JP2012061455A - Platinum group metal-supported catalyst, method for producing the same, method for producing hydrogen peroxide-decomposed water, and method for producing dissolved oxygen-removed water - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電所用水や半導体製造などの精密加工洗浄用水に使用される、超純水中の過酸化水素や溶存酸素の様な酸化性物質を除去するための白金族金属担持触媒に関するものである。 The present invention relates to a platinum group metal-supported catalyst for removing oxidizing substances such as hydrogen peroxide and dissolved oxygen in ultrapure water, which are used in water for precision processing such as power plant water and semiconductor manufacturing. It is.
発電所で用いられる用水中の溶存酸素は、配管や熱交換器等の部材の腐食を引き起こすことが知られており、特に、原子力発電所の一次系及び二次系においては、溶存酸素を極力低減する必要がある。 It is known that dissolved oxygen in the water used at power plants will cause corrosion of components such as pipes and heat exchangers. In particular, dissolved oxygen is used as much as possible in the primary and secondary systems of nuclear power plants. There is a need to reduce.
また、半導体製造産業においては、不純物を高度に除去した超純水を用いてシリコンウエハの洗浄等が行われている。超純水は、一般に原水(河川水、地下水、工業用水等)中に含まれる懸濁物質や有機物の一部を前処理工程で除去した後、その処理水を一次純水系システム及び二次純水系システム(サブシステム)で順次処理することによって製造され、ウエハ洗浄を行うユースポイントに供給される。このような超純水は、不純物の定量も困難であるほどの純度を有するが、全く不純物を有していないわけではない。 In the semiconductor manufacturing industry, silicon wafers are cleaned using ultrapure water from which impurities are highly removed. Ultrapure water generally removes part of suspended matter and organic matter contained in raw water (river water, groundwater, industrial water, etc.) in the pretreatment process, and then treats the treated water with the primary pure water system and secondary pure water. Manufactured by sequential processing in an aqueous system (subsystem) and supplied to a use point for wafer cleaning. Such ultrapure water has such a purity that it is difficult to quantify the impurities, but it does not have no impurities at all.
例えば、超純水中に含まれる溶存酸素は、シリコンウエハの表面に自然酸化膜を形成する。自然酸化膜がウエハ表面に形成されると、低温でのエピタキシャルSi薄膜の成長を妨げたり、ゲート酸化膜の膜圧及び膜質の精密制御の妨げとなったり、コンタクトホールのコンタクト抵抗の増加原因となったりする。そのため、ウエハ表面の自然酸化膜の形成は、極力抑制する必要がある。 For example, dissolved oxygen contained in ultrapure water forms a natural oxide film on the surface of a silicon wafer. When a natural oxide film is formed on the wafer surface, it prevents growth of epitaxial Si thin films at low temperatures, hinders precise control of gate oxide film pressure and film quality, and causes increase in contact resistance of contact holes. It becomes. Therefore, it is necessary to suppress the formation of the natural oxide film on the wafer surface as much as possible.
そこで、超純水製造装置においては、特に一次純水系システムにおいて、脱気装置を用いて溶存酸素を低減している。この脱気装置により、二次純水系システム入り口における被処理水(一次純水)中の溶存酸素濃度は、通常、100μg/L以下にまで低減されている。更に、10μg/L以下に管理されている場合もある。 Therefore, in the ultrapure water production apparatus, particularly in the primary pure water system, dissolved oxygen is reduced by using a deaeration device. With this deaeration device, the dissolved oxygen concentration in the water to be treated (primary pure water) at the entrance of the secondary pure water system is usually reduced to 100 μg / L or less. Furthermore, it may be controlled to 10 μg / L or less.
前述した超純水の製造では、一般に、二次純水系システムに設置した紫外線酸化装置によって有機物の分解を行っている。紫外線酸化処理の過程では過酸化水素が副生するため、紫外線酸化装置の処理水中には、過酸化水素が残存しているのが一般的である。この過酸化水素は、二次純水系システムのポリッシャ工程で部分的に分解されて酸素を生成し、処理水中の溶存酸素濃度を上昇させてしまう。 In the above-described production of ultrapure water, organic substances are generally decomposed by an ultraviolet oxidizer installed in a secondary pure water system. Since hydrogen peroxide is by-produced in the process of ultraviolet oxidation, it is common that hydrogen peroxide remains in the treated water of the ultraviolet oxidation apparatus. This hydrogen peroxide is partially decomposed in the polisher process of the secondary pure water system to generate oxygen, and increase the dissolved oxygen concentration in the treated water.
そこで、紫外線酸化装置の処理水中に含まれる過酸化水素を、合成炭素系粒状吸着剤を用いて吸着除去する方法が提案されている(特開平9−29233号公報)。この方法によれば、紫外線酸化装置の処理水中に残存する過酸化水素自体を除去することから、ウエハ表面の自然酸化皮膜の形成を抑制することが可能である。しかし、この方法では、所定の過酸化水素除去率を達成するためには、多量の合成炭素系粒状吸着剤を充填した大型の吸着塔が必要であった。 Therefore, a method has been proposed in which hydrogen peroxide contained in the treated water of the ultraviolet oxidation apparatus is adsorbed and removed using a synthetic carbon-based granular adsorbent (Japanese Patent Laid-Open No. 9-29233). According to this method, it is possible to suppress the formation of a natural oxide film on the wafer surface because hydrogen peroxide itself remaining in the treated water of the ultraviolet oxidation apparatus is removed. However, this method requires a large adsorption tower filled with a large amount of a synthetic carbon-based particulate adsorbent in order to achieve a predetermined hydrogen peroxide removal rate.
また、紫外線酸化装置の処理水中に含まれる過酸化水素を、白金族金属ナノコロイド粒子を担体に担持させた触媒によって分解する方法が提案されている(特開2007−185587号公報)。 In addition, a method has been proposed in which hydrogen peroxide contained in treated water of an ultraviolet oxidation apparatus is decomposed with a catalyst in which platinum group metal nanocolloid particles are supported on a carrier (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-185587).
しかしながら、特開2007−185587号公報に記載の触媒は、通水空間速度(SV)が100〜2000h−1と比較的低い領域でしか使用できず、SVが2000h−1を越えると、過酸化水素の分解除去が不十分になるといった欠点を有していた。また、触媒の充填層高が100mm程度は必要で、充填層高が100mm未満になると、SVが100〜2000h−1であっても、過酸化水素の分解除去が不十分になる可能性がある。 However, the catalysts described in JP-A-2007-185587, can only be used at relatively low region passing water space velocity (SV) is a 100~2000H -1, the SV exceeds 2000h -1, peroxide There was a disadvantage that the decomposition and removal of hydrogen was insufficient. Also, the packed bed height of the catalyst is required to be about 100 mm, and if the packed bed height is less than 100 mm, the decomposition and removal of hydrogen peroxide may be insufficient even if the SV is 100 to 2000 h −1. .
従って、本発明の目的は、SVが2000h−1を超えるような大きなSVで通水しても過酸化水素の分解除去又は溶存酸素の除去が可能であり、更に、触媒の充填層高を薄くしても過酸化水素の分解除去又は溶存酸素の除去を可能にする、高性能触媒を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to allow the decomposition and removal of hydrogen peroxide or the removal of dissolved oxygen even when water is passed through a large SV with an SV exceeding 2000 h −1 , and the catalyst packed bed height is reduced. It is an object to provide a high-performance catalyst that can decompose hydrogen peroxide or remove dissolved oxygen.
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、平均粒子径が1〜100nmであり且つ均一度数が10以下と均質な粒度分布を持つ白金族金属粒子を含有する流体、例えば、平均粒子径が1〜100nmであり且つ均一度数が10以下と均質な粒度分布を持つ白金族金属粒子を含有する超臨界流体に、モノリス状有機多孔質体又はモノリス状有機多孔質イオン交換体を接触させることにより、有機多孔質体内の細孔に、平均粒子径が1〜100nmであり且つ均一度数が10以下と粒度分布の均一な白金族金属粒子が担持された白金族金属担持触媒が得られ、このような白金族金属担持触媒は、SVが2000h−1を超えるような大きなSVで通水しても過酸化水素の分解除去又は溶存酸素の除去が可能であり、更に、触媒の充填層高を薄くしても過酸化水素の分解除去又は溶存酸素の除去が可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。 In such a situation, the present inventors have conducted intensive studies, and as a result, a fluid containing platinum group metal particles having an average particle size of 1 to 100 nm and a uniform particle size distribution of a uniform degree of 10 or less, for example, an average A monolithic organic porous material or a monolithic organic porous ion exchanger is brought into contact with a supercritical fluid containing platinum group metal particles having a particle size of 1 to 100 nm and a uniform particle size distribution with a homogeneity of 10 or less. By doing so, a platinum group metal-supported catalyst in which platinum group metal particles having an average particle size of 1 to 100 nm and a uniform degree of 10 or less and a uniform particle size distribution is supported in the pores of the organic porous body is obtained. Such a platinum group metal-supported catalyst is capable of decomposing and removing hydrogen peroxide or removing dissolved oxygen even when water is passed through a large SV with an SV exceeding 2000 h −1 . It has been found that hydrogen peroxide can be decomposed or dissolved oxygen can be removed even if the packed bed height is reduced, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明(1)は、モノリス状有機多孔質体又はモノリス状有機多孔質イオン交換体に、平均粒子径1〜100nmの白金族金属粒子が、担持されている白金族金属担持触媒であり、該白金族金属粒子の均一度数が、10以下であり、該白金族金属粒子の担持量が、乾燥状態で0.004〜20重量%であることを特徴とする白金族金属担持触媒を提供するものである。 That is, the present invention (1) is a platinum group metal-supported catalyst in which platinum group metal particles having an average particle diameter of 1 to 100 nm are supported on a monolithic organic porous body or a monolithic organic porous ion exchanger. A platinum group metal-supported catalyst, wherein the platinum group metal particles have a degree of homogeneity of 10 or less and the supported amount of the platinum group metal particles is 0.004 to 20% by weight in a dry state. To do.
また、本発明(2)は、平均粒子径が1〜100nmであり且つ均一度数が10以下の白金族金属粒子を含有する流体に、モノリス状有機多孔質体又はモノリス状有機多孔質イオン交換体を接触させることにより、該モノリス状有機多孔質体又は該モノリス状有機多孔質イオン交換体に該白金族金属粒子を担持して、白金族金属担持触媒を得る白金族金属担持工程を有することを特徴とする白金族金属担持触媒の製造方法を提供するものである。 Further, the present invention (2) provides a monolithic organic porous material or a monolithic organic porous ion exchanger in a fluid containing platinum group metal particles having an average particle diameter of 1 to 100 nm and a homogeneity of 10 or less. A platinum group metal supporting step of obtaining a platinum group metal supported catalyst by supporting the platinum group metal particles on the monolithic organic porous material or the monolithic organic porous ion exchanger by contacting A feature of the present invention is to provide a method for producing a platinum group metal supported catalyst.
また、本発明(3)は、前記(1)の白金族金属担持触媒に、過酸化水素を含有する被処理水を接触させて、該過酸化水素を含有する被処理水中の過酸化水素を分解除去することを特徴とする過酸化水素の分解処理水の製造方法を提供するものである。 In the present invention (3), the platinum group metal supported catalyst of the above (1) is brought into contact with water to be treated containing hydrogen peroxide, so that the hydrogen peroxide in the water to be treated containing hydrogen peroxide The present invention provides a method for producing hydrogen peroxide-decomposed water characterized by being decomposed and removed.
また、本発明(4)は、前記(1)の白金族金属担持触媒の存在下で、酸素を含有する被処理水中の溶存酸素と水素とを反応させて水を生成させることにより、酸素を含有する被処理水から溶存酸素を除去することを特徴とする溶存酸素の除去処理水の製造方法を提供するものである。 Further, in the present invention (4), in the presence of the platinum group metal supported catalyst of the above (1), oxygen is produced by reacting dissolved oxygen in hydrogen to be treated containing oxygen with hydrogen to generate water. Disclosed is a method for producing dissolved oxygen-removed treated water, which comprises removing dissolved oxygen from water to be treated.
本発明の白金族金属担持触媒によれば、SVが2000h−1を超えるような大きなSVで通水しても過酸化水素の分解除去又は溶存酸素の除去が可能であり、更に、触媒の充填層高を薄くしても過酸化水素の分解除去又は溶存酸素の除去が可能である。 According to the platinum group metal-supported catalyst of the present invention, hydrogen peroxide can be decomposed or dissolved oxygen can be removed even when the SV is passed through a large SV exceeding 2000 h −1. Even if the layer height is reduced, hydrogen peroxide can be decomposed or dissolved oxygen can be removed.
本発明の白金族金属担持触媒は、モノリス状有機多孔質体又はモノリス状有機多孔質イオン交換体に、平均粒子径1〜100nmの白金族金属粒子が担持されている白金族金属担持触媒であり、該白金族金属粒子の均一度数が、10以下であり、該白金族金属粒子の担持量が、0.004〜20重量%であることを特徴とする白金族金属担持触媒である。 The platinum group metal-supported catalyst of the present invention is a platinum group metal-supported catalyst in which platinum group metal particles having an average particle diameter of 1 to 100 nm are supported on a monolithic organic porous body or a monolithic organic porous ion exchanger. A platinum group metal-supported catalyst, wherein the platinum group metal particles have a degree of uniformity of 10 or less, and the amount of the platinum group metal particles supported is 0.004 to 20% by weight.
モノリス状有機多孔質体は、骨格が有機ポリマーにより形成されており、骨格間に被処理水の流路となる連通孔を多数有する多孔質体である。また、モノリス状有機多孔質イオン交換体は、モノリス状有機多孔質体に、イオン交換基が導入された多孔質体である。なお、本明細書中、「モノリス状有機多孔質体」を単に「モノリス」と、「モノリス状有機多孔質イオン交換体」を単に「モノリスイオン交換体」とも言い、また、モノリスの製造における中間体(前駆体)である「モノリス状有機多孔質中間体」を単に「モノリス中間体」とも言う。 The monolithic organic porous body is a porous body having a skeleton formed of an organic polymer and a large number of communication holes serving as a flow path of water to be treated between the skeletons. The monolithic organic porous ion exchanger is a porous body in which an ion exchange group is introduced into the monolithic organic porous body. In the present specification, “monolithic organic porous material” is also simply referred to as “monolith”, and “monolithic organic porous ion exchanger” is also simply referred to as “monolith ion exchanger”, The “monolithic organic porous intermediate” that is the body (precursor) is also simply referred to as “monolith intermediate”.
<モノリス状有機多孔質体及びモノリス状有機多孔質イオン交換体>
モノリスとしては、以下に示す第1のモノリス〜第6のモノリスが挙げられる。また、モノリスイオン交換体としては、以下に示す第1のモノリスイオン交換体〜第6のモノリスイオン交換体が挙げられる。
<Monolithic organic porous body and monolithic organic porous ion exchanger>
Examples of the monolith include the first monolith to the sixth monolith shown below. Examples of the monolith ion exchanger include the following first to sixth monolith ion exchangers.
<第1のモノリス及び第1のモノリスイオン交換体の説明>
本発明の白金族金属担持触媒において、白金族金属粒子の担体となる第1のモノリス及び第1のモノリスイオン交換体は、互いにつながっているマクロポアとマクロポアの壁内に平均直径が乾燥状態で1〜1000μmの共通の開口(メソポア)を有する連続気泡構造を有し、乾燥状態での全細孔容積が1〜50ml/gである有機多孔質体である。また、第1のモノリスイオン交換体は、イオン交換基を有しており、イオン交換基が均一に分布し、乾燥状態の重量当りのイオン交換容量が0.5〜5.0mg当量/gであるモノリスイオン交換体である。
<Description of First Monolith and First Monolith Ion Exchanger>
In the platinum group metal-supported catalyst of the present invention, the first monolith and the first monolith ion exchanger serving as the support for the platinum group metal particles have an average diameter of 1 in a dry state in the walls of the macropores and the macropores connected to each other. It is an organic porous body having an open cell structure having a common opening (mesopore) of ˜1000 μm and a total pore volume of 1 to 50 ml / g in a dry state. The first monolith ion exchanger has ion exchange groups, the ion exchange groups are uniformly distributed, and the ion exchange capacity per weight in a dry state is 0.5 to 5.0 mg equivalent / g. A monolith ion exchanger.
第1のモノリス及び第1のモノリスイオン交換体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が乾燥状態で平均直径1〜1000μm、好ましくは10〜200μm、特に好ましくは20〜100μmの共通の開口(メソポア)となる連続マクロポア構造体であり、その大部分がオープンポア構造のものである。オープンポア構造は、水を流せば該マクロポアと該メソポアで形成される気泡内が流路となる。マクロポアとマクロポアの重なりは、1個のマクロポアで1〜12個、多くのものは3〜10個である。図1には、第1のモノリスの形態例の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を示すが、図1に示す第1のモノリスは、多数の気泡状のマクロポアを有しており、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が共通の開口(メソポア)となる連続マクロポア構造体となっており、その大部分がオープンポア構造である。メソポアの乾燥状態での平均直径が1μm未満であると、通水時の圧力損失が著しく大きくなってしまうため好ましくなく、メソポアの乾燥状態での平均直径が1000μmを越えると、被処理水とモノリス又はモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、過酸化水素分解特性又は溶存酸素除去特性が低下してしまうため好ましくない。第1のモノリス及び第1のモノリスイオン交換体の構造が上記のような連続気泡構造となることにより、マクロポア群やメソポア群を均一に形成できると共に、特開平8−252579号公報等に記載されるような粒子凝集型多孔質体に比べて、細孔容積や比表面積を格段に大きくすることができる。 In the first monolith and the first monolith ion exchanger, bubble-like macropores overlap each other, and the overlapping portion is in a dry state and has an average diameter of 1 to 1000 μm, preferably 10 to 200 μm, particularly preferably 20 to 100 μm. It is a continuous macropore structure that becomes an opening (mesopore), most of which has an open pore structure. In the open pore structure, when water is flowed, the inside of bubbles formed by the macropores and the mesopores becomes a flow path. The number of overlapping macropores is 1 to 12 for one macropore, and 3 to 10 for many. FIG. 1 shows a scanning electron microscope (SEM) photograph of an example of the form of the first monolith. The first monolith shown in FIG. 1 has a large number of bubble-like macropores. The macropores overlap each other, and the overlapping portion is a continuous macropore structure in which a common opening (mesopore) is formed, and most of them have an open pore structure. If the average diameter in the dry state of the mesopores is less than 1 μm, the pressure loss during water passage becomes extremely large, which is not preferable. Alternatively, the contact with the monolith ion exchanger becomes insufficient, and the hydrogen peroxide decomposition characteristic or the dissolved oxygen removal characteristic is deteriorated. Since the structure of the first monolith and the first monolith ion exchanger has the above-mentioned open cell structure, the macropore group and the mesopore group can be formed uniformly, and described in JP-A-8-252579. Compared with such a particle-aggregated porous body, the pore volume and specific surface area can be significantly increased.
なお、本発明では、乾燥状態の第1のモノリス及び第1のモノリスイオン交換体の開口の平均直径は、水銀圧入法により測定される。また、水湿潤状態の第1のモノリス又は第1のモノリスイオン交換体の開口の平均直径は、乾燥状態の第1のモノリス又は第1のモノリスイオン交換体の開口の平均直径に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態の第1のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がx1(mm)であり、その水湿潤状態の第1のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を乾燥させ、得られる乾燥状態の第1のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がy1(mm)であり、この乾燥状態の第1のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を水銀圧入法により測定したときの開口の平均直径がz1(μm)であったとすると、水湿潤状態の第1のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の開口の平均直径(μm)は、次式で算出される。「水湿潤状態の第1のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の開口の平均直径(μm)=z1×(x1/y1)」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の第1のモノリスの開口の平均直径、及びその乾燥状態の第1のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の第1のモノリスに対する水湿潤状態の第1のモノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態の第1のモノリスの開口の平均直径に、膨潤率を乗じて、水湿潤状態の第1のモノリスイオン交換体の開口の平均直径を算出することもできる。 In the present invention, the average diameter of the opening of the first monolith in the dry state and the first monolith ion exchanger is measured by a mercury intrusion method. In addition, the average diameter of the opening of the first monolith or the first monolith ion exchanger in the wet state of water is the average diameter of the opening of the first monolith or the first monolith ion exchanger in the dry state. It is a value calculated by multiplication. Specifically, the diameter of the first monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is x1 (mm), and the first monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is dried, The diameter of the obtained first monolith (or monolith ion exchanger) in the dry state is y1 (mm), and the first monolith (or monolith ion exchanger) in the dry state is measured by a mercury intrusion method. Assuming that the average diameter of the opening is z1 (μm), the average diameter (μm) of the opening of the first monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is calculated by the following equation. It is calculated by “average diameter (μm) = z1 × (x1 / y1) of openings of the first monolith (or monolith ion exchanger) in a water-wet state”. Further, the average diameter of the opening of the first monolith in the dry state before the introduction of the ion exchange group, and the water wet state relative to the first monolith in the dry state when the ion exchange group is introduced into the first monolith in the dry state. When the swelling ratio of the first monolith ion exchanger is known, the average diameter of the opening of the first monolith in the dry state is multiplied by the swelling ratio to obtain the average of the opening of the first monolith ion exchanger in the water wet state. The diameter can also be calculated.
第1のモノリス及び第1のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、1〜50ml/g、好適には2〜30ml/gである。全細孔容積が1ml/g未満であると、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、更に、単位断面積当りの透過水量が小さくなり、処理能力が低下してしまうため好ましくない。一方、全細孔容積が50ml/gを超えると、機械的強度が低下して、特に高流速で通水した際にモノリス及びモノリスイオン交換体が大きく変形してしまうため好ましくない。更に、被処理水とモノリス及びモノリスイオン交換体およびそれに担持された白金族金属粒子との接触効率が低下するため、触媒効果も低下してしまうため好ましくない。全細孔容積は、従来の粒子状多孔質イオン交換樹脂では、せいぜい0.1〜0.9ml/gであるから、それを越える従来には無い1〜50ml/gの高細孔容積、高比表面積のものが使用できる。 The total pore volume per weight of the first monolith and the first monolith ion exchanger in the dry state is 1 to 50 ml / g, preferably 2 to 30 ml / g. If the total pore volume is less than 1 ml / g, it is not preferable because the pressure loss at the time of passing water increases, and further, the amount of permeated water per unit cross-sectional area decreases, and the treatment capacity decreases. Absent. On the other hand, if the total pore volume exceeds 50 ml / g, the mechanical strength is lowered, and the monolith and the monolith ion exchanger are greatly deformed particularly when water is passed at a high flow rate. Furthermore, the contact efficiency between the water to be treated, the monolith and the monolith ion exchanger, and the platinum group metal particles supported on the monolith is lowered, and the catalytic effect is also lowered. In the conventional particulate porous ion exchange resin, the total pore volume is 0.1 to 0.9 ml / g at the most. Those having a specific surface area can be used.
