetrahedrally coordinated with silicon, and the peak at 0 ppm is attributed to Al octahedrally coordinated with silicon. As the Al content increases, the peak intensity at 53 ppm increases, while the relative peak intensity between the octahedral coordination peak and the tetrahedral coordination peak decreases as the Al content increases. These results suggest that the amount of tetrahedrally coordinated Al in the silica framework can be controlled simply by adjusting the n Si / n Al ratio in the raw material mixture.

図19は、試料4および試料8〜10のNH−TPDスペクトルを示す図である。 FIG. 19 is a diagram showing NH 3 -TPD spectra of Sample 4 and Samples 8 to 10.

いずれの試料も、100℃〜200℃の間、および、500℃〜550℃の間を中心として2つのブロードなピークを示した。これらは、AlKIT−5中に2つの種類の酸サイトが存在することを示唆する。低温側の脱着ピークは、KIT−5のシリカフレーム構造中のAl(四面体配位のAl)に起因し、一方、高温側の脱着ピークは、シリカフレーム構造外のAl(八面体配位のAl)に起因する。   All samples showed two broad peaks centered between 100 ° C. and 200 ° C. and between 500 ° C. and 550 ° C. These suggest that there are two types of acid sites in AlKIT-5. The desorption peak on the low temperature side is caused by Al (tetrahedrally coordinated Al) in the silica frame structure of KIT-5, while the desorption peak on the high temperature side is Al (octahedrally coordinated) outside the silica frame structure. Due to Al).

Al含有量が増加するにつれて、四面体配位のAlサイトに吸着されるアンモニア分子を脱着する脱着温度の急激な増加が見られる。詳細には、試料10、試料4、試料9および試料8の順に、100℃〜200℃に見られるピークは、高温側にピークシフトした。これは、Al含有量が増加するにつれて、AlKIT−5中の四面体配位したAlが急激に増加するためである。   As the Al content increases, a rapid increase in the desorption temperature for desorbing ammonia molecules adsorbed on tetrahedrally coordinated Al sites is observed. Specifically, in the order of sample 10, sample 4, sample 9, and sample 8, the peak observed at 100 ° C. to 200 ° C. shifted to the high temperature side. This is because tetrahedrally coordinated Al in AlKIT-5 increases rapidly as the Al content increases.

一方、試料10の高温側の脱着ピーク(このピークは八面体配位のAlにアンモニア分子が吸着することによって生じる)の強度は、他の試料のそれに比べて高い。これは、試料10の八面体配位のAl量が、他の試料のそれよりもはるかに多いためである。これらの結果は、図18のNMRスペクトルの結果と良好な一致を示した。   On the other hand, the intensity of the desorption peak on the high temperature side of the sample 10 (this peak is generated by adsorption of ammonia molecules on octahedrally coordinated Al) is higher than that of the other samples. This is because the amount of Al in octahedral coordination of the sample 10 is much larger than that of the other samples. These results were in good agreement with the NMR spectrum results of FIG.

表4は、試料4および試料8〜10の酸性および触媒活性を示す。
Table 4 shows the acidity and catalytic activity of Sample 4 and Samples 8-10.

表4には、無水酢酸を用いたベラトロールのアセチル化について触媒活性を調べた結果を示す。表4には、AlKIT−5に加えて種々のゼオライト触媒の結果も合わせて示す。表4によれば、Al含有量が増大するにつれて、AlKIT−5の酸性が著しく改善されたことが分かる。試料8は、すぐれた変換効率を示し、他のAlKIT−5、H−モルデン沸石、ゼオライトH−Y、ゼオライトH−βおよびHSM−5と比較して優れていることが分かった。試料8の高い触媒活性は、高比表面積を有する三次元ケージ型孔構造、および、高い酸性を示すためである。これにより、反応分子の拡散を促進し、すべての活性サイトへ容易にアクセス可能にするためである。これらの触媒の結果は、試料8が、四面体配位した高Al量を有することに一致する。   Table 4 shows the results of examining the catalytic activity for acetylation of veratrol using acetic anhydride. Table 4 also shows the results of various zeolite catalysts in addition to AlKIT-5. According to Table 4, it can be seen that the acidity of AlKIT-5 was significantly improved as the Al content increased. Sample 8 showed excellent conversion efficiency and was found to be superior to other AlKIT-5, H-mordenite, zeolite H-Y, zeolite H-β and HSM-5. This is because the high catalytic activity of the sample 8 exhibits a three-dimensional cage type pore structure having a high specific surface area and high acidity. This is to promote the diffusion of the reactive molecules and allow easy access to all active sites. The results of these catalysts are consistent with Sample 8 having a high Al content that is tetrahedrally coordinated.