なお、第1のモノリス及び第1のモノリスイオン交換体に水を透過させた際の圧力損失は、これを1m充填したカラムに通水線速度(LV)1m/hで通水した際の圧力損失(以下、「差圧係数」と言う。)で示すと、0.005〜0.5MPa/m・LVが好ましく、0.005〜0.05MPa/m・LVであることが特に好ましい。差圧係数及び全細孔容積が上記範囲であれば、これを触媒として用いた場合、被処理水との接触面積が大きく、かつ被処理水の円滑な流通が可能となるため、優れた性能が発揮される。 In addition, the pressure loss at the time of making water permeate | transmit the 1st monolith and the 1st monolith ion exchanger is the pressure at the time of water-flowing at the water flow rate (LV) of 1 m / h through the column which filled this with 1 m. In terms of loss (hereinafter referred to as “differential pressure coefficient”), 0.005 to 0.5 MPa / m · LV is preferable, and 0.005 to 0.05 MPa / m · LV is particularly preferable. If the differential pressure coefficient and the total pore volume are in the above ranges, when this is used as a catalyst, the contact area with the water to be treated is large, and the water to be treated can be smoothly circulated. Is demonstrated.
第1のモノリス及び第1のモノリスイオン交換体において、骨格を構成する材料は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.3〜10モル%、好適には0.3〜5モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が0.3モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、10モル%を越えると、イオン交換基の導入が困難になる場合があるため好ましくない。 In the first monolith and the first monolith ion exchanger, the material constituting the skeleton is an organic polymer material having a crosslinked structure. Although the crosslinking density of the polymer material is not particularly limited, it contains 0.3 to 10 mol%, preferably 0.3 to 5 mol% of crosslinked structural units with respect to all structural units constituting the polymer material. It is preferable. If the cross-linking structural unit is less than 0.3 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 10 mol%, it may be difficult to introduce an ion exchange group.
第1のモノリス及び第1のモノリスイオン交換体の骨格を構成する有機ポリマー材料の種類に特に制限はなく、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリビニルトルエン、ポリビニルベンジルクロライド、ポリビニルビフェニル、ポリビニルナフタレン等の芳香族ビニルポリマー;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン等のポリ(ハロゲン化ポリオレフィン);ポリアクリロニトリル等のニトリル系ポリマー;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸グリシジル、ポリアクリル酸エチル等の(メタ)アクリル系ポリマー等の架橋重合体が挙げられる。上記有機ポリマーは、単独のビニルモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のビニルモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、連続マクロポア構造形成の容易さ、イオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸又はアルカリに対する安定性の高さから、芳香族ビニルポリマーの架橋重合体が好ましく、特に、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体が好ましい材料として挙げられる。 There is no restriction | limiting in particular in the kind of organic polymer material which comprises frame | skeleton of 1st monolith and 1st monolith ion exchanger, For example, polystyrene, poly (alpha-methyl styrene), polyvinyl toluene, polyvinyl benzyl chloride, polyvinyl biphenyl, Aromatic vinyl polymers such as polyvinyl naphthalene; polyolefins such as polyethylene and polypropylene; poly (halogenated polyolefins) such as polyvinyl chloride and polytetrafluoroethylene; nitrile polymers such as polyacrylonitrile; polymethyl methacrylate and polyglycidyl methacrylate And cross-linked polymers such as (meth) acrylic polymers such as polyethyl acrylate. The organic polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single vinyl monomer and a crosslinking agent, a polymer obtained by polymerizing a plurality of vinyl monomers and a crosslinking agent, or two or more kinds of polymers. It may be blended. Among these organic polymer materials, the cross-linking weight of the aromatic vinyl polymer is determined by the ease of forming a continuous macropore structure, the ease of introduction of ion exchange groups and the high mechanical strength, and the high stability to acids or alkalis. A styrene-divinylbenzene copolymer and a vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymer are particularly preferable materials.
第1のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基は、第2のモノリスイオン交換体〜第6のイオン交換体においても同様であり、カチオン交換基又はアニオン交換基である。カチオン交換基としては、カルボン酸基、イミノ二酢酸基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基等が挙げられる。アニオン交換基としては、トリメチルアンモニウム基、トリエチルアンモニウム基、トリブチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシエチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシプロピルアンモニウム基、メチルジヒドロキシエチルアンモニウム基等の四級アンモニウム基や、第三スルホニウム基、ホスホニウム基等が挙げられる。 The ion exchange group introduced into the first monolith ion exchanger is the same in the second monolith ion exchanger to the sixth ion exchanger, and is a cation exchange group or an anion exchange group. Examples of the cation exchange group include a carboxylic acid group, an iminodiacetic acid group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, and a phosphoric ester group. Examples of anion exchange groups include trimethylammonium group, triethylammonium group, tributylammonium group, dimethylhydroxyethylammonium group, dimethylhydroxypropylammonium group, methyldihydroxyethylammonium group, quaternary ammonium group, tertiary sulfonium group, phosphonium group. Etc.
第1のモノリスイオン交換体において(第2のモノリスイオン交換体〜第6のイオン交換体においても同じ)、導入されているイオン交換基は、多孔質体の表面のみならず、多孔質体の骨格内部にまで均一に分布している。ここで言う「イオン交換基が均一に分布している」とは、イオン交換基の分布が少なくともμmオーダーで表面および骨格内部に均一に分布していることを指す。イオン交換基の分布状況であるが、アニオン交換基の場合、対アニオンを塩化物イオン、臭化物イオンなどにイオン交換した後、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer;電子線マイクロアナライザ)を用いることで確認することができ、また、カチオン交換基の場合、例えばスルホン酸基では、EPMAを用いた硫黄原子のマッピングにより、スルホン酸基を確認することができる。また、イオン交換基が、モノリスの表面のみならず、多孔質体の骨格内部にまで均一に分布していると、表面と内部の物理的性質及び化学的性質を均一にできるため、膨潤及び収縮に対する耐久性が向上する。 In the first monolith ion exchanger (the same applies to the second monolith ion exchanger to the sixth ion exchanger), the introduced ion exchange group is not only the surface of the porous body but also the porous body. Evenly distributed even inside the skeleton. Here, “ion exchange groups are uniformly distributed” means that the distribution of ion exchange groups is uniformly distributed on the surface and inside the skeleton in the order of at least μm. This is the distribution of ion exchange groups. In the case of anion exchange groups, the counter anion is ion exchanged with chloride ions, bromide ions, etc., and then confirmed by using EPMA (Electron Probe Micro Analyzer). In the case of a cation exchange group, for example, in the case of a sulfonic acid group, the sulfonic acid group can be confirmed by mapping a sulfur atom using EPMA. In addition, if the ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the monolith but also within the skeleton of the porous body, the physical and chemical properties of the surface and the interior can be made uniform, so that the swelling and shrinkage can be achieved. The durability against is improved.
第1のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は、0.5〜5.0mg当量/gである。乾燥状態での重量当りのイオン交換容量が、上記範囲にあれば、OH形のアニオン交換基をもつモノリスイオン交換体の場合、触媒担体近傍の塩基性度が高くなり、過酸化水素分解特性又は溶存酸素除去特性が高くなる。なお、乾燥状態での重量当りのイオン交換容量が5.0mg当量/gを超えると、イオン形の変化によるモノリスイオン交換体の膨潤及び収縮の体積変化が大きくなり過ぎ易い。なお、第1のモノリスイオン交換体の水湿潤状態における体積当りのイオン交換容量は特に限定されないが、通常、0.05〜0.5mg当量/mlである。なお、イオン交換基が表面のみに導入された多孔質体のイオン交換容量は、多孔質体やイオン交換基の種類により一概には決定できないものの、せいぜい500μg当量/gである。 The ion exchange capacity per weight of the first monolith ion exchanger in the dry state is 0.5 to 5.0 mg equivalent / g. If the ion exchange capacity per weight in the dry state is in the above range, in the case of a monolith ion exchanger having an OH-type anion exchange group, the basicity in the vicinity of the catalyst support increases, and the hydrogen peroxide decomposition characteristics or Increases dissolved oxygen removal properties. In addition, when the ion exchange capacity per weight in a dry state exceeds 5.0 mg equivalent / g, the volume change of swelling and shrinkage of the monolith ion exchanger due to the change of the ion form tends to be too large. The ion exchange capacity per volume of the first monolith ion exchanger in the wet state is not particularly limited, but is usually 0.05 to 0.5 mg equivalent / ml. Note that the ion exchange capacity of the porous body in which the ion exchange group is introduced only on the surface cannot be determined unconditionally depending on the kind of the porous body or the ion exchange group, but is at most 500 μg equivalent / g.
<第1のモノリス及び第1のモノリスイオン交換体の製造方法>
第1のモノリスの製造方法としては、特に制限されないが、特開2002−306976号公報記載の方法に準じた、製造方法の一例を以下示す。すなわち、第1のモノリスは、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤、水及び必要に応じて重合開始剤とを混合し、油中水滴型エマルジョンを得、これを重合させてモノリスを形成することにより得られる。このような、第1のモノリスの製造方法は、モノリスの多孔構造の制御が容易である点で、好ましい。
<Method for producing first monolith and first monolith ion exchanger>
Although it does not restrict | limit especially as a manufacturing method of a 1st monolith, An example of the manufacturing method according to the method of Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-306976 is shown below. That is, the first monolith is prepared by mixing an oil-soluble monomer not containing an ion exchange group, a surfactant, water and a polymerization initiator as necessary to obtain a water-in-oil emulsion and polymerizing the emulsion. Is obtained. Such a manufacturing method of the first monolith is preferable in that the porous structure of the monolith can be easily controlled.
第1のモノリスの製造で用いられるイオン交換基を含まない油溶性モノマーとしては、カルボン酸基、スルホン酸基等のカチオン交換基及び四級アンモニウム基等のアニオン交換基のいずれも含まず、水に対する溶解性が低く、親油性のモノマーを指すものである。これらモノマーの具体例としては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ジビニルベンゼン、エチレン、プロピレン、イソブテン、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン、塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、酢酸ビニル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、トリメチロールプロパントリアクリレート、ブタンジオールジアクリレート、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸グリシジル、エチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これらモノマーは、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。ただし、本発明においては、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート等の架橋性モノマーを少なくとも油溶性モノマーの一成分として選択し、その含有量を全油溶性モノマー中、0.3〜10モル%、好適には0.3〜5モル%とすることが、後の工程でイオン交換基を定量的に導入し、かつ、実用的に十分な機械的強度を確保できる点で好ましい。 The oil-soluble monomer that does not contain an ion exchange group used in the production of the first monolith contains neither a cation exchange group such as a carboxylic acid group or a sulfonic acid group nor an anion exchange group such as a quaternary ammonium group, This refers to a lipophilic monomer that has a low solubility in water. Specific examples of these monomers include styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, divinyl benzene, ethylene, propylene, isobutene, butadiene, isoprene, chloroprene, vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride, tetrafluoroethylene. , Acrylonitrile, methacrylonitrile, vinyl acetate, methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, trimethylolpropane triacrylate, butanediol diacrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate , Butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, benzyl methacrylate, glycidyl methacrylate, ethylene glycol dimethyl ester Acrylate, and the like. These monomers can be used singly or in combination of two or more. However, in the present invention, a crosslinkable monomer such as divinylbenzene or ethylene glycol dimethacrylate is selected as at least one component of the oil-soluble monomer, and its content is preferably 0.3 to 10 mol% in the total oil-soluble monomer. Is preferably 0.3 to 5 mol% from the viewpoint of quantitatively introducing ion-exchange groups in a later step and securing a practically sufficient mechanical strength.
第1のモノリスの製造で用いられる界面活性剤は、イオン交換基を含まない油溶性モノマーと水とを混合した際に、油中水滴型(W/O)エマルジョンを形成できるものであれば特に制限はなく、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート等の非イオン界面活性剤;オレイン酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、スルホコハク酸ジオクチルナトリウム等の陰イオン界面活性剤;ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド等の陽イオン界面活性剤;ラウリルジメチルベタイン等の両性界面活性剤を用いることができる。これら界面活性剤は一種単独又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。なお、油中水滴型エマルジョンとは、油相が連続相となり、その中に水滴が分散しているエマルジョンを言う。上記界面活性剤の添加量としては、油溶性モノマーの種類および目的とするエマルジョン粒子(マクロポア)の大きさによって大幅に変動するため一概には言えないが、油溶性モノマーと界面活性剤の合計量に対して約2〜70%の範囲で選択することができる。また、必ずしも必須ではないが、モノリスの気泡形状やサイズを制御するために、メタノール、ステアリルアルコール等のアルコール;ステアリン酸等のカルボン酸;オクタン、ドデカン、トルエン等の炭化水素;テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテルを系内に共存させることもできる。 The surfactant used in the production of the first monolith is not particularly limited as long as it can form a water-in-oil (W / O) emulsion when an oil-soluble monomer containing no ion exchange group and water are mixed. There is no limitation, such as sorbitan monooleate, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan trioleate, polyoxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene sorbitan monooleate Nonionic surfactants; Anionic surfactants such as potassium oleate, sodium dodecylbenzenesulfonate, dioctyl sodium sulfosuccinate; cationic surfactants such as distearyldimethylammonium chloride; lauryldimethylbetaine, etc. It can be used sex surfactant. These surfactants can be used singly or in combination of two or more. The water-in-oil emulsion refers to an emulsion in which an oil phase is a continuous phase and water droplets are dispersed therein. The amount of the surfactant added may vary depending on the type of oil-soluble monomer and the size of the target emulsion particles (macropores), but it cannot be generally stated, but the total amount of oil-soluble monomer and surfactant Can be selected within a range of about 2 to 70%. Moreover, although not necessarily essential, in order to control the bubble shape and size of the monolith, alcohols such as methanol and stearyl alcohol; carboxylic acids such as stearic acid; hydrocarbons such as octane, dodecane and toluene; tetrahydrofuran, dioxane and the like Cyclic ether can coexist in the system.
また、第1のモノリスの製造において、重合によりモノリスを形成する際、必要に応じて用いられる重合開始剤は、熱及び光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は水溶性であっても油溶性であってもよく、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル、アゾビスシクロヘキサンニトリル、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、過酸化ベンゾイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素−塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム−酸性亜硫酸ナトリウム、テトラメチルチウラムジスルフィド等が挙げられる。ただし、場合によっては、重合開始剤を添加しなくても加熱のみや光照射のみで重合が進行する系もあるため、そのような系では重合開始剤の添加は不要である。 In the production of the first monolith, when forming the monolith by polymerization, a compound that generates radicals by heat and light irradiation is suitably used as the polymerization initiator used as necessary. The polymerization initiator may be water-soluble or oil-soluble. For example, azobisisobutyronitrile, azobisdimethylvaleronitrile, azobiscyclohexanenitrile, azobiscyclohexanecarbonitrile, benzoyl peroxide, persulfate Examples include potassium, ammonium persulfate, hydrogen peroxide-ferrous chloride, sodium persulfate-sodium acid sulfite, and tetramethylthiuram disulfide. However, in some cases, there is a system in which the polymerization proceeds only by heating or light irradiation without adding a polymerization initiator, and in such a system, the addition of the polymerization initiator is unnecessary.
第1のモノリスの製造において、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤、水及び重合開始剤とを混合し、油中水滴型エマルジョンを形成させる際の混合方法としては、特に制限はなく、各成分を一括して一度に混合する方法、油溶性モノマー、界面活性剤及び油溶性重合開始剤である油溶性成分と、水や水溶性重合開始剤である水溶性成分とを別々に均一溶解させた後、それぞれの成分を混合する方法などが使用できる。エマルジョンを形成させるための混合装置についても特に制限はなく、通常のミキサー、ホモジナイザー、高圧ホモジナイザーや、被処理物を混合容器に入れ、該混合容器を傾斜させた状態で公転軸の周りに公転させながら自転させることで、被処理物を攪拌混合する、所謂遊星式攪拌装置等を用いることができ、目的のエマルジョン粒径を得るのに適切な装置を選択すればよい。また、混合条件についても特に制限はなく、目的のエマルジョン粒径を得ることができる攪拌回転数や攪拌時間を、任意に設定することができる。これらの混合装置のうち、遊星式攪拌装置はW/Oエマルジョン中の水滴を均一に生成させることができ、その平均径を幅広い範囲で任意に設定できるため、好ましく用いられる。 In the production of the first monolith, the mixing method for mixing the oil-soluble monomer not containing an ion exchange group, a surfactant, water and a polymerization initiator to form a water-in-oil emulsion is not particularly limited. Without mixing each component at once, oil-soluble monomer, surfactant and oil-soluble polymerization initiator oil-soluble component and water or water-soluble polymerization initiator water-soluble component separately After uniformly dissolving, a method of mixing each component can be used. There is no particular limitation on the mixing apparatus for forming the emulsion, and ordinary mixers, homogenizers, high-pressure homogenizers, and objects to be treated are placed in a mixing container, and the mixing container is tilted and revolved around the revolution axis. While rotating, a so-called planetary stirring device that stirs and mixes the object to be processed can be used, and an appropriate device may be selected to obtain the desired emulsion particle size. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about mixing conditions, The stirring rotation speed and stirring time which can obtain the target emulsion particle size can be set arbitrarily. Among these mixing apparatuses, the planetary stirring apparatus is preferably used because it can uniformly generate water droplets in the W / O emulsion and can arbitrarily set the average diameter within a wide range.
第1のモノリスの製造において、このようにして得られた油中水滴型エマルジョンを重合させる重合条件は、モノマーの種類、開始剤系により様々な条件が選択できる。例えば、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル、過酸化ベンゾイル、過硫酸カリウム等を用いたときには、不活性雰囲気下の密封容器内において、30〜100℃で1〜48時間、加熱重合させればよく、開始剤として過酸化水素−塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム−酸性亜硫酸ナトリウム等を用いたときには、不活性雰囲気下の密封容器内において、0〜30℃で1〜48時間重合させればよい。重合終了後、内容物を取り出し、イソプロパノール等の溶剤でソックスレー抽出し、未反応モノマーと残留界面活性剤を除去して第1のモノリスを得る。 In the production of the first monolith, various polymerization conditions for polymerizing the water-in-oil emulsion thus obtained can be selected depending on the type of monomer and the initiator system. For example, when azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, potassium persulfate, or the like is used as a polymerization initiator, it can be heated and polymerized at 30 to 100 ° C. for 1 to 48 hours in a sealed container under an inert atmosphere. When hydrogen peroxide-ferrous chloride, sodium persulfate-sodium acid sulfite, etc. are used as initiators, polymerization can be carried out at 0-30 ° C. for 1-48 hours in a sealed container under an inert atmosphere. That's fine. After completion of the polymerization, the content is taken out and subjected to Soxhlet extraction with a solvent such as isopropanol to remove the unreacted monomer and the remaining surfactant to obtain a first monolith.
第1のモノリスイオン交換体の製造方法としては、特に制限されず、上記第1のモノリスの製造方法において、イオン交換基を含まないモノマーに代えて、イオン交換基を含むモノマー、例えば、上記イオン交換基を含まない油溶性モノマーに、カルボン酸基、スルホン酸基等のカチオン交換基又は四級アンモニウム基等のアニオン交換基が導入されているモノマーを用いて重合させ、一段階でモノリスイオン交換体にする方法、イオン交換基を含まないモノマーを用いて重合させ第1のモノリスを形成し、次いで、イオン交換基を導入する方法などが挙げられる。これらの方法のうち、イオン交換基を含まないモノマーを用いて重合させ第1のモノリスを形成し、次いで、イオン交換基を導入する方法は、モノリスイオン交換体の多孔構造の制御が容易であり、イオン交換基の定量的導入も可能であるため好ましい。 The method for producing the first monolith ion exchanger is not particularly limited. In the first monolith production method, instead of the monomer not containing an ion exchange group, a monomer containing an ion exchange group, for example, the above ion Monolith ion exchange is performed in one step by polymerizing an oil-soluble monomer that does not contain an exchange group with a monomer having a cation exchange group such as a carboxylic acid group or a sulfonic acid group or an anion exchange group such as a quaternary ammonium group. And a method of polymerizing with a monomer not containing an ion exchange group to form a first monolith and then introducing an ion exchange group. Among these methods, the method of polymerizing using a monomer not containing an ion exchange group to form the first monolith and then introducing the ion exchange group makes it easy to control the porous structure of the monolith ion exchanger. It is preferable because quantitative introduction of ion exchange groups is possible.
第1のモノリスにイオン交換基を導入する方法としては、特に制限はなく、高分子反応やグラフト重合等の公知の方法を用いることができる。例えば、四級アンモニウム基を導入する方法としては、モノリスがスチレン−ジビニルベンゼン共重合体等であればクロロメチルメチルエーテル等によりクロロメチル基を導入した後、三級アミンと反応させ導入する方法;モノリスをクロロメチルスチレンとジビニルベンゼンの共重合により製造し、三級アミンと反応させ導入する方法;モノリスにラジカル開始基や連鎖移動基を導入し、N,N,N−トリメチルアンモニウムエチルアクリレートやN,N,N−トリメチルアンモニウムプロピルアクリルアミドをグラフト重合する方法;同様にグリシジルメタクリレートをグラフト重合した後、官能基変換により四級アンモニウム基を導入する方法等が挙げられる。これらの方法のうち、四級アンモニウム基を導入する方法としては、スチレン-ジビニルベンゼン共重合体にクロロメチルメチルエーテル等によりクロロメチル基を導入した後、三級アミンと反応させる方法やクロロメチルスチレンとジビニルベンゼンの共重合によりモノリスを製造し、三級アミンと反応させる方法が、イオン交換基を均一かつ定量的に導入できる点で好ましい。なお、導入するアニオン交換基としては、トリメチルアンモニウム基、トリエチルアンモニウム基、トリブチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシエチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシプロピルアンモニウム基、メチルジヒドロキシエチルアンモニウム基等の四級アンモニウム基や、第三スルホニウム基、ホスホニウム基等が挙げられる。また、例えば、スルホン酸基を導入する方法としては、モノリスがスチレン−ジビニルベンゼン共重合体等であればクロロ硫酸や濃硫酸、発煙硫酸を用いてスルホン化する方法;モノリスに均一にラジカル開始基や連鎖移動基を骨格表面及び骨格内部に導入し、スチレンスルホン酸ナトリウムやアクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸をグラフト重合する方法;同様にグリシジルメタクリレートをグラフト重合した後、官能基変換によりスルホン酸基を導入する方法等が挙げられる。これらの方法のうち、クロロ硫酸を用いてスチレン−ジビニルベンゼン共重合体にスルホン酸を導入する方法が、イオン交換基を均一かつ定量的に導入できる点で好ましい。なお、導入するイオン交換基としては、カルボン酸基、イミノ二酢酸基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基等のカチオン交換基が挙げられる。 There is no restriction | limiting in particular as a method to introduce | transduce an ion exchange group into a 1st monolith, Well-known methods, such as a polymer reaction and graft polymerization, can be used. For example, as a method of introducing a quaternary ammonium group, if the monolith is a styrene-divinylbenzene copolymer or the like, a chloromethyl group is introduced with chloromethyl methyl ether or the like and then reacted with a tertiary amine for introduction; Monolith is produced by copolymerization of chloromethylstyrene and divinylbenzene and introduced by reacting with a tertiary amine; radical initiation group or chain transfer group is introduced into monolith, and N, N, N-trimethylammonium ethyl acrylate or N , N, N-trimethylammonium propylacrylamide; a method of grafting glycidyl methacrylate in the same manner and then introducing a quaternary ammonium group by functional group conversion. Among these methods, the method of introducing a quaternary ammonium group includes a method of introducing a chloromethyl group into a styrene-divinylbenzene copolymer with chloromethyl methyl ether and then reacting with a tertiary amine, or chloromethylstyrene. A method of producing a monolith by copolymerization with divinylbenzene and reacting with a tertiary amine is preferable in that the ion exchange groups can be introduced uniformly and quantitatively. Examples of anion exchange groups to be introduced include quaternary ammonium groups such as trimethylammonium group, triethylammonium group, tributylammonium group, dimethylhydroxyethylammonium group, dimethylhydroxypropylammonium group, methyldihydroxyethylammonium group, and tertiary sulfonium. Group, phosphonium group and the like. Further, for example, as a method for introducing a sulfonic acid group, if the monolith is a styrene-divinylbenzene copolymer or the like, a method of sulfonation using chlorosulfuric acid, concentrated sulfuric acid, or fuming sulfuric acid; And a method of grafting sodium styrene sulfonate or acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid by introducing a chain transfer group into the skeleton surface or inside the skeleton; Similarly, after graft polymerization of glycidyl methacrylate, the sulfonic acid group is converted by functional group conversion. The method etc. which introduce | transduce are mentioned. Among these methods, the method of introducing sulfonic acid into the styrene-divinylbenzene copolymer using chlorosulfuric acid is preferable in that the ion exchange groups can be introduced uniformly and quantitatively. Examples of ion exchange groups to be introduced include cation exchange groups such as carboxylic acid groups, iminodiacetic acid groups, sulfonic acid groups, phosphoric acid groups, and phosphoric acid ester groups.
<第2のモノリス及び第2のモノリスイオン交換体の説明>
本発明の白金族金属触媒において、白金族金属粒子の担体となる第2のモノリス及び第2のモノリスイオン交換体は、粒子凝集型モノリスであり、平均粒子径が水湿潤状態で1〜50μmの有機ポリマー粒子が凝集して三次元的に連続した骨格部分を形成し、その骨格間に平均直径が水湿潤状態で20〜100μmの三次元的に連続した空孔を有し、乾燥状態での全細孔容積が1〜5ml/gである有機多孔質体である。また、第2のモノリスイオン交換体は、イオン交換基を有しており、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が0.3〜1.0mg当量/mlであり、イオン交換基が該有機多孔質イオン交換体中に均一に分布しているモノリスイオン交換体である。
<Description of Second Monolith and Second Monolith Ion Exchanger>
In the platinum group metal catalyst of the present invention, the second monolith and the second monolith ion exchanger serving as a support for the platinum group metal particles are particle agglomerated monoliths having an average particle diameter of 1 to 50 μm in a wet state in water. Organic polymer particles aggregate to form a three-dimensionally continuous skeleton part, and between the skeletons, there are three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 20 to 100 μm in a water-wet state. It is an organic porous body having a total pore volume of 1 to 5 ml / g. Further, the second monolith ion exchanger has an ion exchange group, an ion exchange capacity per volume in a water-wet state is 0.3 to 1.0 mg equivalent / ml, and the ion exchange group has the ion exchange group. A monolithic ion exchanger uniformly distributed in an organic porous ion exchanger.
第2のモノリス及び第2モノリスイオン交換体の基本構造は、架橋構造単位を有する平均粒子径が水湿潤状態で1〜50μm、好ましくは1〜30μmの有機ポリマー粒子が凝集して三次元的に連続した骨格部分を形成し、その骨格間に平均直径が水湿潤状態で20〜100μm、好ましくは20〜90μmの三次元的に連続した空孔を有する粒子凝集型構造であり、当該三次元的に連続した空孔が液体や気体の流路となる。図2には、第2のモノリスの形態例のSEM写真を示すが、図2に示す第2のモノリスは、有機ポリマー粒子が凝集して三次元的に連続した骨格部分を形成し、その骨格間に三次元的に連続した空孔を有する粒子凝集型構造である。有機ポリマー粒子の平均粒子径が水湿潤状態で1μm未満であると、骨格間の連続した空孔の平均直径が水湿潤状態で20μm未満と小さくなってしまうため好ましくなく、50μmを超えると、被処理水とモノリス又はモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、その結果、過酸化水素分解効果又は溶存酸素除去効果が低下してしまうため好ましくない。また、骨格間に存在する三次元的に連続した空孔の平均直径が水湿潤状態で20μm未満であると、被処理水を透過させた際の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、一方、100μmを越えると、被処理水とモノリス又はモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、過酸化水素分解特性又は溶存酸素除去特性が低下してしまうため好ましくない。 The basic structure of the second monolith and the second monolith ion exchanger is a three-dimensional structure in which organic polymer particles having an average particle diameter of 1 to 50 μm, preferably 1 to 30 μm in a wet state are aggregated. It is a particle aggregation type structure in which continuous skeleton parts are formed and three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 20 to 100 μm, preferably 20 to 90 μm, between the skeletons in a water-wet state. The continuous pores become a flow path for liquid or gas. FIG. 2 shows an SEM photograph of a form example of the second monolith. In the second monolith shown in FIG. 2, organic polymer particles aggregate to form a three-dimensional continuous skeleton portion. It is a particle aggregation type structure having three-dimensionally continuous pores between them. If the average particle diameter of the organic polymer particles is less than 1 μm in the water-wet state, the average diameter of the continuous pores between the skeletons will be less than 20 μm in the water-wet state, which is not preferable. The contact between the treated water and the monolith or monolith ion exchanger becomes insufficient, and as a result, the hydrogen peroxide decomposition effect or the dissolved oxygen removal effect is lowered, which is not preferable. Further, if the average diameter of the three-dimensionally continuous pores existing between the skeletons is less than 20 μm in the water-wet state, it is not preferable because the pressure loss when the treated water is permeated increases. If the thickness exceeds 100 μm, the contact between the water to be treated and the monolith or monolith ion exchanger becomes insufficient, and the hydrogen peroxide decomposition characteristics or dissolved oxygen removal characteristics deteriorate, which is not preferable.
なお、第2のモノリス及び第2のモノリスイオン交換体の骨格部分を構成する有機ポリマー粒子の乾燥状態での平均粒子径は、SEMを用いることで簡便に測定される。また、水湿潤状態の第2のモノリス又は第2のモノリスイオン交換体の骨格部分を構成する有機ポリマー粒子の平均粒子径は、乾燥状態の第2のモノリス又は第2のモノリスイオン交換体の骨格部分を構成する有機ポリマー粒子の平均粒子径に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、先ず、乾燥状態の第2のモノリス又は第2のモノリスイオン交換体の断面の任意に抽出した部分のSEM写真を撮り、そのSEM写真中の全粒子の有機ポリマー粒子の直径を測定して、乾燥状態の第2のモノリス又は第2のモノリスイオン交換体中の有機ポリマー粒子の平均粒子径を測定する。次いで、得られた乾燥状態の有機ポリマー粒子の平均粒子径に、膨潤率を乗じて、水湿潤状態の第2のモノリス又は第2のモノリスイオン交換体中の有機ポリマー粒子の平均粒子径を算出する。例えば、水湿潤状態の第2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がx1(mm)であり、その水湿潤状態の第2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を乾燥させ、得られる乾燥状態の第2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がy1(mm)であり、この乾燥状態の第2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の断面のSEM写真を撮り、そのSEM写真中の全粒子の有機ポリマー粒子の直径を測定したときの平均粒子径がz1(μm)であったとすると、水湿潤状態の第2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)中の有機ポリマー粒子の平均粒子径(μm)は、次式「水湿潤状態の第2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)中の有機ポリマー粒子の平均粒子径(μm)=z1×(x1/y1)」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の第2のモノリス中の有機ポリマー粒子の平均粒子径、及びその乾燥状態の第2のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の第2のモノリスに対する水湿潤状態の第2のモノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態の第2のモノリス中の有機ポリマー粒子の平均粒子径に、膨潤率を乗じて、水湿潤状態の第2のモノリスイオン交換体中の有機ポリマー粒子の平均粒子径を算出することもできる。 In addition, the average particle diameter in the dry state of the organic polymer particle which comprises the frame | skeleton part of a 2nd monolith and a 2nd monolith ion exchanger is simply measured by using SEM. The average particle diameter of the organic polymer particles constituting the skeleton part of the second monolith in the water-wet state or the second monolith ion exchanger is the skeleton of the second monolith in the dry state or the second monolith ion exchanger. This is a value calculated by multiplying the average particle diameter of the organic polymer particles constituting the portion by the swelling rate. Specifically, first, an SEM photograph of an arbitrarily extracted portion of the cross section of the second monolith or the second monolith ion exchanger in a dry state is taken, and the diameter of the organic polymer particles of all particles in the SEM photograph is determined. The average particle size of the organic polymer particles in the dried second monolith or the second monolith ion exchanger is measured. Next, the average particle diameter of the organic polymer particles in the second monolith or the second monolith ion exchanger in the water wet state is calculated by multiplying the average particle diameter of the obtained organic polymer particles in the dry state by the swelling ratio. To do. For example, the diameter of the second monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is x1 (mm), the second monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is dried, and the resulting drying The diameter of the second monolith (or monolith ion exchanger) in the state is y1 (mm), and an SEM photograph of a cross section of the second monolith (or monolith ion exchanger) in the dry state is taken, in the SEM photograph If the average particle diameter when measuring the diameter of the organic polymer particles of all the particles is z1 (μm), the average particle of the organic polymer particles in the second monolith (or monolith ion exchanger) in a water-wet state The diameter (μm) is calculated by the following formula “average particle diameter of organic polymer particles (μm) = z1 × (x1 / y1) in the second monolith (or monolith ion exchanger) in a water-wet state” ”. . Further, the average particle diameter of the organic polymer particles in the second monolith in the dry state before the introduction of the ion exchange group, and the second monolith in the dry state when the ion exchange group is introduced into the second monolith in the dry state When the swelling ratio of the second monolith ion exchanger in the water wet state is known, the average particle diameter of the organic polymer particles in the second monolith in the dry state is multiplied by the swelling ratio to obtain the second wet water state second monolith. The average particle diameter of the organic polymer particles in the monolith ion exchanger can also be calculated.
また、乾燥状態の第2のモノリスの骨格間に存在する三次元的に連続した空孔の平均直径又は乾燥状態の第2のモノリスイオン交換体の骨格間に存在する三次元的に連続した空孔の平均直径は、水銀圧入法により求められ、水銀圧入法により得られた細孔分布曲線の極大値を指す。また、水湿潤状態の第2のモノリス又は第2のモノリスイオン交換体の骨格間に存在する三次元的に連続した空孔の平均直径は、乾燥状態の第2のモノリス又は第2のモノリスイオン交換体の骨格間に存在する三次元的に連続した空孔の平均直径に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態の第2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がx2(mm)であり、その水湿潤状態の第2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を乾燥させ、得られる乾燥状態の第2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がy2(mm)であり、この乾燥状態の第2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を水銀圧入法により測定したときの骨格間に存在する三次元的に連続した空孔の平均直径がz2(μm)であったとすると、水湿潤状態の第2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の骨格間に存在する三次元的に連続した空孔の平均直径(μm)は、次式「水湿潤状態の第2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の骨格間に存在する三次元的に連続した空孔の平均直径(μm)=z2×(x2/y2)」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の第2のモノリスの骨格間に存在する三次元的に連続した空孔の平均直径、及びその乾燥状態の第2のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の第2のモノリスに対する水湿潤状態の第2のモノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態の第2のモノリスの骨格間に存在する三次元的に連続した空孔の平均直径に、膨潤率を乗じて、水湿潤状態の第2のモノリスイオン交換体の骨格間に存在する三次元的に連続した空孔の平均直径を算出することもできる。 In addition, the average diameter of three-dimensionally continuous pores existing between the skeletons of the second monolith in the dry state or the three-dimensionally continuous voids existing between the skeletons of the second monolith ion exchanger in the dry state. The average diameter of the pores is obtained by the mercury intrusion method, and indicates the maximum value of the pore distribution curve obtained by the mercury intrusion method. The average diameter of the three-dimensionally continuous pores existing between the skeletons of the second monolith or the second monolith ion exchanger in the water wet state is the second monolith or the second monolith ion in the dry state. This is a value calculated by multiplying the average diameter of three-dimensionally continuous pores existing between the skeletons of the exchanger by the swelling rate. Specifically, the diameter of the second monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is x2 (mm), and the second monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is dried, The diameter of the resulting dried second monolith (or monolith ion exchanger) is y2 (mm), and this dried second monolith (or monolith ion exchanger) is measured by mercury porosimetry. If the average diameter of three-dimensionally continuous pores existing between the skeletons is z2 (μm), the three-dimensional ones existing between the skeletons of the second monolith (or monolith ion exchanger) in a water-wet state. The average diameter (μm) of the continuous pores in the three-dimensionally continuous pores existing between the skeletons of the second monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state (μm) ) = Z2 × (x2 y2) "is calculated by. In addition, the average diameter of three-dimensionally continuous pores existing between the skeletons of the second monolith in the dry state before the introduction of the ion exchange group, and when the ion exchange group is introduced into the second monolith in the dry state If the swelling ratio of the water-wet second monolith ion exchanger relative to the dry second monolith is known, then the average of the three-dimensional continuous pores present between the skeletons of the dry second monolith It is also possible to calculate the average diameter of three-dimensionally continuous pores existing between the skeletons of the second monolithic ion exchanger in the water wet state by multiplying the diameter by the swelling rate.
第2のモノリス及び第2のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、1〜5ml/gである。全細孔容積が1ml/g未満であると、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、更に、単位断面積当りの透過水量が小さくなり、処理能力が低下してしまうため好ましくない。一方、全細孔容積が5ml/gを超えると、機械的強度が低下して、特に高流速で通水した際にモノリス及びモノリスイオン交換体が大きく変形してしまう点で、好ましくない。 The total pore volume per weight in the dry state of the second monolith and the second monolith ion exchanger is 1-5 ml / g. If the total pore volume is less than 1 ml / g, it is not preferable because the pressure loss at the time of passing water increases, and further, the amount of permeated water per unit cross-sectional area decreases, and the treatment capacity decreases. Absent. On the other hand, if the total pore volume exceeds 5 ml / g, the mechanical strength is lowered, and the monolith and the monolith ion exchanger are greatly deformed particularly when water is passed at a high flow rate.
第2のモノリス及び第2のモノリスイオン交換体に水を透過させた際の圧力損失は、これを1m充填したカラムに通水線速度(LV)1m/hで通水した際の圧力損失(以下、「差圧係数」と言う。)で示すと、0.005〜0.1MPa/m・LVであることが好ましく、0.005〜0.05MPa/m・LVであることが特に好ましい。差圧係数及び全細孔容積が上記範囲にあれば、これを触媒として用いた場合、被処理水との接触面積が大きく、かつ被処理水の円滑な流通が可能となるため、優れた性能が発揮できる。 The pressure loss when water is permeated through the second monolith and the second monolith ion exchanger is the pressure loss when water is passed through a column packed with 1 m at a water flow velocity (LV) of 1 m / h ( Hereinafter, it is referred to as “differential pressure coefficient”.) 0.005 to 0.1 MPa / m · LV is preferable, and 0.005 to 0.05 MPa / m · LV is particularly preferable. If the differential pressure coefficient and the total pore volume are in the above ranges, when this is used as a catalyst, the contact area with the water to be treated is large, and the water to be treated can be smoothly circulated. Can be demonstrated.
第2のモノリス及び第2のモノリスイオン交換体において、骨格部分の材料は、架橋構造単位を有する有機ポリマー材料である。すなわち、該有機ポリマー材料は、ビニルモノマーからなる構成単位と、分子中に2個以上のビニル基を有する架橋剤構造単位とを有するものであり、該ポリマー材料は、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、1〜5モル%、好適には1〜4モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が1モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、5モル%を越えると、上記骨格間に三次元的に連続して存在する空孔径が小さくなってしまい、圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。 In the second monolith and the second monolith ion exchanger, the material of the skeleton portion is an organic polymer material having a crosslinked structural unit. That is, the organic polymer material has a constitutional unit composed of a vinyl monomer and a cross-linking agent structural unit having two or more vinyl groups in the molecule, and the polymer material comprises all the constitutions constituting the polymer material. It is preferable that 1 to 5 mol%, preferably 1 to 4 mol% of a crosslinked structural unit is contained with respect to the unit. When the cross-linking structural unit is less than 1 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. On the other hand, when it exceeds 5 mol%, the pore diameter that exists three-dimensionally continuously between the skeletons is reduced. Therefore, the pressure loss increases, which is not preferable.
第2のモノリス及び第2のモノリスイオン交換体の骨格を構成するポリマー材料の種類は、特に制限はなく、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリビニルベンジルクロライド等のスチレン系ポリマー;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン等のポリ(ハロゲン化ポリオレフィン);ポリアクリロニトリル等のニトリル系ポリマー;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸グリシジル、ポリアクリル酸エチル等の(メタ)アクリル系ポリマー;スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体等が挙げられる。上記ポリマーは、単独のモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、粒子凝集構造の形成の容易さ、イオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸又はアルカリに対する安定性の高さから、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体が好ましい材料として挙げられる。 The type of the polymer material constituting the skeleton of the second monolith and the second monolith ion exchanger is not particularly limited. For example, styrene-based polymers such as polystyrene, poly (α-methylstyrene), polyvinylbenzyl chloride; polyethylene Polyolefins such as polypropylene; poly (halogenated polyolefins) such as polyvinyl chloride and polytetrafluoroethylene; nitrile polymers such as polyacrylonitrile; (meth) such as polymethyl methacrylate, polyglycidyl methacrylate, and polyethyl acrylate Acrylic polymers; styrene-divinylbenzene copolymer, vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymer and the like. The polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single monomer and a crosslinking agent, or may be a polymer obtained by polymerizing a plurality of monomers and a crosslinking agent, and two or more kinds of polymers are blended. It may be a thing. Among these organic polymer materials, styrene-divinylbenzene copolymer is used because of its easy formation of particle aggregate structure, ease of ion exchange group introduction and high mechanical strength, and high stability against acid or alkali. Preferred materials include a polymer and a vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymer.
第2のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基は、第1のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基と同様である。 The ion exchange group introduced into the second monolith ion exchanger is the same as the ion exchange group introduced into the first monolith ion exchanger.
第2のモノリスイオン交換体において、導入されたイオン交換基は、第1のモノリスイオン交換体と同様に、多孔質体の表面のみならず、多孔質体の骨格内部にまで均一に分布している。 In the second monolith ion exchanger, the introduced ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the porous body but also inside the skeleton of the porous body, as in the first monolith ion exchanger. Yes.
第2のモノリスイオン交換体のイオン交換容量は、水湿潤状態での体積当り0.3〜1.0mg当量/mlである。第2のモノリスイオン交換体は、圧力損失を低く押さえたままで体積当りのイオン交換容量を格段に大きくすることができる。水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が、上記範囲にあれば、OH形のアニオン交換基をもつモノリスイオン交換体の場合、触媒担体近傍の塩基性度が高くなり、過酸化水素分解特性又は溶存酸素除去特性が高くなる。なお、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が1.0mg当量/mlを超えると、イオン形の変化によるモノリスイオン交換体の膨潤及び収縮の体積変化が大きくなり過ぎ易い。なお、第2のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当りのイオン交換容量は特に限定されないが、イオン交換基を多孔質体の表面及び骨格内部にまで均一に導入しているため、3〜5mg当量/gの値を示す。 The ion exchange capacity of the second monolith ion exchanger is 0.3 to 1.0 mg equivalent / ml per volume in a water-wet state. The second monolith ion exchanger can significantly increase the ion exchange capacity per volume while keeping the pressure loss low. If the ion exchange capacity per volume under water wet condition is in the above range, in the case of a monolith ion exchanger having an OH-type anion exchange group, the basicity in the vicinity of the catalyst support becomes high, and hydrogen peroxide decomposition characteristics Or the dissolved oxygen removal property becomes high. In addition, when the ion exchange capacity per volume in a water-wet state exceeds 1.0 mg equivalent / ml, the volume change of swelling and shrinkage of the monolith ion exchanger due to the change of the ion form tends to be too large. In addition, the ion exchange capacity per weight in the dry state of the second monolith ion exchanger is not particularly limited, but since the ion exchange groups are uniformly introduced to the surface of the porous body and the inside of the skeleton, A value of 5 mg equivalent / g is shown.
<第2のモノリス及び第2のモノリスイオン交換体の製造方法>
第2のモノリスの製造方法としては、ビニルモノマー、特定量の架橋剤、有機溶媒および重合開始剤とを混合し、静置状態でこれを重合させることにより、第2のモノリスを得る方法が挙げられる。
<Method for Producing Second Monolith and Second Monolith Ion Exchanger>
As a method for producing the second monolith, a method of obtaining a second monolith by mixing a vinyl monomer, a specific amount of a crosslinking agent, an organic solvent and a polymerization initiator and polymerizing them in a stationary state can be mentioned. It is done.
第2のモノリスの製造に用いられるビニルモノマーとしては、分子中に重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒に対する溶解性が高い親油性のモノマーであれば、特に制限はない。これらビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド等のスチレン系モノマー;エチレン、プロピレン、1-ブテン、イソブテン等のα-オレフィン;ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等のジエン系モノマー;塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等のハロゲン化オレフィン;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸グリシジル等の(メタ)アクリル系モノマーが挙げられる。これらモノマーは、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用される。好適に用いられるビニルモノマーは、スチレン、ビニルベンジルクロライド等のスチレン系モノマーである。 The vinyl monomer used for the production of the second monolith is not particularly limited as long as it is a lipophilic monomer containing a polymerizable vinyl group in the molecule and having high solubility in an organic solvent. Specific examples of these vinyl monomers include styrene monomers such as styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene and vinyl benzyl chloride; α-olefins such as ethylene, propylene, 1-butene and isobutene; butadiene, isoprene and chloroprene. Diene monomers; Halogenated olefins such as vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride and tetrafluoroethylene; Nitrile monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile; Vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate; Methyl acrylate and Acrylic Ethyl acetate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate And (meth) acrylic monomers such as benzyl methacrylate and glycidyl methacrylate. These monomers are used singly or in combination of two or more. The vinyl monomer preferably used is a styrenic monomer such as styrene or vinyl benzyl chloride.