以上説明してきたように、本発明によれば、原料混合物中の種々の条件(例えば、金属Meおよび金属源の選択、pH、金属量等)を調整することによって、得られるMeKIT−5中の金属含有量、比表面積、比孔容量、孔径、壁厚、触媒活性、耐酸性等を制御できることを示してきた。実施例では、金属MeとしてAlに限定して説明してきたが、本発明はこれに限定されない。当然のことながら、Al以外の金属(例えば、Fe、Ti、CoおよびGa)においても同様の効果が得られる。   As described above, according to the present invention, by adjusting various conditions (for example, selection of metal Me and metal source, pH, metal amount, etc.) in the raw material mixture, It has been shown that the metal content, specific surface area, specific pore volume, pore diameter, wall thickness, catalytic activity, acid resistance, etc. can be controlled. In the embodiments, the metal Me has been described as being limited to Al, but the present invention is not limited to this. Of course, similar effects can be obtained with metals other than Al (for example, Fe, Ti, Co, and Ga).

本発明による金属が添加された多孔体シリカ(MeKIT−5)は、KIT−5と同様の三次元孔構造を有しつつ、添加された金属による高い触媒活性および強い酸サイトを有する。このようなMeKIT−5は、酸触媒有機変換、生体分子支持体、分子認識、分離およびナノ触媒リアクタ等に利用可能である。   The porous silica (MeKIT-5) to which the metal according to the present invention is added has a high catalytic activity and a strong acid site due to the added metal, while having the same three-dimensional pore structure as KIT-5. Such MeKIT-5 can be used for acid-catalyzed organic conversion, biomolecule support, molecular recognition, separation, nanocatalyst reactor, and the like.

本発明による金属が添加されたメソポーラスシリカ(MeKIT−5)の製造工程を示すフローチャートThe flowchart which shows the manufacturing process of the mesoporous silica (MeKIT-5) by which the metal by this invention was added. 試料1〜4の焼成前のXRD回折パターンを示す図The figure which shows the XRD diffraction pattern before baking of samples 1-4 試料1〜4の焼成後のXRD回折パターンを示す図The figure which shows the XRD diffraction pattern after baking of samples 1-4 Al含有量および単位格子定数の原料混合物中のnH2O/nHCl比依存性を示す図The figure which shows the nH2O / nHCl ratio dependence in the raw material mixture of Al content and a unit cell constant 試料1〜4のHRSEM−EDSパターンを示す図The figure which shows the HRSEM-EDS pattern of samples 1-4 試料1〜4の元素マッピングを示す図The figure which shows elemental mapping of samples 1-4 試料1〜4の窒素吸脱着等温線を示す図The figure which shows the nitrogen adsorption-desorption isotherm of samples 1-4 試料4〜7のHRSEM−EDSパターンを示す図The figure which shows the HRSEM-EDS pattern of the samples 4-7 試料4〜7の焼成後のXRD回折パターンを示す図The figure which shows the XRD diffraction pattern after baking of samples 4-7 試料4〜7の窒素吸脱着等温線を示す図The figure which shows the nitrogen adsorption-and-desorption isotherm of samples 4-7 試料4および試料8〜11のHRSEM−EDSパターンを示す図The figure which shows the HRSEM-EDS pattern of the sample 4 and the samples 8-11 試料4および試料8〜10の元素マッピングを示す図The figure which shows the element mapping of the sample 4 and the samples 8-10 試料4および試料8〜11のXRD回折パターンを示す図The figure which shows the XRD diffraction pattern of the sample 4 and the samples 8-11 試料4および試料8〜11の窒素吸脱着等温線を示す図The figure which shows the nitrogen adsorption-and-desorption isotherm of sample 4 and samples 8-11 試料4および試料8〜11の孔径分布を示す図The figure which shows the hole diameter distribution of the sample 4 and the samples 8-11 試料4、8、9および11のHRSEM像を示す図The figure which shows the HRSEM image of sample 4, 8, 9 and 11 試料4のHRTEM像を示す図The figure which shows the HRTEM image of the sample 4 試料4および試料8〜10のNMRスペクトルを示す図The figure which shows the NMR spectrum of the sample 4 and the samples 8-10 試料4および試料8〜10のNH−TPDスペクトルを示す図Shows the NH 3 -TPD spectra of Sample 4 and Sample 8-10

Claims (11)