第2のモノリスの製造に用いられる架橋剤は、分子中に少なくとも2個の重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒への溶解性が高いものが好ましい。架橋剤の具体例としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ブタンジオールジアクリレート等が挙げられる。これら架橋剤は、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用される。好ましい架橋剤は、機械的強度の高さと加水分解に対する安定性から、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル等の芳香族ポリビニル化合物である。ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対する架橋剤の使用量({架橋剤/(ビニルモノマー+架橋剤)}×100)は、1〜5モル%、好ましくは1〜4モル%である。架橋剤の使用量は得られるモノリスの多孔構造に大きな影響を与え、架橋剤の使用量が5モル%を超えると、骨格間に形成される連続空孔の大きさが小さくなってしまうため好ましくない。一方、架橋剤使用量が1モル%未満であると、モノリスの機械的強度が不足し、通水時に大きく変形したり、モノリスの破壊を招いたりするため好ましくない。 The cross-linking agent used for the production of the second monolith preferably contains at least two polymerizable vinyl groups in the molecule and has high solubility in an organic solvent. Specific examples of the crosslinking agent include divinylbenzene, divinylnaphthalene, divinylbiphenyl, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, butanediol diacrylate, and the like. These crosslinking agents are used singly or in combination of two or more. Preferred cross-linking agents are aromatic polyvinyl compounds such as divinylbenzene, divinylnaphthalene and divinylbiphenyl because of their high mechanical strength and stability to hydrolysis. The amount of crosslinking agent used ({crosslinking agent / (vinyl monomer + crosslinking agent)} × 100) relative to the total amount of vinyl monomer and crosslinking agent is 1 to 5 mol%, preferably 1 to 4 mol%. The use amount of the crosslinking agent has a great influence on the porous structure of the resulting monolith, and if the use amount of the crosslinking agent exceeds 5 mol%, the size of the continuous pores formed between the skeletons is preferably reduced. Absent. On the other hand, when the amount of the crosslinking agent used is less than 1 mol%, the mechanical strength of the monolith is insufficient, and the monolith is greatly deformed when water is passed or the monolith is destroyed.
第2のモノリスの製造に用いられる有機溶媒は、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒、言い換えると、ビニルモノマーが重合して生成するポリマーに対する貧溶媒である。該有機溶媒は、ビニルモノマーの種類によって大きく異なるため一般的な具体例を列挙することは困難であるが、例えば、ビニルモノマーがスチレンの場合、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、オクタノール、2-エチルヘキサノール、デカノール、ドデカノール、エチレングリコール、テトラメチレングリコール、グリセリン等のアルコール類;ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル等の鎖状エーテル類;ヘキサン、オクタン、デカン、ドデカン等の鎖状飽和炭化水素類等が挙げられる。これらのうち、アルコール類が、静置重合により粒子凝集構造が形成されやすくなると共に、三次元的に連続した空孔が大きくなるため好ましい。また、ベンゼンやトルエンのようにポリスチレンの良溶媒であっても、上記貧溶媒と共に用いられ、その使用量が少ない場合には、有機溶媒として使用される。 The organic solvent used for the production of the second monolith is an organic solvent that dissolves the vinyl monomer and the crosslinking agent but does not dissolve the polymer formed by polymerization of the vinyl monomer, in other words, for the polymer formed by polymerization of the vinyl monomer. It is a poor solvent. Since the organic solvent varies greatly depending on the type of vinyl monomer, it is difficult to list general specific examples. For example, when the vinyl monomer is styrene, the organic solvent includes methanol, ethanol, propanol, butanol, Hexanol, cyclohexanol, octanol, 2-ethylhexanol, decanol, dodecanol, alcohols such as ethylene glycol, tetramethylene glycol, glycerin; chain ethers such as diethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether; hexane, octane, decane, dodecane, etc. And the like. Among these, alcohols are preferable because the particle aggregation structure is easily formed by stationary polymerization and the three-dimensional continuous pores are increased. Moreover, even if it is a good solvent of polystyrene like benzene and toluene, it is used with the said poor solvent, and when the usage-amount is small, it is used as an organic solvent.
第2のモノリスの製造に用いられる重合開始剤としては、熱及び光照射によりラジカルを発生する化合物が好ましい。重合開始剤は油溶性であるほうが好ましい。重合開始剤の具体例としては、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、テトラメチルチウラムジスルフィド等が挙げられる。重合開始剤の使用量は、モノマーの種類や重合温度等によって大きく変動するが、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対する重合開始剤の使用量({重合開始剤/(ビニルモノマー+架橋剤)}×100)は、約0.01〜5モル%である。
As the polymerization initiator used for the production of the second monolith, a compound that generates radicals by heat and light irradiation is preferable. The polymerization initiator is preferably oil-soluble. Specific examples of the polymerization initiator include 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile). Nitrile), 2,2'-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile),
第2のモノリスの製造においては、重合条件として、モノマーの種類、開始剤の種類により様々な条件を選択することができる。例えば、開始剤として2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム等を用いたときには、不活性雰囲気下の密封容器内において、30〜100℃で1〜48時間加熱重合させればよい。重合終了後、内容物を取り出し、未反応ビニルモノマーと有機溶媒の除去を目的に、アセトン等の溶剤で抽出して第2のモノリスを得る。 In the production of the second monolith, various conditions can be selected as polymerization conditions depending on the type of monomer and the type of initiator. For example, when 2,2'-azobis (isobutyronitrile), 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate, etc. are used as initiators In a sealed container under an inert atmosphere, heat polymerization may be performed at 30 to 100 ° C. for 1 to 48 hours. After completion of the polymerization, the contents are taken out and extracted with a solvent such as acetone to obtain a second monolith for the purpose of removing unreacted vinyl monomer and organic solvent.
第2のモノリスの製造において、有機溶媒に溶解したビニルモノマーの重合が早く進む条件で行えば、平均粒子径1μmに近い有機ポリマー粒子が沈降し凝集して三次元的に連続した骨格部分を形成させることができる。ビニルモノマーの重合が早く進む条件とは、ビニルモノマー、架橋剤、重合開始剤及び重合温度などにより異なり一概には決定できないものの、架橋剤を増やす、モノマー濃度を高くする、温度を高くするなどである。このような重合条件を加味して、平均粒子径1〜50μmの有機ポリマー粒子を凝集させる重合条件を適宜決定すればよい。また、その骨格間に平均直径が20〜100μmの三次元的に連続した空孔を形成するには、前述の如く、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対する架橋剤の使用量を特定量とすればよい。また、モノリスの全細孔容積を1〜5ml/gとするには、ビニルモノマー、架橋剤、重合開始剤及び重合温度などにより異なり一概には決定できないものの、概ね有機溶媒、モノマー及び架橋剤の合計使用量に対する有機溶媒使用量({有機溶媒/(有機溶媒+モノマー+架橋剤)}×100)が、30〜80重量%、好適には40〜70重量%のような条件で重合すればよい。 In the production of the second monolith, if the polymerization of the vinyl monomer dissolved in the organic solvent proceeds fast, organic polymer particles with an average particle diameter of 1 μm settle and aggregate to form a three-dimensional continuous skeleton. Can be made. The conditions under which the polymerization of the vinyl monomer proceeds rapidly vary depending on the vinyl monomer, the crosslinking agent, the polymerization initiator, the polymerization temperature, etc., but cannot be determined unconditionally, but increase the crosslinking agent, increase the monomer concentration, increase the temperature, etc. is there. Taking such polymerization conditions into consideration, the polymerization conditions for aggregating organic polymer particles having an average particle diameter of 1 to 50 μm may be appropriately determined. In addition, in order to form three-dimensionally continuous pores having an average diameter of 20 to 100 μm between the skeletons, as described above, the amount of crosslinking agent used should be a specific amount with respect to the total amount of vinyl monomer and crosslinking agent. That's fine. Moreover, in order to set the total pore volume of the monolith to 1 to 5 ml / g, depending on the vinyl monomer, the crosslinking agent, the polymerization initiator, the polymerization temperature, etc. If the amount of organic solvent used relative to the total amount used ({organic solvent / (organic solvent + monomer + crosslinking agent)} × 100) is polymerized under conditions such as 30 to 80% by weight, preferably 40 to 70% by weight Good.
第2のモノリスイオン交換体の製造方法としては、上記の第2のモノリスの製造方法において、イオン交換基を含むモノマー、例えば、イオン交換基を含まないビニルモノマーに、カルボン酸基、スルホン酸基等のカチオン交換基又は四級アンモニウム基等のアニオン交換基が導入されているモノマーを用いて重合させ、一段階でモノリスイオン交換体にする方法、イオン交換基を含まないビニルモノマーを用いて重合させ第2のモノリスを形成し、次いで、イオン交換基を導入する方法などが挙げられる。 As a method for producing the second monolith ion exchanger, in the above-mentioned method for producing the second monolith, a monomer containing an ion exchange group, for example, a vinyl monomer not containing an ion exchange group, a carboxylic acid group, a sulfonic acid group Polymerization using a monomer into which an anion exchange group such as a cation exchange group or a quaternary ammonium group is introduced to form a monolith ion exchanger in one step, polymerization using a vinyl monomer that does not contain an ion exchange group And forming a second monolith, and then introducing an ion exchange group.
第2のモノリスにイオン交換基を導入する方法は、第1のモノリスにイオン交換基を導入する方法と同様である。 The method for introducing ion exchange groups into the second monolith is the same as the method for introducing ion exchange groups into the first monolith.
<第3のモノリス及び第3のモノリスイオン交換体の説明>
本発明の白金族金属担持触媒において、白金族金属粒子の担体となる第3のモノリス及び第3のモノリスイオン交換体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径30〜300μmの開口となる連続マクロポア構造体であり、乾燥状態での全細孔容積0.5〜5ml/gであり、且つ該連続マクロポア構造体(乾燥体)の切断面のSEM画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中25〜50%である有機多孔質体である。また、第3のモノリスイオン交換体は、イオン交換基を有しており、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が0.4〜1.0mg当量/mlであり、イオン交換基が有機多孔質イオン交換体中に均一に分布しているモノリスイオン交換体である。
<Description of Third Monolith and Third Monolith Ion Exchanger>
In the platinum group metal-supported catalyst of the present invention, the third monolith and the third monolith ion exchanger, which serve as a support for the platinum group metal particles, have bubble-like macropores overlapped with each other, and the overlapped portion has an average diameter in a wet state. In a SEM image of a continuous macropore structure having an opening of 30 to 300 μm, a total pore volume in a dry state of 0.5 to 5 ml / g, and a cut surface of the continuous macropore structure (dry body), It is an organic porous body whose skeleton part area which appears in a cross section is 25 to 50% in the image region. The third monolith ion exchanger has an ion exchange group, an ion exchange capacity per volume in a water-wet state is 0.4 to 1.0 mg equivalent / ml, and the ion exchange group is organic. It is a monolithic ion exchanger that is uniformly distributed in the porous ion exchanger.
第3のモノリス及び第3のモノリスイオン交換体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径30〜300μm、好ましくは30〜200μm、特に好ましくは40〜100μmの開口(メソポア)となる連続マクロポア構造体である。図3には、第3のモノリスの形態例のSEM写真を示すが、図3に示す第3のモノリスは、多数の気泡状のマクロポアを有しており、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が共通の開口(メソポア)となる連続マクロポア構造体となっており、その大部分がオープンポア構造である。水湿潤状態での開口の平均直径が30μm未満であると、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、水湿潤状態での開口の平均直径が大き過ぎると、被処理水とモノリス又はモノリスイオン交換体および担持された白金族金属粒子との接触が不十分となり、その結果、過酸化水素分解特性又は溶存酸素の除去特性が低下してしまうため好ましくない。 In the third monolith and the third monolith ion exchanger, bubble-shaped macropores are overlapped with each other, and the overlapping portion is wet with water and has an average diameter of 30 to 300 μm, preferably 30 to 200 μm, particularly preferably 40 to 100 μm. It is a continuous macropore structure that becomes (mesopore). FIG. 3 shows an SEM photograph of an example of the form of the third monolith. The third monolith shown in FIG. 3 has a large number of bubble-like macropores, and the bubble-like macropores overlap each other. The overlapping portion is a continuous macropore structure in which a common opening (mesopore) is formed, and most of the structure is an open pore structure. If the average diameter of the openings in the water-wet state is less than 30 μm, the pressure loss at the time of passing water increases, which is not preferable. Alternatively, the contact between the monolith ion exchanger and the supported platinum group metal particles becomes insufficient, and as a result, the hydrogen peroxide decomposition characteristic or the dissolved oxygen removal characteristic is deteriorated.
なお、乾燥状態の第3のモノリスの開口の平均直径、乾燥状態の第3のモノリスイオン交換体の開口の平均直径、及び以下に述べる第3のモノリスの製造方法に係るI工程で得られる、乾燥状態の第3のモノリス中間体(3)の開口の平均直径は、水銀圧入法により測定される。また、水湿潤状態の第3のモノリス又は第3のモノリスイオン交換体の開口の平均直径は、乾燥状態の第3のモノリス又は第3のモノリスイオン交換体の開口の平均直径に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態の第3のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がx1(mm)であり、その水湿潤状態の第3のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を乾燥させ、得られる乾燥状態の第3のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がy1(mm)であり、この乾燥状態の第3のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を水銀圧入法により測定したときの開口の平均直径がz1(μm)であったとすると、水湿潤状態の第3のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の開口の平均直径(μm)は、次式「水湿潤状態の第3のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の開口の平均直径(μm)=z1×(x1/y1)」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の第3のモノリスの開口の平均直径、及びその乾燥状態の第3のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の第3のモノリスに対する水湿潤状態の第3のモノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態の第3のモノリスの開口の平均直径に、膨潤率を乗じて、水湿潤状態の第3のモノリスイオン交換体の開口の平均直径を算出することもできる。 In addition, the average diameter of the opening of the third monolith in the dry state, the average diameter of the opening of the third monolith ion exchanger in the dry state, and obtained in step I relating to the third monolith manufacturing method described below, The average diameter of the openings of the third monolith intermediate (3) in the dry state is measured by the mercury intrusion method. Further, the average diameter of the openings of the third monolith or the third monolith ion exchanger in the water-wet state is set to the average diameter of the openings of the third monolith or the third monolith ion exchanger in the dry state. It is a value calculated by multiplication. Specifically, the diameter of the third monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is x1 (mm), and the third monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is dried, The diameter of the obtained third monolith (or monolith ion exchanger) in the dry state is y1 (mm), and this third monolith (or monolith ion exchanger) in the dry state is measured by a mercury intrusion method. Assuming that the average diameter of the opening is z1 (μm), the average diameter (μm) of the third monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is expressed by the following formula: “third monolith in the water wet state”. (Or average diameter (μm) = z1 × (x1 / y1)) of openings of (or monolith ion exchanger) ”. In addition, the average diameter of the opening of the third monolith in the dry state before the introduction of the ion exchange group and the water wet state relative to the third monolith in the dry state when the ion exchange group is introduced into the third monolith in the dry state When the swelling ratio of the third monolith ion exchanger is known, the average diameter of the third monolith ion exchanger in the water wet state is obtained by multiplying the average diameter of the opening of the third monolith in the dry state by the swelling ratio. The diameter can also be calculated.
第3のモノリス及び第3のモノリスイオン交換体では、連続マクロポア構造体(乾燥体)の切断面のSEM画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中、25〜50%、好ましくは25〜45%である。断面に表れる骨格部面積が、画像領域中、25%未満であると、細い骨格となり、機械的強度が低下して、特に高流速で通水した際にモノリス又はモノリスイオン交換体が大きく変形してしまうため好ましくない。更に、被処理水とモノリス又はモノリスイオン交換体およびそれに担持された白金族金属粒子との接触効率が低下し、触媒効果が低下するため好ましくなく、50%を超えると、骨格が太くなり過ぎ、通水時の圧力損失が増大するため好ましくない。 In the third monolith and the third monolith ion exchanger, in the SEM image of the cut surface of the continuous macropore structure (dry body), the skeleton part area appearing in the cross section is 25 to 50%, preferably 25 in the image region. ~ 45%. When the area of the skeletal part appearing in the cross section is less than 25% in the image area, the skeleton becomes a thin skeleton, the mechanical strength is lowered, and the monolith or the monolith ion exchanger is greatly deformed particularly when water is passed at a high flow rate. This is not preferable. Furthermore, the contact efficiency between the water to be treated and the monolith or monolith ion exchanger and the platinum group metal particles supported thereon is lowered, which is not preferable because the catalytic effect is lowered, and when it exceeds 50%, the skeleton becomes too thick, Since the pressure loss at the time of water flow increases, it is not preferable.
SEM画像を得るための条件は、切断面の断面に表れる骨格部が鮮明に表れる条件であればよく、例えば倍率100〜600、写真領域が約150mm×100mmである。SEM観察は、主観を排除した第3のモノリス又は第3のモノリスイオン交換体の任意の切断面の任意の箇所で撮影された切断箇所や撮影箇所が異なる3枚以上、好ましくは5枚以上の画像で行うのがよい。切断される第3のモノリス又は第3のモノリスイオン交換体は、電子顕微鏡に供するため、乾燥状態のものである。SEM画像における切断面の骨格部を図3及び図4を参照して説明する。また、図4は、図3のSEM写真の断面として表れる骨格部を転写したものである。図3及び図4中、概ね不定形状で且つ断面で表れるものは本発明の「断面に表れる骨格部(符号12)」であり、図3に表れる円形の孔は開口(メソポア)であり、また、比較的大きな曲率や曲面のものはマクロポア(図4中の符号13)である。図4の断面に表れる骨格部面積は、矩形状画像領域11中、28%である。このように、骨格部は明確に判断できる。
The conditions for obtaining the SEM image may be any conditions as long as the skeleton part that appears in the cross section of the cut surface appears clearly. For example, the magnification is 100 to 600, and the photographic area is about 150 mm × 100 mm. In the SEM observation, the third monolith or the third monolith ion exchanger excluding subjectivity is photographed at three or more, preferably five or more, at different positions or positions photographed at an arbitrary position of the cut surface of the third monolith ion exchanger. This should be done with images. The third monolith or the third monolith ion exchanger to be cut is in a dry state for use in an electron microscope. The skeleton part of the cut surface in the SEM image will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a transcribed skeleton that appears as a cross section of the SEM photograph of FIG. In FIGS. 3 and 4, what is generally indeterminate and shown in cross section is the “skeleton part (reference numeral 12)” in the present invention, the circular hole shown in FIG. 3 is an opening (mesopore), and A relatively large curvature or curved surface is a macropore (
SEM画像において、切断面の断面に表れる骨格部の面積の測定方法としては、特に制限されず、当該骨格部を公知のコンピューター処理などを行い特定した後、コンピューターなどによる自動計算又は手動計算による算出方法が挙げられる。手動計算としては、不定形状物を、四角形、三角形、円形又は台形などの集合物に置き換え、それらを積層して面積を求める方法が挙げられる。 In the SEM image, the method for measuring the area of the skeletal part appearing in the cross section of the cut surface is not particularly limited, and after specifying the skeletal part by performing known computer processing or the like, calculation by automatic calculation or manual calculation by a computer or the like A method is mentioned. The manual calculation includes a method in which an indefinite shape is replaced with an aggregate such as a quadrangle, a triangle, a circle, or a trapezoid, and the areas are obtained by stacking them.
また、第3のモノリス及び第3のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、0.5〜5ml/g、好ましくは0.8〜4ml/gである。全細孔容積が0.5ml/g未満であると、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、更に、単位断面積当りの透過流体量が小さくなり、処理能力が低下してしまうため好ましくない。一方、全細孔容積が5ml/gを超えると、機械的強度が低下して、特に高流速で通水した際にモノリス又はモノリスイオン交換体が大きく変形してしまうため好ましくない。更に、被処理水とモノリス又はモノリスイオン交換体およびそれに担持された白金族金属粒子との接触効率が低下するため、触媒効果も低下してしまうため好ましくない。 The total pore volume per weight of the third monolith and the third monolith ion exchanger in the dry state is 0.5 to 5 ml / g, preferably 0.8 to 4 ml / g. If the total pore volume is less than 0.5 ml / g, the pressure loss during water flow will increase, which is not preferable. Further, the amount of permeated fluid per unit cross-sectional area decreases, and the processing capacity decreases. Therefore, it is not preferable. On the other hand, if the total pore volume exceeds 5 ml / g, the mechanical strength is lowered, and the monolith or monolith ion exchanger is greatly deformed particularly when water is passed at a high flow rate. Furthermore, since the contact efficiency between the water to be treated, the monolith or the monolith ion exchanger and the platinum group metal particles supported thereon is lowered, the catalytic effect is also lowered, which is not preferable.
なお、第3のモノリス及び第3のモノリスイオン交換体に水を透過させた際の圧力損失は、多孔質体を1m充填したカラムに通水線速度(LV)1m/hで通水した際の圧力損失(以下、「差圧係数」と言う。)で示すと、0.001〜0.1MPa/m・LVの範囲、特に0.005〜0.05MPa/m・LVであることが好ましい。差圧係数及び全細孔容積が上記範囲にあれば、これを触媒として用いた場合に、被処理水との接触面積が大きく、かつ被処理水の円滑な流通が可能となるため、優れた性能が発揮される。 In addition, the pressure loss at the time of making water permeate | transmit the 3rd monolith and the 3rd monolith ion exchanger is when water is passed through the column filled with 1 m of the porous body at a water flow rate (LV) of 1 m / h. The pressure loss (hereinafter referred to as “differential pressure coefficient”) is in the range of 0.001 to 0.1 MPa / m · LV, particularly preferably 0.005 to 0.05 MPa / m · LV. . If the differential pressure coefficient and the total pore volume are in the above ranges, when this is used as a catalyst, the contact area with the water to be treated is large, and smooth distribution of the water to be treated is possible. Performance is demonstrated.
第3のモノリス及び第3のモノリスイオン交換体において、骨格を構成する材料は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.3〜10モル%、好適には0.3〜5モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が0.3モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、10モル%を越えると、イオン交換基の導入が困難になる場合があるため好ましくない。 In the third monolith and the third monolith ion exchanger, the material constituting the skeleton is an organic polymer material having a crosslinked structure. Although the crosslinking density of the polymer material is not particularly limited, it contains 0.3 to 10 mol%, preferably 0.3 to 5 mol% of crosslinked structural units with respect to all structural units constituting the polymer material. It is preferable. If the cross-linking structural unit is less than 0.3 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 10 mol%, it may be difficult to introduce an ion exchange group.
第3のモノリス及び第3のモノリスイオン交換体の骨格を構成するポリマー材料の種類は、特に制限はなく、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリビニルトルエン、ポリビニルベンジルクロライド、ポリビニルビフェニル、ポリビニルナフタレン等の芳香族ビニルポリマー;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン等のポリ(ハロゲン化ポリオレフィン);ポリアクリロニトリル等のニトリル系ポリマー;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸グリシジル、ポリアクリル酸エチル等の(メタ)アクリル系ポリマー等の架橋重合体が挙げられる。上記ポリマーは、単独のビニルモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のビニルモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、連続マクロポア構造形成の容易さ、イオン交換基を導入する場合は、イオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸又はアルカリに対する安定性の高さから、芳香族ビニルポリマーの架橋重合体が好ましく、特に、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体が好ましい材料として挙げられる。 The type of the polymer material constituting the skeleton of the third monolith and the third monolith ion exchanger is not particularly limited. For example, polystyrene, poly (α-methylstyrene), polyvinyl toluene, polyvinyl benzyl chloride, polyvinyl biphenyl, Aromatic vinyl polymers such as polyvinyl naphthalene; polyolefins such as polyethylene and polypropylene; poly (halogenated polyolefins) such as polyvinyl chloride and polytetrafluoroethylene; nitrile polymers such as polyacrylonitrile; polymethyl methacrylate and polyglycidyl methacrylate And cross-linked polymers such as (meth) acrylic polymers such as polyethyl acrylate. The polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single vinyl monomer and a crosslinking agent, a polymer obtained by polymerizing a plurality of vinyl monomers and a crosslinking agent, or a blend of two or more types of polymers. It may be what was done. Among these organic polymer materials, it is easy to form a continuous macropore structure, when ion exchange groups are introduced, the ease of introduction of ion exchange groups and the high mechanical strength, and the high stability to acids or alkalis. Therefore, a crosslinked polymer of an aromatic vinyl polymer is preferable, and a styrene-divinylbenzene copolymer and a vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymer are particularly preferable materials.
第3のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基は、第1のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基と同様である。 The ion exchange group introduced into the third monolith ion exchanger is the same as the ion exchange group introduced into the first monolith ion exchanger.
第3のモノリスイオン交換体において、導入されたイオン交換基は、多孔質体の表面のみならず、多孔質体の骨格内部にまで均一に分布している。 In the third monolith ion exchanger, the introduced ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the porous body but also inside the skeleton of the porous body.
第3のモノリスイオン交換体は、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が0.4〜1.0mg当量/mlである。第3のモノリスイオン交換体は、開口径を更に大きくすると共に、連続マクロポア構造体の骨格を太くする(骨格の壁部を厚くする)ことができるため、圧力損失を低く押さえたままで体積当りのイオン交換容量を飛躍的に大きくすることができる。水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が、上記範囲にあれば、OH形のアニオン交換基をもつモノリスイオン交換体の場合、触媒担体近傍の塩基性度が高くなり、過酸化水素分解特性又は溶存酸素除去特性が高くなる。なお、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が1.0mg当量/mlを超えると、イオン形の変化によるモノリスイオン交換体の膨潤及び収縮の体積変化が大きくなり過ぎ易い。なお、第3のモノリスイオン交換体の重量当りのイオン交換容量は特に限定されないが、イオン交換基が多孔質体の表面及び骨格内部にまで均一に導入しているため、3.5〜4.5mg当量/gである。 The third monolith ion exchanger has an ion exchange capacity per volume in a water-wet state of 0.4 to 1.0 mg equivalent / ml. The third monolith ion exchanger can further increase the opening diameter and thicken the skeleton of the continuous macropore structure (thicken the skeleton wall), so that the pressure loss per volume can be kept low. The ion exchange capacity can be dramatically increased. If the ion exchange capacity per volume under water wet condition is in the above range, in the case of a monolith ion exchanger having an OH-type anion exchange group, the basicity in the vicinity of the catalyst support becomes high, and hydrogen peroxide decomposition characteristics Or the dissolved oxygen removal property becomes high. In addition, when the ion exchange capacity per volume in a water-wet state exceeds 1.0 mg equivalent / ml, the volume change of swelling and shrinkage of the monolith ion exchanger due to the change of the ion form tends to be too large. The ion exchange capacity per weight of the third monolith ion exchanger is not particularly limited. However, since the ion exchange groups are uniformly introduced to the surface of the porous body and the inside of the skeleton, 3.5 to 4. 5 mg equivalent / g.
<第3のモノリス及び第3のモノリスイオン交換体の製造方法>
第3のモノリスは、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤及び水の混合物を撹拌することにより油中水滴型エマルジョンを調製し、次いで油中水滴型エマルジョンを重合させて全細孔容積が5〜16ml/gの連続マクロポア構造のモノリス状の有機多孔質中間体(以下、モノリス中間体(3)とも記載する。)を得るI工程、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する架橋剤、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製するII工程、II工程で得られた混合物を静置下、且つ該I工程で得られたモノリス中間体(3)の存在下に重合を行い、モノリス中間体(3)の骨格より太い骨格を有する第3のモノリスを得るIII工程、を行うことにより得られる。
<Method for Producing Third Monolith and Third Monolith Ion Exchanger>
The third monolith prepares a water-in-oil emulsion by stirring a mixture of oil-soluble monomer, surfactant and water that does not contain ion exchange groups, and then polymerizes the water-in-oil emulsion to form a total pore. Step I for obtaining a monolithic organic porous intermediate (hereinafter also referred to as monolith intermediate (3)) having a continuous macropore structure having a volume of 5 to 16 ml / g, vinyl monomer, at least two or more in one molecule Obtained in Steps II and II of preparing a mixture comprising an organic solvent and a polymerization initiator that dissolves the vinyl monomer and the vinyl monomer and the crosslinking agent, but does not dissolve the polymer formed by polymerization of the vinyl monomer. The mixture was allowed to stand and polymerized in the presence of the monolith intermediate (3) obtained in the step I, and the mixture had a skeleton thicker than the skeleton of the monolith intermediate (3). III to obtain a monolithic, obtained by performing.
第3のモノリスの製造方法において、I工程は、特開2002−306976号公報記載の方法に準拠して行えばよい。 In the third method for producing a monolith, the step I may be performed according to the method described in JP-A-2002-306976.
第3のモノリスの製造方法に係るI工程のモノリス中間体(3)の製造において、イオン交換基を含まない油溶性モノマーとしては、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、四級アンモニウム基等のイオン交換基を含まず、水に対する溶解性が低く、親油性のモノマーが挙げられる。これらモノマーの好適なものとしては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ジビニルベンゼン、エチレン、プロピレン、イソブテン、ブタジエン、エチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これらモノマーは、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。ただし、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート等の架橋性モノマーを少なくとも油溶性モノマーの一成分として選択し、その含有量を全油溶性モノマー中、0.3〜10モル%、好ましくは0.3〜5モル%とすることが、イオン交換基を導入する場合に、イオン交換基量を定量的に導入できるため好ましい。 In the production of the monolith intermediate (3) in the step I according to the third monolith production method, examples of the oil-soluble monomer containing no ion exchange group include a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, and a quaternary ammonium group. Examples thereof include an oleophilic monomer that does not contain an ion exchange group and has low solubility in water. Preferable examples of these monomers include styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, divinyl benzene, ethylene, propylene, isobutene, butadiene, ethylene glycol dimethacrylate, and the like. These monomers can be used singly or in combination of two or more. However, a crosslinkable monomer such as divinylbenzene or ethylene glycol dimethacrylate is selected as at least one component of the oil-soluble monomer, and the content thereof is 0.3 to 10 mol% in the total oil-soluble monomer, preferably 0.3 to 5 mol% is preferable because the amount of ion-exchange groups can be quantitatively introduced when ion-exchange groups are introduced.
第3のモノリスの製造方法に係るI工程で用いられる界面活性剤は、イオン交換基を含まない油溶性モノマーと水とを混合した際に、油中水滴型(W/O)エマルジョンを形成できるものであれば特に制限はなく、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート等の非イオン界面活性剤;オレイン酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、スルホコハク酸ジオクチルナトリウム等の陰イオン界面活性剤;ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド等の陽イオン界面活性剤;ラウリルジメチルベタイン等の両性界面活性剤を用いることができる。これら界面活性剤は一種単独又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。なお、油中水滴型エマルジョンとは、油相が連続相となり、その中に水滴が分散しているエマルジョンを言う。上記界面活性剤の添加量としては、油溶性モノマーの種類および目的とするエマルジョン粒子(マクロポア)の大きさによって大幅に変動するため一概には言えないが、油溶性モノマーと界面活性剤の合計量に対して約2〜70%の範囲で選択することができる。 The surfactant used in step I according to the third monolith production method can form a water-in-oil (W / O) emulsion when an oil-soluble monomer containing no ion exchange group and water are mixed. If it is a thing, there will be no restriction in particular, sorbitan monooleate, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan trioleate, polyoxyethylene nonyl phenyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene sorbitan Nonionic surfactants such as monooleate; Anionic surfactants such as potassium oleate, sodium dodecylbenzenesulfonate, dioctyl sodium sulfosuccinate; Cationic surfactants such as distearyldimethylammonium chloride; Lauryl dimethyl It can be used an amphoteric surfactant such as Rubetain. These surfactants can be used singly or in combination of two or more. The water-in-oil emulsion refers to an emulsion in which an oil phase is a continuous phase and water droplets are dispersed therein. The amount of the surfactant added may vary depending on the type of oil-soluble monomer and the size of the target emulsion particles (macropores), but it cannot be generally stated, but the total amount of oil-soluble monomer and surfactant Can be selected within a range of about 2 to 70%.
また、第3のモノリスの製造方法に係るI工程では、油中水滴型エマルジョン形成の際、必要に応じて重合開始剤を使用してもよい。重合開始剤は、熱及び光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は水溶性であっても油溶性であってもよく、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル、アゾビスシクロヘキサンニトリル、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、過酸化ベンゾイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素−塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム−酸性亜硫酸ナトリウム、テトラメチルチウラムジスルフィド等が挙げられる。 Further, in the step I according to the third method for producing a monolith, a polymerization initiator may be used as necessary when forming the water-in-oil emulsion. As the polymerization initiator, a compound that generates radicals by heat and light irradiation is preferably used. The polymerization initiator may be water-soluble or oil-soluble. For example, azobisisobutyronitrile, azobisdimethylvaleronitrile, azobiscyclohexanenitrile, azobiscyclohexanecarbonitrile, benzoyl peroxide, persulfate Examples include potassium, ammonium persulfate, hydrogen peroxide-ferrous chloride, sodium persulfate-sodium acid sulfite, and tetramethylthiuram disulfide.
第3のモノリスの製造方法に係るI工程において、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤、水及び重合開始剤とを混合し、油中水滴型エマルジョンを形成させる際の混合方法としては、特に制限はなく、各成分を一括して一度に混合する方法、油溶性モノマー、界面活性剤及び油溶性重合開始剤である油溶性成分と、水や水溶性重合開始剤である水溶性成分とを別々に均一溶解させた後、それぞれの成分を混合する方法などが使用できる。エマルジョンを形成させるための混合装置についても特に制限はなく、通常のミキサーやホモジナイザー、高圧ホモジナイザー等を用いることができ、目的のエマルジョン粒径を得るのに適切な装置を選択すればよい。また、混合条件についても特に制限はなく、目的のエマルジョン粒径を得ることができる攪拌回転数や攪拌時間を、任意に設定することができる。 As the mixing method for forming a water-in-oil emulsion by mixing an oil-soluble monomer not containing an ion exchange group, a surfactant, water, and a polymerization initiator in the step I according to the third monolith production method. There is no particular limitation, a method of mixing each component at once, an oil-soluble monomer, a surfactant, an oil-soluble component that is an oil-soluble polymerization initiator, and water or a water-soluble polymerization initiator that is water-soluble For example, a method of mixing each component separately after uniformly dissolving the components can be used. There is no particular limitation on the mixing apparatus for forming the emulsion, and a normal mixer, homogenizer, high-pressure homogenizer, or the like can be used, and an appropriate apparatus may be selected to obtain the desired emulsion particle size. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about mixing conditions, The stirring rotation speed and stirring time which can obtain the target emulsion particle size can be set arbitrarily.
第3のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(3)は、連続マクロポア構造を有する。これを重合系に共存させると、モノリス中間体(3)の構造を型として骨太の骨格を有する多孔構造が形成される。また、モノリス中間体(3)は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.3〜10モル%、好ましくは0.3〜5モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が0.3モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくない。特に、全細孔容積が10〜16ml/gと大きい場合には、連続マクロポア構造を維持するため、架橋構造単位を2モル%以上含有していることが好ましい。一方、10モル%を越えると、イオン交換基の導入が困難になる場合があるため好ましくない。 The monolith intermediate (3) obtained in the step I according to the third monolith production method has a continuous macropore structure. When this coexists in the polymerization system, a porous structure having a thick skeleton with the structure of the monolith intermediate (3) as a mold is formed. The monolith intermediate (3) is an organic polymer material having a crosslinked structure. Although the crosslinking density of the polymer material is not particularly limited, it contains 0.3 to 10 mol%, preferably 0.3 to 5 mol% of crosslinked structural units with respect to all the structural units constituting the polymer material. Is preferred. When the cross-linking structural unit is less than 0.3 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. In particular, when the total pore volume is as large as 10 to 16 ml / g, in order to maintain a continuous macropore structure, it is preferable to contain 2 mol% or more of cross-linked structural units. On the other hand, if it exceeds 10 mol%, it may be difficult to introduce ion exchange groups, which is not preferable.
第3のモノリスの製造方法に係るI工程において、モノリス中間体(3)のポリマー材料の種類としては、特に制限はなく、前述の第1のモノリスのポリマー材料と同じものが挙げられる。これにより、モノリス中間体(3)の骨格に同様のポリマーを形成して、骨格を太らせ均一な骨格構造の第3のモノリスを得ることができる。 In the step I relating to the third method for producing a monolith, the type of the polymer material of the monolith intermediate (3) is not particularly limited, and examples thereof include the same as the polymer material of the first monolith described above. Thereby, the same polymer can be formed in the skeleton of the monolith intermediate (3), and the skeleton can be thickened to obtain a third monolith having a uniform skeleton structure.
第3のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(3)の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、5〜16ml/g、好適には6〜16ml/gである。全細孔容積が小さ過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの全細孔容積が小さくなりすぎ、流体透過時の圧力損失が大きくなるため好ましくない。一方、全細孔容積が大き過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの構造が連続マクロポア構造から逸脱するため好ましくない。モノリス中間体(3)の全細孔容積を上記数値範囲とするには、モノマーと水の比を、概ね1:5〜1:20とすればよい。 The total pore volume per weight in the dry state of the monolith intermediate (3) obtained in Step I according to the third monolith production method is 5 to 16 ml / g, preferably 6 to 16 ml / g. . If the total pore volume is too small, the total pore volume of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes too small, and the pressure loss during fluid permeation increases, which is not preferable. On the other hand, if the total pore volume is too large, the structure of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer deviates from the continuous macropore structure, which is not preferable. In order to make the total pore volume of the monolith intermediate (3) within the above numerical range, the ratio of monomer to water may be set to approximately 1: 5 to 1:20.
また、第3のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(3)は、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口(メソポア)の平均直径が乾燥状態で20〜200μmである。乾燥状態での開口の平均直径が20μm未満であると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリス及びモノリスイオン交換体の開口径が小さくなり、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。一方、200μmを超えると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリス及びモノリスイオン交換体の開口径が大きくなりすぎ、被処理水とモノリス及びモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、その結果、過酸化水素分解特性又は溶存酸素除去特性が低下してしまうため好ましくない。モノリス中間体(3)は、マクロポアの大きさや開口の径が揃った均一構造のものが好適であるが、これに限定されず、均一構造中、均一なマクロポアの大きさよりも大きな不均一なマクロポアが点在するものであってもよい。 In addition, in the monolith intermediate (3) obtained in step I according to the third method for producing a monolith, the average diameter of openings (mesopores), which is an overlapping portion of macropores and macropores, is 20 to 200 μm in a dry state. If the average diameter of the opening in the dry state is less than 20 μm, the opening diameter of the monolith and the monolith ion exchanger obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes small, and the pressure loss during water passage increases. It is not preferable. On the other hand, if it exceeds 200 μm, the opening diameter of the monolith and monolith ion exchanger obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes too large, and the contact between the water to be treated and the monolith and monolith ion exchanger becomes insufficient. As a result, the hydrogen peroxide decomposition characteristic or the dissolved oxygen removal characteristic deteriorates, which is not preferable. The monolith intermediate (3) preferably has a uniform structure with uniform macropore size and opening diameter, but is not limited to this, and the nonuniform macropore larger than the uniform macropore size in the uniform structure. May be scattered.
第3のモノリスの製造方法に係るII工程は、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する架橋剤、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製する工程である。なお、I工程とII工程の順序はなく、I工程後にII工程を行ってもよく、II工程後にI工程を行ってもよい。 The II step relating to the third monolith production method includes a vinyl monomer, a cross-linking agent having at least two vinyl groups in one molecule, and a polymer formed by polymerization of the vinyl monomer while dissolving the vinyl monomer and the cross-linking agent. Is a step of preparing a mixture comprising an insoluble organic solvent and a polymerization initiator. In addition, there is no order of I process and II process, II process may be performed after I process, and I process may be performed after II process.
第3のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられるビニルモノマーとしては、分子中に重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒に対する溶解性が高い親油性のビニルモノマーであれば、特に制限はないが、上記重合系に共存させるモノリス中間体(3)と同種類もしくは類似のポリマー材料を生成するビニルモノマーを選定することが好ましい。これらビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等の芳香族ビニルモノマー;エチレン、プロピレン、1-ブテン、イソブテン等のα-オレフィン;ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等のジエン系モノマー;塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等のハロゲン化オレフィン;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸グリシジル等の(メタ)アクリル系モノマーが挙げられる。これらモノマーは、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。好適に用いられるビニルモノマーは、スチレン、ビニルベンジルクロライド等の芳香族ビニルモノマーである。 The vinyl monomer used in step II according to the third monolith production method is not particularly limited as long as it is a lipophilic vinyl monomer containing a polymerizable vinyl group in the molecule and having high solubility in an organic solvent. Although not, it is preferable to select a vinyl monomer that produces the same or similar polymer material as the monolith intermediate (3) that coexists in the polymerization system. Specific examples of these vinyl monomers include aromatic vinyl monomers such as styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, vinyl biphenyl and vinyl naphthalene; α-olefins such as ethylene, propylene, 1-butene and isobutene; Diene monomers such as butadiene, isoprene and chloroprene; halogenated olefins such as vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride and tetrafluoroethylene; nitrile monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl such as vinyl acetate and vinyl propionate Esters: methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-methacrylic acid 2- Hexyl, cyclohexyl methacrylate, benzyl methacrylate, and (meth) acrylic monomer of glycidyl methacrylate. These monomers can be used singly or in combination of two or more. The vinyl monomer preferably used is an aromatic vinyl monomer such as styrene or vinyl benzyl chloride.
第3のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられるビニルモノマーの添加量は、重合時に共存させるモノリス中間体(3)に対して、重量で3〜50倍、好ましくは4〜40倍である。ビニルモノマー添加量がモノリス中間体に対して3倍未満であると、生成したモノリスの骨格(モノリス骨格の壁部の厚み)を太くできず、また、イオン交換基を導入する場合、導入後の体積当りのイオン交換容量が小さくなってしまうため好ましくない。一方、ビニルモノマー添加量が50倍を超えると、開口径が小さくなり、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。 The addition amount of the vinyl monomer used in Step II according to the third monolith production method is 3 to 50 times, preferably 4 to 40 times, by weight with respect to the monolith intermediate (3) that coexists during polymerization. . If the amount of vinyl monomer added is less than 3 times that of the monolith intermediate, the resulting monolith skeleton (thickness of the wall of the monolith skeleton) cannot be increased, and when an ion exchange group is introduced, Since the ion exchange capacity per volume becomes small, it is not preferable. On the other hand, if the amount of vinyl monomer added exceeds 50 times, the opening diameter becomes small, and the pressure loss during water passage becomes large, which is not preferable.
第3のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる架橋剤は、分子中に少なくとも2個の重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒への溶解性が高いものが好適に用いられる。架橋剤の具体例としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ブタンジオールジアクリレート等が挙げられる。これら架橋剤は、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。好ましい架橋剤は、機械的強度の高さと加水分解に対する安定性から、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル等の芳香族ポリビニル化合物である。架橋剤使用量は、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対して0.3〜10モル%、特に0.3〜5モル%であることが好ましい。架橋剤使用量が0.3モル%未満であると、モノリスの機械的強度が不足するため好ましくない。一方、10モル%を越えると、イオン交換基の導入量が減少してしまう場合があるため好ましくない。なお、上記架橋剤使用量は、ビニルモノマー/架橋剤重合時に共存させるモノリス中間体(3)の架橋密度とほぼ等しくなるように用いることが好ましい。両者の使用量があまりに大きくかけ離れると、生成したモノリス中で架橋密度分布の偏りが生じ、イオン交換基導入反応時にクラックが生じやすくなる。 As the crosslinking agent used in Step II according to the third monolith production method, a crosslinking agent containing at least two polymerizable vinyl groups in the molecule and having high solubility in an organic solvent is preferably used. Specific examples of the crosslinking agent include divinylbenzene, divinylnaphthalene, divinylbiphenyl, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, butanediol diacrylate, and the like. These crosslinking agents can be used singly or in combination of two or more. Preferred cross-linking agents are aromatic polyvinyl compounds such as divinylbenzene, divinylnaphthalene and divinylbiphenyl because of their high mechanical strength and stability to hydrolysis. The amount of the crosslinking agent used is preferably from 0.3 to 10 mol%, particularly preferably from 0.3 to 5 mol%, based on the total amount of the vinyl monomer and the crosslinking agent. When the amount of the crosslinking agent used is less than 0.3 mol%, the mechanical strength of the monolith is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 10 mol%, the amount of ion-exchange groups introduced may decrease, which is not preferable. In addition, it is preferable to use the said crosslinking agent usage-amount so that it may become substantially equal to the crosslinking density of the monolith intermediate (3) coexisted at the time of vinyl monomer / crosslinking agent polymerization. If the amounts used of both are too large, the crosslink density distribution is biased in the produced monolith, and cracks are likely to occur during the ion exchange group introduction reaction.