金属が添加された多孔体シリカであって、
前記金属は、Al、Fe、Ti、CoおよびGaからなる群から選択される金属元素であり、
前記多孔体シリカの空間群は、面心立方Fm3mであることを特徴とする、多孔体シリカ。
Porous silica to which a metal is added,
The metal is a metal element selected from the group consisting of Al, Fe, Ti, Co and Ga;
The porous silica is characterized in that a space group of the porous silica is face centered cubic Fm3m.
請求項1に記載の多孔体シリカにおいて、前記多孔体シリカ中のシリコンと前記金属とのモル比(nSi/nMe)は、1×10〜7×10の範囲であることを特徴とする、多孔体シリカ。 2. The porous silica according to claim 1, wherein a molar ratio (n Si / n Me ) between silicon and the metal in the porous silica is in a range of 1 × 10 1 to 7 × 10 1. And porous silica. 請求項1に記載の多孔体シリカにおいて、
前記メソポーラスカーボンの比表面積は、6.3×10〜1.0×10/gの範囲であり、
前記メソポーラスカーボンの比孔容量は、4×10−1〜7×10−1cm/gの範囲であり、
前記メソポーラスカーボンの孔径は、5〜6nmの範囲であることを特徴とする、多孔体シリカ。
In the porous silica according to claim 1,
The mesoporous carbon has a specific surface area of 6.3 × 10 2 to 1.0 × 10 3 m 2 / g,
The specific pore capacity of the mesoporous carbon is in the range of 4 × 10 −1 to 7 × 10 −1 cm 3 / g,
Porous silica, wherein the mesoporous carbon has a pore diameter in the range of 5 to 6 nm.
金属が添加された多孔体シリカを製造する方法において、
界面活性剤F127と、酸と、水と、ケイ素源と、金属源とを混合する工程であって、前記金属源は、Al、Fe、Ti、CoおよびGaからなる群から選択される金属元素を含む、工程と、
前記混合する工程によって得られた原料混合物を加熱して、ケイ化する工程と、
前記ケイ化する工程によって得られたケイ化物を焼成する工程と
からなることを特徴とする、方法。
In the method for producing porous silica to which a metal is added,
A step of mixing a surfactant F127, an acid, water, a silicon source, and a metal source, wherein the metal source is a metal element selected from the group consisting of Al, Fe, Ti, Co, and Ga Including a process,
Heating and silicifying the raw material mixture obtained by the mixing step;
And firing the silicide obtained by the silicidation step.
請求項4に記載の方法において、前記ケイ化する工程は、3.5×10℃〜6×10℃の温度範囲で1×10時間〜2.4×10時間の間攪拌しながら加熱し、次いで、8×10℃〜1.5×10℃の温度範囲で6時間〜4.8×10時間の間水熱処理することを特徴とする、方法。 5. The method according to claim 4, wherein the silicifying step is performed in a temperature range of 3.5 × 10 1 to 6 × 10 1 ° C for 1 × 10 1 hour to 2.4 × 10 1 hour. And then hydrothermally treating in the temperature range of 8 × 10 1 ° C. to 1.5 × 10 2 ° C. for 6 hours to 4.8 × 10 1 hour. 請求項4に記載の方法において、前記焼成する工程は、前記ケイ化物を5×10℃〜5.5×10℃の温度範囲で1×10時間〜2.4×10時間の間焼成することを特徴とする、方法。 5. The method according to claim 4, wherein the step of baking is performed at a temperature range of 5 × 10 2 ° C. to 5.5 × 10 2 ° C. for 1 × 10 1 hour to 2.4 × 10 1 hour. A method characterized in that it is calcined. 請求項4に記載の方法において、前記混合する工程は、ケイ素源:金属源:F127:酸:HO=1.0:0.033〜0.071:0.0035:0.25〜0.4166:116.6〜119となるように混合することを特徴とする、方法。 5. The method according to claim 4, wherein the mixing step includes silicon source: metal source: F127: acid: H 2 O = 1.0: 0.033 to 0.071: 0.0035: 0.25 to 0. 4166: 116.6 to 119, and mixing. 請求項4に記載の方法において、前記金属源は、前記選択された金属の硝酸金属塩、金属塩化物、金属硫化物、および、金属イソプロポキシドからなる群から選択されることを特徴とする、方法。   5. The method of claim 4, wherein the metal source is selected from the group consisting of metal nitrates, metal chlorides, metal sulfides, and metal isopropoxides of the selected metal. ,Method. 請求項4に記載の方法において、前記酸は、塩酸、硫酸および硝酸からなる群から選択されることを特徴とする、方法。   5. A method according to claim 4, characterized in that the acid is selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid. 請求項4に記載の方法において、前記ケイ素源は、テトラエチルオルソシリケート(TEOS)、テトラメチルオルソシリケート(TMOS)、アルミン酸ナトリウムおよびコロイダルシリカからなる群から選択されることを特徴とする、方法。   5. A method according to claim 4, characterized in that the silicon source is selected from the group consisting of tetraethylorthosilicate (TEOS), tetramethylorthosilicate (TMOS), sodium aluminate and colloidal silica. 請求項4に記載の方法において、前記混合する工程において、原料混合物のpHは1より大きくなるように混合することを特徴とする、方法。   5. The method according to claim 4, wherein, in the mixing step, mixing is performed so that the pH of the raw material mixture is greater than 1.
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