第3のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる有機溶媒は、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒、言い換えると、ビニルモノマーが重合して生成するポリマーに対する貧溶媒である。該有機溶媒は、ビニルモノマーの種類によって大きく異なるため一般的な具体例を列挙することは困難であるが、例えば、ビニルモノマーがスチレンの場合、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、オクタノール、2-エチルヘキサノール、デカノール、ドデカノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、グリセリン等のアルコール類;ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、セロソルブ、メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等の鎖状(ポリ)エーテル類;ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、ドデカン等の鎖状飽和炭化水素類;酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸セロソルブ、プロピオン酸エチル等のエステル類が挙げられる。また、ジオキサンやTHF、トルエンのようにポリスチレンの良溶媒であっても、上記貧溶媒と共に用いられ、その使用量が少ない場合には、有機溶媒として使用することができる。これら有機溶媒の使用量は、上記ビニルモノマーの濃度が30〜80重量%となるように用いることが好ましい。有機溶媒使用量が上記範囲から逸脱してビニルモノマー濃度が30重量%未満となると、重合速度が低下したり、重合後のモノリス構造が第3のモノリスの範囲から逸脱してしまうため好ましくない。一方、ビニルモノマー濃度が80重量%を超えると、重合が暴走する恐れがあるため好ましくない。 The organic solvent used in Step II of the third monolith production method is an organic solvent that dissolves the vinyl monomer and the crosslinking agent but does not dissolve the polymer formed by polymerization of the vinyl monomer, in other words, the vinyl monomer is polymerized. It is a poor solvent for the polymer produced. Since the organic solvent varies greatly depending on the type of vinyl monomer, it is difficult to list general specific examples. For example, when the vinyl monomer is styrene, the organic solvent includes methanol, ethanol, propanol, butanol, Alcohols such as hexanol, cyclohexanol, octanol, 2-ethylhexanol, decanol, dodecanol, ethylene glycol, propylene glycol, tetramethylene glycol, glycerin; diethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, cellosolve, methyl cellosolve, butyl cellosolve, polyethylene glycol, polypropylene Chain (poly) ethers such as glycol and polytetramethylene glycol; hexane, heptane, octane, isooctane, decane, dode Chain saturated hydrocarbons such as down, ethyl acetate, isopropyl acetate, cellosolve acetate, esters such as ethyl propionate. Moreover, even if it is a good solvent of polystyrene like a dioxane, THF, and toluene, when it is used with the said poor solvent and the usage-amount is small, it can be used as an organic solvent. These organic solvents are preferably used so that the concentration of the vinyl monomer is 30 to 80% by weight. If the amount of the organic solvent used deviates from the above range and the vinyl monomer concentration is less than 30% by weight, the polymerization rate is lowered, and the monolith structure after polymerization deviates from the range of the third monolith. On the other hand, if the vinyl monomer concentration exceeds 80% by weight, the polymerization may run away, which is not preferable.
第3のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる重合開始剤としては、熱又は光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は油溶性であるほうが好ましい。重合開始剤の具体例としては、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、テトラメチルチウラムジスルフィド等が挙げられる。重合開始剤の使用量は、モノマーの種類や重合温度等によって大きく変動するが、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対して、約0.01〜5%の範囲で使用することができる。
As the polymerization initiator used in Step II according to the third method for producing a monolith, a compound that generates radicals by heat or light irradiation is preferably used. The polymerization initiator is preferably oil-soluble. Specific examples of the polymerization initiator include 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (2-methylbutyro). Nitrile), 2,2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile),
第3のモノリスの製造方法に係るIII工程は、II工程で得られた混合物を静置下、且つ該I工程で得られたモノリス中間体(3)の存在下に重合を行い、該モノリス中間体(3)の骨格より太い骨格を有する第3のモノリスを得る工程である。III工程で用いるモノリス中間体(3)は、第3のモノリスを創出する上で、極めて重要な役割を担っており、上記重合系に連続マクロポア構造のモノリス中間体(3)を存在させると、第3のモノリスが得られる。 In step III according to the third method for producing a monolith, the mixture obtained in step II is allowed to stand, and polymerization is performed in the presence of the monolith intermediate (3) obtained in step I. This is a step of obtaining a third monolith having a skeleton thicker than the skeleton of the body (3). The monolith intermediate (3) used in Step III plays an extremely important role in creating the third monolith, and when the monolith intermediate (3) having a continuous macropore structure is present in the polymerization system, A third monolith is obtained.
第3のモノリスの製造方法において、反応容器の内容積は、モノリス中間体(3)を反応容器中に存在させる大きさのものであれば特に制限されず、反応容器内にモノリス中間体(3)を載置した際、平面視でモノリスの周りに隙間ができるもの、反応容器内にモノリス中間体(3)が隙間無く入るもののいずれであってもよい。このうち、重合後の骨太のモノリスが容器内壁から押圧を受けることなく、反応容器内に隙間無く入るものが、モノリスに歪が生じることもなく、反応原料などの無駄がなく効率的である。なお、反応容器の内容積が大きく、重合後のモノリスの周りに隙間が存在する場合であっても、ビニルモノマーや架橋剤は、モノリス中間体(3)に吸着、分配されるため、反応容器内の隙間部分に粒子凝集構造物が生成することはない。
第3のモノリスの製造方法に係るIII工程において、反応容器中、モノリス中間体(3)は混合物(溶液)で含浸された状態に置かれる。II工程で得られた混合物とモノリス中間体(3)の配合比は、前述の如く、モノリス中間体(3)に対して、ビニルモノマーの添加量が重量で3〜50倍、好ましくは4〜40倍となるように配合するのが好適である。これにより、適度な開口径を有しつつ、骨太の骨格を有する第3のモノリスを得ることができる。反応容器中、混合物中のビニルモノマーと架橋剤は、静置されたモノリス中間体の骨格に吸着、分配され、モノリス中間体(3)の骨格内で重合が進行する。
In the third method for producing a monolith, the internal volume of the reaction vessel is not particularly limited as long as the monolith intermediate (3) is large enough to be present in the reaction vessel, and the monolith intermediate (3 ) May be any of those in which a gap is formed around the monolith in plan view and those in which the monolith intermediate (3) enters the reaction vessel without any gap. Of these, the thick monolith after polymerization is not pressed from the inner wall of the container and enters the reaction container without any gap, and the monolith is not distorted, and the reaction raw materials are not wasted and efficient. Even when the internal volume of the reaction vessel is large and there are gaps around the monolith after polymerization, the vinyl monomer and the crosslinking agent are adsorbed and distributed on the monolith intermediate (3). A particle aggregate structure is not generated in the gap portion inside.
In step III according to the third method for producing a monolith, the monolith intermediate (3) is placed in a state impregnated with the mixture (solution) in the reaction vessel. As described above, the blending ratio of the mixture obtained in Step II and the monolith intermediate (3) is 3 to 50 times by weight, preferably 4 to 4 times by weight with respect to the monolith intermediate (3). It is preferable to blend so as to be 40 times. Thereby, it is possible to obtain a third monolith having a thick skeleton while having an appropriate opening diameter. In the reaction vessel, the vinyl monomer and the crosslinking agent in the mixture are adsorbed and distributed on the skeleton of the monolith intermediate that has been allowed to stand, and polymerization proceeds in the skeleton of the monolith intermediate (3).
第3のモノリスの製造方法に係るIII工程において、重合条件は、モノマーの種類、開始剤の種類により様々な条件が選択される。例えば、開始剤として2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム等を用いたときには、不活性雰囲気下の密封容器内において、30〜100℃で1〜48時間加熱重合させればよい。加熱重合により、モノリス中間体(3)の骨格に吸着、分配したビニルモノマーと架橋剤が骨格内で重合し、骨格を太らせる。重合終了後、内容物を取り出し、未反応ビニルモノマーと有機溶媒の除去を目的に、アセトン等の溶剤で抽出して第3のモノリスを得る。 In the step III according to the third monolith production method, various conditions are selected as the polymerization conditions depending on the type of monomer and the type of initiator. For example, when 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium persulfate, etc. are used as initiators In a sealed container under an inert atmosphere, heat polymerization may be performed at 30 to 100 ° C. for 1 to 48 hours. By the heat polymerization, the vinyl monomer adsorbed and distributed on the skeleton of the monolith intermediate (3) and the crosslinking agent are polymerized in the skeleton to thicken the skeleton. After completion of the polymerization, the content is taken out and extracted with a solvent such as acetone to obtain a third monolith for the purpose of removing unreacted vinyl monomer and organic solvent.
第3のモノリスイオン交換体は、III工程で得られた骨太の有機多孔質体である第3のモノリスにイオン交換基を導入するIV工程、を行うことにより得られる。 The third monolith ion exchanger is obtained by performing an IV step of introducing an ion exchange group into the third monolith, which is a thick organic porous material obtained in the step III.
第3のモノリスにイオン交換基を導入する方法は、第1のモノリスにイオン交換基を導入する方法と同様である。 The method for introducing an ion exchange group into the third monolith is the same as the method for introducing an ion exchange group into the first monolith.
第3のモノリス及び第3のモノリスイオン交換体は、開口径が格段に大きいにもかかわらず、骨太骨格を有するため機械的強度が高い。 The third monolith and the third monolith ion exchanger have high mechanical strength because they have a thick bone skeleton despite the remarkably large opening diameter.
<第4のモノリス及び第4のモノリスイオン交換体の説明>
本発明の白金族金属担持触媒において、白金族金属粒子の担体となる第4のモノリス及び第4のモノリスイオン交換体は、全構成単位中、架橋構造単位を0.3〜5.0モル%含有する芳香族ビニルポリマーからなる平均太さが水湿潤状態で1〜60μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が水湿潤状態で10〜100μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、乾燥状態での全細孔容積が0.5〜5ml/gである有機多孔質体である。また、第4のモノリスイオン交換体は、イオン交換基を有しており、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が0.3〜1.0mg当量/mlであり、イオン交換基が有機多孔質イオン交換体中に均一に分布しているモノリスイオン交換体である。
<Description of Fourth Monolith and Fourth Monolith Ion Exchanger>
In the platinum group metal-supported catalyst of the present invention, the fourth monolith and the fourth monolith ion exchanger serving as the support for the platinum group metal particles have a cross-linking structural unit of 0.3 to 5.0 mol% in all the structural units. A three-dimensional continuous skeleton having an average thickness of 1 to 60 μm in a water-wet state and an average diameter of 10 to 100 μm in a water-wet state between the skeletons. It is a co-continuous structure composed of pores, and is an organic porous body having a total pore volume of 0.5 to 5 ml / g in a dry state. The fourth monolith ion exchanger has an ion exchange group, an ion exchange capacity per volume in a water-wet state is 0.3 to 1.0 mg equivalent / ml, and the ion exchange group is organic. It is a monolithic ion exchanger that is uniformly distributed in the porous ion exchanger.
第4のモノリス及び第4のモノリスイオン交換体は、平均太さが水湿潤状態で1〜60μm、好ましくは3〜58μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に平均直径が水湿潤状態で10〜100μm、好ましくは15〜90μm、特に好ましくは20〜80μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体である。図5には、第4のモノリスの形態例のSEM写真を示し、図6には、第4のモノリス及び第4のモノリスイオン交換体の共連続構造の模式図を示す。共連続構造は図6の模式図に示すように、連続する骨格相1と連続する空孔相2とが絡み合ってそれぞれが共に3次元的に連続する構造10である。この連続した空孔2は、従来の連続気泡型モノリスや粒子凝集型モノリスに比べて空孔の連続性が高くてその大きさに偏りがない。また、骨格が太いため機械的強度が高い。
The fourth monolith and the fourth monolith ion exchanger have a three-dimensional continuous skeleton having an average thickness of 1 to 60 μm, preferably 3 to 58 μm, in a water-wet state, and an average diameter of water between the skeletons. It is a co-continuous structure composed of three-dimensionally continuous pores of 10 to 100 μm, preferably 15 to 90 μm, particularly preferably 20 to 80 μm. FIG. 5 shows an SEM photograph of an example of the fourth monolith, and FIG. 6 shows a schematic diagram of a co-continuous structure of the fourth monolith and the fourth monolith ion exchanger. As shown in the schematic diagram of FIG. 6, the co-continuous structure is a
三次元的に連続した空孔の平均直径が水湿潤状態で10μm未満であると、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、100μmを超えると、被処理水とモノリス又はモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、その結果、被処理水中の過酸化水素の分解又は溶存酸素の除去が不十分となるため好ましくない。また、骨格の平均太さが水湿潤状態で1μm未満であると、高流速で通水した際にモノリス又はモノリスイオン交換体が大きく変形してしまうため好ましくない。更に、被処理水とモノリス又はモノリスイオン交換体との接触効率が低下し、触媒効果が低下するため好ましくない。一方、骨格の太さが60μmを越えると、骨格が太くなり過ぎ、通水時の圧力損失が増大するため好ましくない。 If the average diameter of the three-dimensionally continuous pores is less than 10 μm in a water-wet state, it is not preferable because the pressure loss during water flow increases, and if it exceeds 100 μm, the water to be treated and the monolith or monolith ion The contact with the exchanger becomes insufficient, and as a result, decomposition of hydrogen peroxide in the water to be treated or removal of dissolved oxygen becomes insufficient, which is not preferable. Moreover, when the average thickness of the skeleton is less than 1 μm in a wet state, the monolith or the monolith ion exchanger is greatly deformed when water is passed at a high flow rate, which is not preferable. Furthermore, the contact efficiency between the water to be treated and the monolith or monolith ion exchanger decreases, and the catalytic effect decreases, which is not preferable. On the other hand, if the thickness of the skeleton exceeds 60 μm, the skeleton becomes too thick and pressure loss during water passage increases, which is not preferable.
乾燥状態の第4のモノリスの開口の平均直径、乾燥状態の第4のモノリスイオン交換体の開口の平均直径、及び以下に述べる第4のモノリスの製造方法に係るI工程で得られる、乾燥状態の第4のモノリス中間体(4)の開口の平均直径は、水銀圧入法により測定される。また、第4のモノリス及び第4のモノリスイオン交換体の空孔の水湿潤状態での平均直径は、水銀圧入法で測定した乾燥状態の第4のモノリス又は第4のモノリスイオン交換体の空孔の平均直径に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態の第4のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がx1(mm)であり、その水湿潤状態の第4のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を乾燥させ、得られる乾燥状態の第4のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がy1(mm)であり、この乾燥状態の第4のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を水銀圧入法により測定したときの空孔の平均直径がz1(μm)であったとすると、第4のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の空孔の水湿潤状態での平均直径(μm)は、次式「水湿潤状態の第4のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の空孔の平均直径(μm)=z1×(x1/y1)」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の第4のモノリスの空孔の平均直径、及びその乾燥状態の第4のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の第4のモノリスに対する水湿潤状態の第4のモノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態の第4のモノリスの空孔の平均直径に、膨潤率を乗じて、水湿潤状態の第4のモノリスイオン交換体の空孔の平均直径を算出することもできる。また、第4のモノリス及び第4のモノリスイオン交換体の骨格の水湿潤状態での平均太さは、乾燥状態の第4のモノリス又は第4のモノリスイオン交換体のSEM観察を少なくとも3回行い、得られた画像中の骨格の太さを測定し、その平均値に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態の第4のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がx2(mm)であり、その水湿潤状態の第4のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を乾燥させ、得られる乾燥状態の第4のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がy2(mm)であり、この乾燥状態の第4のモノリス(又はモノリスイオン交換体)のSEM観察を少なくとも3回行い、得られた画像中の骨格の太さを測定し、その平均値がz2(μm)であったとすると、水湿潤状態の第4のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の連続構造体の骨格の平均太さ(μm)は、次式「水湿潤状態の第4のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の連続構造体の骨格の平均太さ(μm)=z2×(x2/y2)」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の第4のモノリスの骨格の平均太さ、及びその乾燥状態の第4のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の第4のモノリスに対する水湿潤状態の第4のモノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態の第4のモノリスの骨格の平均太さに、膨潤率を乗じて、水湿潤状態の第4のモノリスイオン交換体の骨格の平均太さを算出することもできる。なお、骨格は棒状であり円形断面形状であるが、楕円断面形状等異径断面のものが含まれていてもよい。この場合の太さは短径と長径の平均である。 The average diameter of the opening of the fourth monolith in the dry state, the average diameter of the opening of the fourth monolith ion exchanger in the dry state, and the dry state obtained in step I relating to the fourth monolith production method described below The average diameter of the openings of the fourth monolith intermediate (4) is measured by mercury porosimetry. In addition, the average diameter of the pores of the fourth monolith and the fourth monolith ion exchanger in the water-wet state is the vacancy of the fourth monolith in the dry state or the fourth monolith ion exchanger measured by mercury porosimetry. This is a value calculated by multiplying the average diameter of the holes by the swelling rate. Specifically, the diameter of the water monolithic fourth monolith (or monolith ion exchanger) is x1 (mm), and the water monolithic fourth monolith (or monolith ion exchanger) is dried, The diameter of the obtained fourth monolith (or monolith ion exchanger) in the dry state is y1 (mm), and the fourth monolith (or monolith ion exchanger) in the dry state is measured by a mercury intrusion method. Assuming that the average diameter of the pores is z1 (μm), the average diameter (μm) of the pores of the fourth monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is expressed by the following formula: 4 monolith (or monolith ion exchanger) average diameter of pores (μm) = z1 × (x1 / y1) ”. Further, the average diameter of the pores of the fourth monolith in the dry state before the introduction of the ion exchange group, and the water wet state with respect to the fourth monolith in the dry state when the ion exchange group is introduced into the fourth monolith in the dry state If the swelling ratio of the fourth monolith ion exchanger is known, the average diameter of the pores of the fourth monolith in the dry state is multiplied by the swelling ratio to obtain the empty space of the fourth monolith ion exchanger in the water wet state. The average diameter of the holes can also be calculated. The average thickness of the fourth monolith and the skeleton of the fourth monolith ion exchanger in the water-wet state is determined by performing SEM observation of the fourth monolith in the dry state or the fourth monolith ion exchanger at least three times. This is a value calculated by measuring the thickness of the skeleton in the obtained image and multiplying the average value by the swelling ratio. Specifically, the diameter of the fourth monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is x2 (mm), and the fourth monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is dried, The diameter of the resulting dried fourth monolith (or monolith ion exchanger) is y2 (mm), and SEM observation of this dried fourth monolith (or monolith ion exchanger) is performed at least three times, When the thickness of the skeleton in the obtained image was measured and the average value was z2 (μm), the average of the skeleton of the continuous structure of the fourth monolith (or monolith ion exchanger) in a water-wet state The thickness (μm) is calculated by the following formula “average thickness (μm) = z2 × (x2 / y2) of the skeleton of the continuous structure of the fourth monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state”. The Further, the average thickness of the skeleton of the fourth monolith in the dry state before the introduction of the ion exchange group, and the water wet state with respect to the fourth monolith in the dry state when the ion exchange group is introduced into the fourth monolith in the dry state If the swelling ratio of the fourth monolith ion exchanger is known, the skeleton of the fourth monolith ion exchanger in the water-wet state is obtained by multiplying the average thickness of the skeleton of the fourth monolith in the dry state by the swelling ratio. It is also possible to calculate the average thickness. The skeleton has a rod-like shape and a circular cross-sectional shape, but may have a cross-section with a different diameter such as an elliptical cross-sectional shape. The thickness in this case is the average of the minor axis and the major axis.
また、第4のモノリス及び第4のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、0.5〜5ml/gである。全細孔容積が0.5ml/g未満であると、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、更に、単位断面積当りの透過水量が小さくなり、処理水量が低下してしまうため好ましくない。一方、全細孔容積が5ml/gを超えると、機械的強度が低下して、特に高流速で通水した際にモノリス又はモノリスイオン交換体が大きく変形してしまうため好ましくない。更に、被処理水とモノリス又はモノリスイオン交換体との接触効率が低下するため、過酸化水素分解効果又は溶存酸素除去効果も低下してしまうため好ましくない。三次元的に連続した空孔の大きさ及び全細孔容積が上記範囲にあれば、被処理水との接触が極めて均一で接触面積も大きく、かつ低圧力損失下での通水が可能となる。 Further, the total pore volume per weight in the dry state of the fourth monolith and the fourth monolith ion exchanger is 0.5 to 5 ml / g. If the total pore volume is less than 0.5 ml / g, the pressure loss at the time of water flow is increased, which is not preferable. Further, the amount of permeated water per unit cross-sectional area is decreased, and the amount of treated water is decreased. Therefore, it is not preferable. On the other hand, if the total pore volume exceeds 5 ml / g, the mechanical strength is lowered, and the monolith or monolith ion exchanger is greatly deformed particularly when water is passed at a high flow rate. Furthermore, since the contact efficiency between the water to be treated and the monolith or monolith ion exchanger is lowered, the hydrogen peroxide decomposition effect or the dissolved oxygen removal effect is also lowered, which is not preferable. If the three-dimensional continuous pore size and total pore volume are within the above ranges, the contact with the water to be treated is extremely uniform, the contact area is large, and water can flow through under low pressure loss. Become.
第4のモノリス及び第4のモノリスイオン交換体に水を透過させた際の圧力損失は、多孔質体を1m充填したカラムに通水線速度(LV)1m/hで通水した際の圧力損失(以下、「差圧係数」と言う。)で示すと、0.001〜0.5MPa/m・LVの範囲、特に0.005〜0.1MPa/m・LVである。差圧係数及び全細孔容積が上記範囲にあれば、これを触媒として用いた場合に、被処理水との接触面積が大きく、かつ被処理水の円滑な流通が可能となるため、優れた性能が発揮できる。 The pressure loss when water is allowed to permeate through the fourth monolith and the fourth monolith ion exchanger is the pressure when water is passed through a column filled with 1 m of a porous material at a water flow velocity (LV) of 1 m / h. In terms of loss (hereinafter referred to as “differential pressure coefficient”), it is in the range of 0.001 to 0.5 MPa / m · LV, particularly 0.005 to 0.1 MPa / m · LV. If the differential pressure coefficient and the total pore volume are in the above ranges, when this is used as a catalyst, the contact area with the water to be treated is large, and smooth distribution of the water to be treated is possible. Performance can be demonstrated.
第4のモノリス及び第4のモノリスイオン交換体において、骨格を構成する材料は、全構成単位中、0.3〜5モル%、好ましくは0.5〜3.0モル%の架橋構造単位を含んでいる芳香族ビニルポリマーであり疎水性である。架橋構造単位が0.3モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、5モル%を越えると、多孔質体の構造が共連続構造から逸脱しやすくなる。芳香族ビニルポリマーの種類に特に制限はなく、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリビニルトルエン、ポリビニルベンジルクロライド、ポリビニルビフェニル、ポリビニルナフタレン等が挙げられる。上記ポリマーは、単独のビニルモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のビニルモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、共連続構造形成の容易さ、イオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸又はアルカリに対する安定性の高さから、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体が好ましい。 In the fourth monolith and the fourth monolith ion exchanger, the material constituting the skeleton is 0.3 to 5 mol%, preferably 0.5 to 3.0 mol% of a crosslinked structural unit in all the structural units. It is an aromatic vinyl polymer containing and is hydrophobic. If the cross-linking structural unit is less than 0.3 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 5 mol%, the structure of the porous body tends to deviate from the bicontinuous structure. There is no restriction | limiting in particular in the kind of aromatic vinyl polymer, For example, a polystyrene, poly ((alpha) -methylstyrene), polyvinyl toluene, polyvinyl benzyl chloride, polyvinyl biphenyl, polyvinyl naphthalene etc. are mentioned. The polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single vinyl monomer and a crosslinking agent, a polymer obtained by polymerizing a plurality of vinyl monomers and a crosslinking agent, or a blend of two or more types of polymers. It may be what was done. Among these organic polymer materials, a styrene-divinylbenzene copolymer is used because of its ease of forming a co-continuous structure, ease of introduction of ion-exchange groups, high mechanical strength, and high stability against acids or alkalis. And vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymer is preferred.
第4のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基は、第1のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基と同様である。 The ion exchange group introduced into the fourth monolith ion exchanger is the same as the ion exchange group introduced into the first monolith ion exchanger.
第4のモノリスイオン交換体において、導入されたイオン交換基は、多孔質体の表面のみならず、多孔質体の骨格内部にまで均一に分布している。 In the fourth monolith ion exchanger, the introduced ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the porous body but also within the skeleton of the porous body.
第4のモノリスイオン交換体は、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が0.3〜1.0mg当量/mlのイオン交換容量を有する。第4のモノリスイオン交換体は、三次元的に連続した空孔の連続性や均一性が高いため、全細孔容積を低下させても圧力損失はさほど増加しない。そのため、圧力損失を低く押さえたままで体積当りのイオン交換容量を飛躍的に大きくすることができる。体積当りのイオン交換容量が上記範囲にあれば、OH形のアニオン交換基をもつモノリスイオン交換体の場合、触媒担体近傍の塩基性度が高くなり、過酸化水素分解特性又は溶存酸素除去特性が高くなる。なお、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が1.0mg当量/mlを超えると、イオン形の変化によるモノリスイオン交換体の膨潤及び収縮の体積変化が大きくなり過ぎ易い。なお、第4のモノリスイオン交換体の乾燥状態における重量当りのイオン交換容量は特に限定されないが、イオン交換基が多孔質体の骨格表面及び骨格内部にまで均一に導入しているため、3.5〜4.5mg当量/gである。 The fourth monolith ion exchanger has an ion exchange capacity of 0.3 to 1.0 mg equivalent / ml per volume in a water wet state. Since the fourth monolith ion exchanger has high continuity and uniformity of three-dimensionally continuous pores, the pressure loss does not increase so much even if the total pore volume is reduced. Therefore, it is possible to dramatically increase the ion exchange capacity per volume while keeping the pressure loss low. If the ion exchange capacity per volume is in the above range, in the case of a monolith ion exchanger having an OH-type anion exchange group, the basicity in the vicinity of the catalyst carrier is increased, and the hydrogen peroxide decomposition characteristics or dissolved oxygen removal characteristics are improved. Get higher. In addition, when the ion exchange capacity per volume in a water-wet state exceeds 1.0 mg equivalent / ml, the volume change of swelling and shrinkage of the monolith ion exchanger due to the change of the ion form tends to be too large. In addition, the ion exchange capacity per weight in the dry state of the fourth monolith ion exchanger is not particularly limited, but the ion exchange groups are uniformly introduced to the skeleton surface and the skeleton inside the porous body. 5 to 4.5 mg equivalent / g.
<第4のモノリス及び第4のモノリスイニオン交換体の製造方法>
第4のモノリスは、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤及び水の混合物を撹拌することにより油中水滴型エマルジョンを調製し、次いで油中水滴型エマルジョンを重合させて全細孔容積が16ml/gを超え、30ml/g以下の連続マクロポア構造のモノリス状の有機多孔質中間体(以下、モノリス中間体(4)とも記載する。)を得るI工程、芳香族ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する全油溶性モノマー中、0.3〜5モル%の架橋剤、芳香族ビニルモノマーや架橋剤は溶解するが芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製するII工程、II工程で得られた混合物を静置下、且つI工程で得られたモノリス中間体(4)の存在下に重合を行い、共連続構造体である有機多孔質体である第4のモノリスを得るIII工程、を行うことにより得られる。
<Method for Manufacturing Fourth Monolith and Fourth Monolith Inion Exchanger>
The fourth monolith prepares a water-in-oil emulsion by stirring a mixture of oil-soluble monomer, surfactant and water that does not contain ion exchange groups, and then polymerizes the water-in-oil emulsion to form a total pore. Step I for obtaining a monolithic organic porous intermediate (hereinafter also referred to as monolith intermediate (4)) having a continuous macropore structure having a volume of more than 16 ml / g and 30 ml / g or less, an aromatic vinyl monomer, one In all oil-soluble monomers having at least two vinyl groups in the molecule, 0.3 to 5 mol% of the crosslinking agent, aromatic vinyl monomer and crosslinking agent are dissolved, but the aromatic vinyl monomer is polymerized to form. Preparation of a mixture consisting of an organic solvent in which the polymer does not dissolve and a polymerization initiator, Step II, Monolith intermediate obtained in Step I while the mixture obtained in Step II is allowed to stand ( Present operating polymerization under the), III to obtain a fourth monolith organic porous material is a co-continuous structure, obtained by performing.
第4のモノリスの製造方法に係るI工程において、モノリス中間体(4)を得るI工程は、特開2002−306976号公報記載の方法に準拠して行えばよい。 In the step I relating to the fourth method for producing a monolith, the step I for obtaining the monolith intermediate (4) may be performed according to the method described in JP-A-2002-306976.
すなわち、第4のモノリスの製造方法に係るI工程において、イオン交換基を含まない油溶性モノマーとしては、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、三級アミノ基、四級アンモニウム基等のイオン交換基を含まず、水に対する溶解性が低く、親油性のモノマーが挙げられる。これらモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等の芳香族ビニルモノマー;エチレン、プロピレン、1-ブテン、イソブテン等のα-オレフィン;ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等のジエン系モノマー;塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等のハロゲン化オレフィン;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸グリシジル等の(メタ)アクリル系モノマーが挙げられる。これらモノマーの中で、好適なものとしては、芳香族ビニルモノマーであり、例えばスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ジビニルベンゼン等が挙げられる。これらモノマーは、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。ただし、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート等の架橋性モノマーを少なくとも油溶性モノマーの一成分として選択し、その含有量を全油溶性モノマー中、0.3〜5モル%、好ましくは0.3〜3モル%とすることが、共連続構造の形成に有利となるため好ましい。 That is, in the step I according to the fourth method for producing a monolith, as the oil-soluble monomer containing no ion exchange group, for example, ion exchange such as a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a tertiary amino group, a quaternary ammonium group, etc. Examples thereof include a lipophilic monomer which does not contain a group and has low solubility in water. Specific examples of these monomers include aromatic vinyl monomers such as styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, vinyl biphenyl and vinyl naphthalene; α-olefins such as ethylene, propylene, 1-butene and isobutene; butadiene Diene monomers such as vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride and tetrafluoroethylene; nitrile monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate Methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-ethyl methacrylate Sill, cyclohexyl methacrylate, benzyl methacrylate, and (meth) acrylic monomer of glycidyl methacrylate. Among these monomers, preferred are aromatic vinyl monomers such as styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, divinyl benzene and the like. These monomers can be used singly or in combination of two or more. However, a crosslinkable monomer such as divinylbenzene or ethylene glycol dimethacrylate is selected as at least one component of the oil-soluble monomer, and its content is 0.3 to 5 mol%, preferably 0.3 to the total oil-soluble monomer. 3 mol% is preferable because it is advantageous for forming a co-continuous structure.
第4のモノリスの製造方法に係るI工程で用いられる界面活性剤は、第3のモノリスの製造方法に係るI工程で用いられる界面活性剤と同様であり、その説明を省略する。 The surfactant used in step I according to the fourth monolith production method is the same as the surfactant used in step I according to the third monolith production method, and the description thereof is omitted.
また、第4のモノリスの製造方法に係るI工程では、油中水滴型エマルジョン形成の際、必要に応じて重合開始剤を使用してもよい。重合開始剤は、熱又は光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は水溶性であっても油溶性であってもよく、例えば、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、テトラメチルチウラムジスルフィド、過酸化水素−塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム−酸性亜硫酸ナトリウム等が挙げられる。
Further, in the step I according to the fourth method for producing a monolith, a polymerization initiator may be used as necessary when forming the water-in-oil emulsion. As the polymerization initiator, a compound that generates radicals by heat or light irradiation is preferably used. The polymerization initiator may be water-soluble or oil-soluble. For example, 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2 , 2′-azobis (2-methylbutyronitrile), 2,2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile),
第4のモノリスの製造方法に係るI工程において、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤、水及び重合開始剤とを混合し、油中水滴型エマルジョンを形成させる際の混合方法としては、第3のモノリスの製造方法に係るI工程における混合方法と同様であり、その説明を省略する。 As the mixing method for forming a water-in-oil emulsion by mixing an oil-soluble monomer that does not contain an ion exchange group, a surfactant, water, and a polymerization initiator in Step I according to the fourth method for producing a monolith. Is the same as the mixing method in the step I according to the third method for producing a monolith, and the description thereof is omitted.
第4のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(4)は、架橋構造を有する有機ポリマー材料、好適には芳香族ビニルポリマーである。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.3〜5モル%、好ましくは0.3〜3モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が0.3モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくない。一方、5モル%を超えると、モノリスの構造が共連続構造を逸脱し易くなるため好ましくない。特に、全細孔容積が16〜20ml/gの場合には、共連続構造を形成させるため、架橋構造単位は3モル%未満とすることが好ましい。 The monolith intermediate (4) obtained in step I according to the fourth method for producing a monolith is an organic polymer material having a crosslinked structure, preferably an aromatic vinyl polymer. Although the crosslinking density of the polymer material is not particularly limited, it contains 0.3 to 5 mol%, preferably 0.3 to 3 mol% of crosslinked structural units with respect to all structural units constituting the polymer material. Is preferred. When the cross-linking structural unit is less than 0.3 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 5 mol%, the structure of the monolith tends to deviate from the co-continuous structure, which is not preferable. In particular, when the total pore volume is 16 to 20 ml / g, the cross-linking structural unit is preferably less than 3 mol% in order to form a co-continuous structure.
第4のモノリスの製造方法に係るI工程において、モノリス中間体(4)のポリマー材料の種類は、第3のモノリスの製造方法に係るモノリス中間体(3)のポリマー材料の種類と同様であり、その説明を省略する。 In step I according to the fourth monolith production method, the type of the polymer material of the monolith intermediate (4) is the same as the type of the polymer material of the monolith intermediate (3) according to the third monolith production method. The description is omitted.
第4のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(4)の乾燥状態での重量当りの全細孔容積は、16ml/gを超え、30ml/g以下、好適には16ml/gを超え、25ml/g以下である。すなわち、このモノリス中間体(4)は、基本的には連続マクロポア構造ではあるが、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口(メソポア)が格段に大きいため、モノリス構造を構成する骨格が二次元の壁面から一次元の棒状骨格に限りなく近い構造を有している。図7には、モノリス中間体(4)の形態例のSEM写真を示すが、棒状に近い骨格を有している。これを重合系に共存させると、モノリス中間体(4)の構造を型として共連続構造の多孔質体が形成される。全細孔容積が小さ過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの構造が共連続構造から連続マクロポア構造に変化してしまうため好ましくなく、一方、全細孔容積が大き過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの機械的強度が低下したり、イオン交換基を導入する場合は、体積当たりのイオン交換容量が低下してしまうため好ましくない。モノリス中間体(4)の全細孔容積を上記範囲とするには、モノマーと水の比を、概ね1:20〜1:40とすればよい。 The total pore volume per weight in the dry state of the monolith intermediate (4) obtained in step I according to the fourth method for producing a monolith is more than 16 ml / g and not more than 30 ml / g, preferably 16 ml / g. g and 25 ml / g or less. That is, this monolith intermediate (4) is basically a continuous macropore structure, but the opening (mesopore) that is the overlapping portion of the macropore and the macropore is remarkably large, so that the skeleton constituting the monolith structure is two-dimensional. It has a structure that is almost as close as possible to a one-dimensional rod-like skeleton from the wall surface. FIG. 7 shows an SEM photograph of a form example of the monolith intermediate (4), which has a skeleton close to a rod shape. When this coexists in the polymerization system, a porous body having a co-continuous structure is formed using the structure of the monolith intermediate (4) as a mold. If the total pore volume is too small, the monolith structure obtained after polymerizing the vinyl monomer is not preferable because the structure changes from a co-continuous structure to a continuous macropore structure, while if the total pore volume is too large, When the mechanical strength of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer is reduced or an ion exchange group is introduced, the ion exchange capacity per volume is lowered, which is not preferable. In order to make the total pore volume of the monolith intermediate (4) within the above range, the ratio of monomer to water may be about 1:20 to 1:40.
また、第4のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(4)は、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口(メソポア)の平均直径が乾燥状態で5〜100μmである。開口の平均直径が乾燥状態で5μm未満であると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が小さくなり、流体透過時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。一方、100μmを超えると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が大きくなりすぎ、被処理水とモノリス又はモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、その結果、過酸化水素分解特性又は溶存酸素除去特性が低下してしまうため好ましくない。モノリス中間体(4)は、マクロポアの大きさや開口の径が揃った均一構造のものが好適であるが、これに限定されず、均一構造中、均一なマクロポアの大きさよりも大きな不均一なマクロポアが点在するものであってもよい。 Moreover, as for the monolith intermediate body (4) obtained at the I process which concerns on the manufacturing method of the 4th monolith, the average diameter of the opening (mesopore) which is an overlap part of a macropore and a macropore is 5-100 micrometers in a dry state. When the average diameter of the openings is less than 5 μm in the dry state, the opening diameter of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer is reduced, and the pressure loss during fluid permeation is increased, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 100 μm, the opening diameter of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes too large, and the contact between the water to be treated and the monolith or monolith ion exchanger becomes insufficient. Since decomposition characteristics or dissolved oxygen removal characteristics deteriorate, it is not preferable. The monolith intermediate (4) preferably has a uniform structure with a uniform macropore size and opening diameter, but is not limited to this, and the nonuniform macropore larger than the uniform macropore size in the uniform structure. May be scattered.
第4のモノリスの製造方法に係るII工程は、芳香族ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する全油溶性モノマー中、0.3〜5モル%の架橋剤、芳香族ビニルモノマーや架橋剤は溶解するが芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製する工程である。なお、I工程とII工程の順序はなく、I工程後にII工程を行ってもよく、II工程後にI工程を行ってもよい。 Step II according to the fourth method for producing a monolith includes an aromatic vinyl monomer, a total oil-soluble monomer having at least two vinyl groups in one molecule, 0.3 to 5 mol% of a crosslinking agent, aromatic This is a step of preparing a mixture of an organic solvent and a polymerization initiator that dissolves the vinyl monomer and the crosslinking agent but does not dissolve the polymer formed by polymerization of the aromatic vinyl monomer. In addition, there is no order of I process and II process, II process may be performed after I process, and I process may be performed after II process.
第4のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる芳香族ビニルモノマーとしては、分子中に重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒に対する溶解性が高い親油性の芳香族ビニルモノマーであれば、特に制限はないが、上記重合系に共存させるモノリス中間体(4)と同種類もしくは類似のポリマー材料を生成するビニルモノマーを選定することが好ましい。これらビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等が挙げられる。これらモノマーは、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。好適に用いられる芳香族ビニルモノマーは、スチレン、ビニルベンジルクロライド等である。 The aromatic vinyl monomer used in Step II according to the fourth method for producing a monolith is an oleophilic aromatic vinyl monomer that contains a polymerizable vinyl group in the molecule and has high solubility in an organic solvent. Although there is no particular limitation, it is preferable to select a vinyl monomer that produces the same or similar polymer material as the monolith intermediate (4) to be coexisted in the polymerization system. Specific examples of these vinyl monomers include styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, vinyl biphenyl, vinyl naphthalene and the like. These monomers can be used singly or in combination of two or more. Aromatic vinyl monomers preferably used are styrene, vinyl benzyl chloride and the like.
第4のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる芳香族ビニルモノマーの添加量は、重合時に共存させるモノリス中間体(4)に対して、重量で5〜50倍、好ましくは5〜40倍である。芳香族ビニルモノマー添加量がモノリス中間体(4)に対して5倍未満であると、棒状骨格を太くできず、また、イオン交換基を導入する場合、イオン交換基導入後の体積当りのイオン交換容量が小さくなってしまうため好ましくない。一方、芳香族ビニルモノマー添加量が50倍を超えると、連続空孔の径が小さくなり、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。 The addition amount of the aromatic vinyl monomer used in Step II according to the fourth monolith production method is 5 to 50 times by weight, preferably 5 to 40 times by weight, relative to the monolith intermediate (4) to be coexisted during the polymerization. It is. If the amount of the aromatic vinyl monomer added is less than 5 times that of the monolith intermediate (4), the rod-like skeleton cannot be made thick, and when ion exchange groups are introduced, ions per volume after introduction of the ion exchange groups This is not preferable because the exchange capacity becomes small. On the other hand, if the amount of the aromatic vinyl monomer added exceeds 50 times, the diameter of the continuous pores becomes small and the pressure loss during water passage becomes large, which is not preferable.
第4のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる架橋剤は、分子中に少なくとも2個の重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒への溶解性が高いものが好適に用いられる。架橋剤の具体例としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ブタンジオールジアクリレート等が挙げられる。これら架橋剤は、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。好ましい架橋剤は、機械的強度の高さと加水分解に対する安定性から、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル等の芳香族ポリビニル化合物である。架橋剤使用量は、ビニルモノマーと架橋剤の合計量(全油溶性モノマー)に対して0.3〜5モル%、特に0.3〜3モル%である。架橋剤使用量が0.3モル%未満であると、モノリスの機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、多過ぎると、イオン交換基を導入する場合、イオン交換基の定量的導入が困難になる場合があるため好ましくない。なお、上記架橋剤使用量は、ビニルモノマー/架橋剤重合時に共存させるモノリス中間体(4)の架橋密度とほぼ等しくなるように用いることが好ましい。両者の使用量があまりに大きくかけ離れると、生成したモノリス中で架橋密度分布の偏りが生じ、また、イオン交換基を導入する場合、イオン交換基導入反応時にクラックが生じやすくなる。 As the crosslinking agent used in Step II according to the fourth method for producing a monolith, a crosslinking agent containing at least two polymerizable vinyl groups in the molecule and having high solubility in an organic solvent is preferably used. Specific examples of the crosslinking agent include divinylbenzene, divinylnaphthalene, divinylbiphenyl, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, butanediol diacrylate, and the like. These crosslinking agents can be used singly or in combination of two or more. Preferred cross-linking agents are aromatic polyvinyl compounds such as divinylbenzene, divinylnaphthalene and divinylbiphenyl because of their high mechanical strength and stability to hydrolysis. The amount of the crosslinking agent used is 0.3 to 5 mol%, particularly 0.3 to 3 mol%, based on the total amount of vinyl monomer and crosslinking agent (total oil-soluble monomer). When the amount of the crosslinking agent used is less than 0.3 mol%, it is not preferable because the mechanical strength of the monolith is insufficient. On the other hand, when the amount is too large, it is difficult to quantitatively introduce the ion exchange group when introducing the ion exchange group. Since it may become, it is not preferable. In addition, it is preferable to use the said crosslinking agent usage-amount so that it may become substantially equal to the crosslinking density of the monolith intermediate (4) coexisted at the time of vinyl monomer / crosslinking agent polymerization. If the amounts used of both are too large, the crosslink density distribution will be biased in the produced monolith, and when ion exchange groups are introduced, cracks are likely to occur during the ion exchange group introduction reaction.
第4のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる有機溶媒は、芳香族ビニルモノマーや架橋剤は溶解するが芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒、言い換えると、芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーに対する貧溶媒である。有機溶媒は、芳香族ビニルモノマーの種類によって大きく異なるため一般的な具体例を列挙することは困難であるが、例えば、芳香族ビニルモノマーがスチレンの場合、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、オクタノール、2-エチルヘキサノール、デカノール、ドデカノール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール等のアルコール類;ジエチルエーテル、ブチルセロソルブ、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等の鎖状(ポリ)エーテル類;ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、ドデカン等の鎖状飽和炭化水素類;酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸セロソルブ、プロピオン酸エチル等のエステル類が挙げられる。また、ジオキサンやTHF、トルエンのようにポリスチレンの良溶媒であっても、上記貧溶媒と共に用いられ、その使用量が少ない場合には、有機溶媒として使用することができる。これら有機溶媒の使用量は、上記芳香族ビニルモノマーの濃度が30〜80重量%となるように用いることが好ましい。有機溶媒使用量が上記範囲から逸脱して芳香族ビニルモノマー濃度が30重量%未満となると、重合速度が低下したり、重合後のモノリス構造が第4のモノリスの範囲から逸脱してしまうため好ましくない。一方、芳香族ビニルモノマー濃度が80重量%を超えると、重合が暴走する恐れがあるため好ましくない。 The organic solvent used in Step II according to the fourth monolith production method is an organic solvent that dissolves the aromatic vinyl monomer and the crosslinking agent but does not dissolve the polymer formed by the polymerization of the aromatic vinyl monomer. It is a poor solvent for a polymer produced by polymerization of an aromatic vinyl monomer. Since organic solvents vary greatly depending on the type of aromatic vinyl monomer, it is difficult to list general specific examples. For example, when the aromatic vinyl monomer is styrene, the organic solvents include methanol, ethanol, and propanol. , Butanol, hexanol, cyclohexanol, octanol, 2-ethylhexanol, decanol, dodecanol, propylene glycol, tetramethylene glycol and other alcohols; Poly) ethers; chain saturated hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, decane, dodecane, etc .; ethyl acetate, isopropyl acetate, cellosolve acetate, propionic acid Examples include esters such as chill. Moreover, even if it is a good solvent of polystyrene like a dioxane, THF, and toluene, when it is used with the said poor solvent and the usage-amount is small, it can be used as an organic solvent. These organic solvents are preferably used so that the concentration of the aromatic vinyl monomer is 30 to 80% by weight. When the amount of the organic solvent deviates from the above range and the aromatic vinyl monomer concentration is less than 30% by weight, it is preferable because the polymerization rate decreases or the monolith structure after polymerization deviates from the range of the fourth monolith. Absent. On the other hand, if the concentration of the aromatic vinyl monomer exceeds 80% by weight, the polymerization may run away, which is not preferable.
第4のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる重合開始剤は、第3のモノリスの製造方法に係るII工程で用いる重合開始剤と同様であり、その説明を省略する。 The polymerization initiator used in Step II according to the fourth monolith production method is the same as the polymerization initiator used in Step II according to the third monolith production method, and the description thereof is omitted.
第4のモノリスの製造方法に係るIII工程は、II工程で得られた混合物を静置下、且つ該I工程で得られたモノリス中間体(4)の存在下に重合を行い、該モノリス中間体(4)の連続マクロポア構造を共連続構造に変化させ、共連続構造モノリスである第4のモノリスを得る工程である。III工程で用いるモノリス中間体(4)は、本発明の斬新な構造を有するモノリスを創出する上で、極めて重要な役割を担っている。特表平7−501140号等に開示されているように、モノリス中間体(4)不存在下でビニルモノマーと架橋剤を特定の有機溶媒中で静置重合させると、粒子凝集型のモノリス状有機多孔質体が得られる。それに対して、第4のモノリスのように上記重合系に特定の連続マクロポア構造のモノリス中間体(4)を存在させると、重合後のモノリスの構造は劇的に変化し、粒子凝集構造は消失し、上述の共連続構造を持つ第4のモノリスが得られる。その理由は詳細には解明されていないが、モノリス中間体(4)が存在しない場合は、重合により生じた架橋重合体が粒子状に析出・沈殿することで粒子凝集構造が形成されるのに対し、重合系に全細孔容積が大きな多孔質体(中間体)が存在すると、ビニルモノマー及び架橋剤が液相から多孔質体の骨格部に吸着又は分配され、多孔質体中で重合が進行し、モノリス構造を構成する骨格が二次元の壁面から一次元の棒状骨格に変化して共連続構造を有する第4のモノリスが形成されると考えられる。 In step III according to the fourth method for producing a monolith, the mixture obtained in step II is allowed to stand and polymerize in the presence of the monolith intermediate (4) obtained in step I. This is a step of changing the continuous macropore structure of the body (4) to a co-continuous structure to obtain a fourth monolith that is a co-continuous structure monolith. The monolith intermediate (4) used in the step III plays an extremely important role in creating a monolith having a novel structure of the present invention. As disclosed in JP-A-7-501140 and the like, when a vinyl monomer and a crosslinking agent are allowed to stand in a specific organic solvent in the absence of the monolith intermediate (4), a particle aggregation type monolith shape is obtained. An organic porous body is obtained. On the other hand, when a monolith intermediate (4) having a specific continuous macropore structure is present in the polymerization system as in the case of the fourth monolith, the structure of the monolith after the polymerization changes dramatically and the particle aggregation structure disappears. Thus, the fourth monolith having the above-described co-continuous structure is obtained. The reason for this has not been elucidated in detail, but when the monolith intermediate (4) does not exist, the crosslinked polymer produced by polymerization precipitates and precipitates in the form of particles to form a particle aggregate structure. On the other hand, when a porous body (intermediate) having a large total pore volume exists in the polymerization system, the vinyl monomer and the crosslinking agent are adsorbed or distributed from the liquid phase to the skeleton of the porous body, and polymerization is performed in the porous body. It is considered that the skeleton constituting the monolith structure progresses to change from a two-dimensional wall surface to a one-dimensional rod-like skeleton, thereby forming a fourth monolith having a co-continuous structure.
第4のモノリスの製造方法において、反応容器の内容積は、第3のモノリスの製造方法に係る反応容器の内容積の説明と同様であり、その説明を省略する。 In the fourth monolith manufacturing method, the internal volume of the reaction vessel is the same as the description of the internal volume of the reaction vessel according to the third monolith manufacturing method, and the description thereof is omitted.
第4のモノリスの製造方法に係るIII工程において、反応容器中、モノリス中間体(4)は混合物(溶液)で含浸された状態に置かれる。II工程で得られた混合物とモノリス中間体(4)の配合比は、前述の如く、モノリス中間体(4)に対して、芳香族ビニルモノマーの添加量が重量で5〜50倍、好ましくは5〜40倍となるように配合するのが好適である。これにより、適度な大きさの空孔が三次元的に連続し、且つ骨太の骨格が3次元的に連続する共連続構造の第4のモノリスを得ることができる。反応容器中、混合物中の芳香族ビニルモノマーと架橋剤は、静置されたモノリス中間体(4)の骨格に吸着、分配され、モノリス中間体(4)の骨格内で重合が進行する。 In step III according to the fourth method for producing a monolith, the monolith intermediate (4) is placed in a state impregnated with the mixture (solution) in the reaction vessel. The blending ratio of the mixture obtained in Step II and the monolith intermediate (4) is, as described above, 5 to 50 times the weight of the aromatic vinyl monomer added to the monolith intermediate (4), preferably It is suitable to mix 5 to 40 times. Thereby, it is possible to obtain a fourth monolith having a co-continuous structure in which pores of an appropriate size are three-dimensionally continuous and a thick skeleton is three-dimensionally continuous. In the reaction vessel, the aromatic vinyl monomer and the cross-linking agent in the mixture are adsorbed and distributed on the skeleton of the monolith intermediate (4) that is allowed to stand, and polymerization proceeds in the skeleton of the monolith intermediate (4).
第4のモノリスの製造方法に係るIII工程の重合条件は、第3のモノリスの製造方法に係るIII工程の重合条件の説明と同様であり、その説明を省略する。III工程を行うことにより、第4のモノリスが得られる。 The polymerization conditions of the III step according to the fourth monolith production method are the same as the explanation of the polymerization conditions of the III step according to the third monolith production method, and the description thereof is omitted. By performing step III, a fourth monolith is obtained.
第4のモノリスイオン交換体は、III工程で得られた第4のモノリスにイオン交換基を導入するIV工程を行うことにより得られる。 The fourth monolith ion exchanger is obtained by performing an IV step for introducing an ion exchange group into the fourth monolith obtained in the step III.
第4のモノリスにイオン交換基を導入する方法は、第1のモノリスにイオン交換基を導入する方法と同様である。 The method for introducing ion exchange groups into the fourth monolith is the same as the method for introducing ion exchange groups into the first monolith.
第4のモノリス及び第4のモノリスイオン交換体は、3次元的に連続する空孔の大きさが格段に大きいにもかかわらず、骨太骨格を有するため機械的強度が高い。また、第4のモノリスイオン交換体は、骨格が太いため、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量を大きくでき、更に、被処理水を低圧、大流量で長期間通水することが可能である。 The fourth monolith and the fourth monolith ion exchanger have high mechanical strength because they have a thick bone skeleton even though the size of three-dimensionally continuous pores is extremely large. In addition, since the fourth monolith ion exchanger has a thick skeleton, the ion exchange capacity per volume in a water-wet state can be increased, and the treated water can be passed for a long time at a low pressure and a large flow rate. It is.
<第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体の説明>
本発明の白金族金属担持触媒において、白金族金属粒子の担体となる第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体は、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する直径4〜40μmの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが4〜40μmの多数の突起体との複合構造体であって、水湿潤状態での孔の平均直径が10〜150μm、乾燥状態での全細孔容積が0.5〜5ml/gである有機多孔質体である。また、第5のモノリスイオン交換体は、イオン交換基を有しており、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量0.2mg当量/ml以上であり、イオン交換基が有機多孔質イオン交換体中に均一に分布しているモノリスイオン交換体である。
<Description of Fifth Monolith and Fifth Monolith Ion Exchanger>
In the platinum group metal-supported catalyst of the present invention, the fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger serving as a support for the platinum group metal particles include an organic porous body comprising a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, It is a composite structure with a large number of particles having a diameter of 4 to 40 μm fixed on the skeleton surface of the porous body or a large number of protrusions having a size of 4 to 40 μm formed on the skeleton surface of the organic porous body. The organic porous body has an average pore diameter of 10 to 150 μm in a wet state of water and a total pore volume of 0.5 to 5 ml / g in a dry state. Further, the fifth monolith ion exchanger has an ion exchange group, and has an ion exchange capacity of 0.2 mg equivalent / ml or more per volume in a water-wet state, and the ion exchange group is an organic porous ion exchange. It is a monolithic ion exchanger that is uniformly distributed throughout the body.
第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体は、連続骨格相と連続空孔相からなる有機多孔質体と、該有機多孔質体の骨格表面に固着する直径4〜40μmの多数の粒子体又は該有機多孔質体の骨格表面上に形成される大きさが4〜40μmの多数の突起体との複合構造体である。なお、本明細書中、「粒子体」及び「突起体」を併せて「粒子体等」と言うことがある。 The fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger include an organic porous body composed of a continuous skeleton phase and a continuous pore phase, and a large number of particles having a diameter of 4 to 40 μm fixed to the skeleton surface of the organic porous body. Alternatively, it is a composite structure with a large number of protrusions having a size of 4 to 40 μm formed on the skeleton surface of the organic porous body. In the present specification, “particle bodies” and “projections” may be collectively referred to as “particle bodies”.
第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体の連続骨格相と連続空孔相は、SEM画像により観察される。第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体の基本構造としては、連続マクロポア構造及び共連続構造が挙げられる。第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体の骨格相は、柱状の連続体、凹状の壁面の連続体あるいはこれらの複合体として表れるもので、粒子状や突起状とは明らかに相違する形状のものである。 The continuous skeletal phase and the continuous pore phase of the fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger are observed by SEM images. Examples of the basic structure of the fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger include a continuous macropore structure and a co-continuous structure. The skeletal phase of the fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger appears as a columnar continuum, a continuum of concave wall surfaces, or a composite thereof, and has a shape that is clearly different from particles and protrusions. belongs to.
第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体の好ましい構造としては、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が乾燥状態で平均直径10〜120μmの開口となる連続マクロポア構造体(以下、「第5−1のモノリス」とも言う。)、及び乾燥状態で平均太さが0.8〜40μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に乾燥状態で平均直径が8〜80μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体(以下、「第5−2のモノリス」とも言う。)が挙げられる。また、第5のモノリスイオン交換体としては、この第5−1のモノリスにイオン交換基が導入されたモノリスイオン交換体(以下、「第5−1のモノリスイオン交換体」とも言う。)、及びこの第5−2のモノリスにイオン交換基が導入されたモノリスイオン交換体(以下、「第5−2のモノリスイオン交換体」とも言う。)が好ましい。 As a preferable structure of the fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger, bubble-shaped macropores overlap each other, and the overlapping portion has a continuous macropore structure (hereinafter referred to as “opening” having an average diameter of 10 to 120 μm in a dry state). 5-1 monolith "), and a three-dimensional continuous skeleton having an average thickness of 0.8 to 40 µm in a dry state, and a tertiary having an average diameter of 8 to 80 µm in a dry state between the skeletons. Examples thereof include a co-continuous structure (hereinafter, also referred to as “second monolith”) composed of originally continuous pores. As the fifth monolith ion exchanger, a monolith ion exchanger in which an ion exchange group is introduced into the 5-1 monolith (hereinafter also referred to as “5-1 monolith ion exchanger”), In addition, a monolith ion exchanger in which an ion exchange group is introduced into the 5-2 monolith (hereinafter, also referred to as a “5-2 monolith ion exchanger”) is preferable.
第5−1のモノリス及び第5−1のモノリスイオン交換体の場合、第5−1のモノリス及び第5−1のモノリスイオン交換体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径20〜150μm、好ましくは30〜150μm、特に好ましくは35〜150μmの開口(メソポア)となる連続マクロポア構造体であり、該マクロポアと該開口(メソポア)で形成される気泡内が流路となる。連続マクロポア構造は、マクロポアの大きさや開口の径が揃った均一構造のものが好適であるが、これに限定されず、均一構造中、均一なマクロポアの大きさよりも大きな不均一なマクロポアが点在するものであってもよい。第5−1のモノリス及び第5−1のモノリスイオン交換体の水湿潤状態での開口の平均直径が20μm未満であると、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、また、水湿潤状態での開口の平均直径が150μmを超えると、被処理水とモノリス又はモノリスイオン交換体および担持された白金族金属粒子との接触が不十分となり、その結果、過酸化水素分解特性又は溶存酸素の除去特性が低下してしまうため好ましくない。 In the case of the 5-1 monolith and the 5-1 monolith ion exchanger, the 5-1 monolith and the 5-1 monolith ion exchanger have bubble-like macropores overlapping each other, and the overlapping portion is water. It is a continuous macropore structure that becomes an opening (mesopore) having an average diameter of 20 to 150 μm, preferably 30 to 150 μm, particularly preferably 35 to 150 μm in a wet state, and the inside of bubbles formed by the macropore and the opening (mesopore) It becomes a flow path. The continuous macropore structure is preferably a uniform structure having the same macropore size and aperture diameter, but is not limited to this, and the uniform structure is dotted with nonuniform macropores larger than the size of the uniform macropore. You may do. When the average diameter of the openings in the water wet state of the 5-1 monolith and the 5-1 monolith ion exchanger is less than 20 μm, it is not preferable because the pressure loss at the time of passing water becomes large. When the average diameter of the opening in the water-wetting state exceeds 150 μm, the contact between the water to be treated and the monolith or monolith ion exchanger and the supported platinum group metal particles becomes insufficient. Since the removal characteristic of dissolved oxygen will fall, it is not preferable.
なお、乾燥状態の第5のモノリスの開口の平均直径、乾燥状態の第5のモノリスイオン交換体の開口の平均直径、及び以下に述べる第5のモノリスの製造方法に係るI工程で得られる、乾燥状態のモノリス中間体(5)の開口の平均直径は、水銀圧入法により得られた細孔分布曲線の極大値を指すものである。 In addition, the average diameter of the opening of the fifth monolith in the dry state, the average diameter of the opening of the fifth monolith ion exchanger in the dry state, and obtained in step I according to the fifth monolith manufacturing method described below, The average diameter of the opening of the monolith intermediate (5) in the dry state indicates the maximum value of the pore distribution curve obtained by the mercury intrusion method.
また、水湿潤状態の第5−1のモノリス又は第5−1のモノリスイオン交換体の開口の平均直径は、乾燥状態の第5−1のモノリス又は第5−1のモノリスイオン交換体の開口の平均直径に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態の第5−1のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がx1(mm)であり、その水湿潤状態の第5−1のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を乾燥させ、得られる乾燥状態の第5−1のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がy1(mm)であり、この乾燥状態の第5−1のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を水銀圧入法により測定したときの開口の平均直径がz1(μm)であったとすると、水湿潤状態の第5−1のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の開口の平均直径(μm)は、次式「水湿潤状態の第5−1のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の開口の平均直径(μm)=z1×(x1/y1)」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の第5−1のモノリスの開口の平均直径、及びその乾燥状態の第5−1のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の第5−1のモノリスに対する水湿潤状態の第5−1のモノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態の第5−1のモノリスの開口の平均直径に、膨潤率を乗じて、水湿潤状態の第5−1のモノリスイオン交換体の開口の平均直径を算出することもできる。 In addition, the average diameter of the opening of the 5-1 monolith or the 5-1 monolith ion exchanger in the water wet state is the opening of the 5-1 monolith or the 5-1 monolith ion exchanger in the dry state. This is a value calculated by multiplying the average diameter by the swelling ratio. Specifically, the diameter of the 5-1 monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is x1 (mm), and the 5-1 monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is x1 (mm). The dried 5-1 monolith (or monolith ion exchanger) has a diameter y1 (mm), and the dried 5-1 monolith (or monolith ion exchanger) is Assuming that the average diameter of the opening measured by the mercury intrusion method is z1 (μm), the average diameter (μm) of the opening of the 5-1 monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is It is calculated by the formula “average diameter (μm) = z1 × (x1 / y1) of openings of the 5-1 monolith (or monolith ion exchanger) in a water-wet state”. Further, the average diameter of the opening of the 5-1 monolith in the dry state before the introduction of the ion exchange group, and the 5-1 in the dry state when the ion exchange group is introduced into the 5-1 monolith in the dry state. When the swelling ratio of the 5-1 monolith ion exchanger in the water wet state relative to the monolith is known, the average diameter of the opening of the 5-1 monolith in the dry state is multiplied by the swelling ratio to obtain the water wet state It is also possible to calculate the average diameter of the openings of the monolithic ion exchanger of 5-1.
第5−2のモノリス及び第5−2のモノリスイオン交換体の場合、第5−2のモノリス及び第5−2のモノリスイオン交換体は、水湿潤状態で平均太さが1〜50μm、好ましくは5〜50μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に水湿潤状態での平均直径が10〜100μm、好ましくは10〜90μmの三次元的に連続した空孔を有する共連続構造である。第5−2のモノリス及び第5−2のモノリスイオン交換体の三次元的に連続した空孔の水湿潤状態での平均直径が10μm未満であると、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、また、100μmを超えると、被処理水とモノリス又はモノリスイオン交換体および担持された白金族金属粒子との接触が不十分となり、その結果、過酸化水素分解特性又は溶存酸素の除去特性が低下してしまうため好ましくない。また、第5−2のモノリス及び第5−2のモノリスイオン交換体の骨格の平均太さが水湿潤状態で1μm未満であると、機械的強度が低下して、特に高流速で通水した際にモノリス又はモノリスイオン交換体が大きく変形してしまうため好ましくない。一方、第5−2のモノリス及び第5−2のモノリスイオン交換体の骨格の平均太さが水湿潤状態で50μmを越えると、骨格が太くなり過ぎ、通水時の圧力損失が増大するため好ましくない。 In the case of the 5-2 monolith and the 5-2 monolith ion exchanger, the 5-2 monolith and the 5-2 monolith ion exchanger have an average thickness of 1 to 50 μm in a wet state, preferably Is a co-continuous structure having a three-dimensionally continuous skeleton of 5 to 50 μm and a three-dimensionally continuous pore having an average diameter of 10 to 100 μm, preferably 10 to 90 μm in a water-wet state between the skeletons. is there. When the average diameter of the three-dimensionally continuous pores of the 5-2 monolith and the 5-2 monolith ion exchanger in a water-wet state is less than 10 μm, the pressure loss during water passage increases. In addition, when it exceeds 100 μm, the contact between the water to be treated and the monolith or monolith ion exchanger and the supported platinum group metal particles becomes insufficient. As a result, hydrogen peroxide decomposition characteristics or dissolved oxygen This is not preferable because the removal characteristics deteriorate. In addition, when the average thickness of the skeletons of the 5-2 monolith and the 5-2 monolith ion exchanger is less than 1 μm in a wet state of water, the mechanical strength is lowered, and water is passed at a particularly high flow rate. In this case, the monolith or the monolith ion exchanger is greatly deformed, which is not preferable. On the other hand, if the average thickness of the skeleton of the 5-2 monolith and the 5-2 monolith ion exchanger exceeds 50 μm in a wet state, the skeleton becomes too thick and the pressure loss during water passage increases. It is not preferable.
第5−2のモノリス又は第5−2のモノリスイオン交換体の空孔の水湿潤状態での平均直径は、水銀圧入法で測定した乾燥状態の第5−2のモノリス又は第5−2のモノリスイオン交換体の空孔の平均直径に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態の第5−2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がx2(mm)であり、その水湿潤状態の第5−2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を乾燥させ、得られる乾燥状態の第5−2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がy2(mm)であり、この乾燥状態の第5−2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を水銀圧入法により測定したときの空孔の平均直径がz2(μm)であったとすると、第5−2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の空孔の水湿潤状態での平均直径(μm)は、次式「水湿潤状態の第5−2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の空孔の平均直径(μm)=z2×(x2/y2)」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の第5−2のモノリスの空孔の平均直径、及びその乾燥状態の第5−2のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の第5−2のモノリスに対する水湿潤状態の第5−2のモノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態の第5−2のモノリスの空孔の平均直径に、膨潤率を乗じて、水湿潤状態の第5−2のモノリスイオン交換体の空孔の平均直径を算出することもできる。 The average diameter of the pores of the 5-2 monolith or the 5-2 monolith ion exchanger in the water-wet state is the dry 5-2 monolith or 5-2 measured by mercury porosimetry. This is a value calculated by multiplying the average diameter of the pores of the monolith ion exchanger by the swelling rate. Specifically, the diameter of the 5-2 monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is x2 (mm), and the 5-2 monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is. The diameter of the resulting dried 5-2 monolith (or monolith ion exchanger) is y2 (mm), and this dried 5-2 monolith (or monolith ion exchanger) is Assuming that the average diameter of the pores when measured by the mercury intrusion method was z2 (μm), the average diameter (μm) of the pores of the 5-2 monolith (or monolith ion exchanger) in the water-wet state Is calculated by the following formula “average diameter of pores (μm) = z2 × (x2 / y2) of the 5-2 monolith (or monolith ion exchanger) in a wet state of water”. Further, the average diameter of the pores of the 5-2 monolith in the dry state before the introduction of the ion exchange group and the 5-2 in the dry state when the ion exchange group is introduced into the 5-2 monolith in the dry state are introduced. If the swelling ratio of the 5-2 monolith ion exchanger in the water wet state relative to the monolith is determined by multiplying the average diameter of the pores of the dry monolith 5-2 by the swelling ratio, the water wet state It is also possible to calculate the average diameter of the pores of the 5-2 monolith ion exchanger.
また、第5−2のモノリス又は第5−2のモノリスイオン交換体の骨格の水湿潤状態での平均太さは、乾燥状態の第5−2のモノリス又は第5−2のモノリスイオン交換体のSEM観察を少なくとも3回行い、得られた画像中の骨格の太さを測定し、その平均値に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態の第5−2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がx3(mm)であり、その水湿潤状態の第5−2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を乾燥させ、得られる乾燥状態の第5−2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がy3(mm)であり、この乾燥状態の第5−2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)のSEM観察を少なくとも3回行い、得られた画像中の骨格の太さを測定し、その平均値がz3(μm)であったとすると、水湿潤状態の第5−2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の連続構造体の骨格の平均太さ(μm)は、次式「水湿潤状態の第5−2のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の連続構造体の骨格の平均太さ(μm)=z3×(x3/y3)」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の第5−2のモノリスの骨格の平均太さ、及びその乾燥状態の第5−2のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の第5−2のモノリスに対する水湿潤状態の第5−2のモノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態の第5−2のモノリスの骨格の平均太さに、膨潤率を乗じて、水湿潤状態の第5−2のモノリスイオン交換体の骨格の平均太さを算出することもできる。なお、骨格は棒状であり円形断面形状であるが、楕円断面形状等異径断面のものが含まれていてもよい。この場合の太さは短径と長径の平均である。 In addition, the average thickness of the skeleton of the 5-2 monolith or the 5-2 monolith ion exchanger in the water wet state is the dry 5-2 monolith or the 5-2 monolith ion exchanger. This is a value calculated by performing SEM observation at least three times, measuring the thickness of the skeleton in the obtained image, and multiplying the average value by the swelling ratio. Specifically, the diameter of the 5-2 monolith (or monolith ion exchanger) in the water-wet state is x3 (mm), and the 5-2 monolith (or monolith ion exchanger) in the water-wet state is x 3 (mm). The diameter of the resulting dried 5-2 monolith (or monolith ion exchanger) is y3 (mm), and the dried 5-2 monolith (or monolith ion exchanger) has a diameter of y3 (mm). SEM observation was performed at least three times, and the thickness of the skeleton in the obtained image was measured. If the average value was z3 (μm), the water-wetting state 5-2 monolith (or monolith ion exchange) The average thickness (μm) of the skeleton of the continuous structure of the body is the average thickness (μm) of the continuous structure of the 5-2 monolith (or monolith ion exchanger) in the water-wet state = Z3 × (x3 / y3) ” . Also, the average thickness of the skeleton of the 5-2 monolith in the dry state before the introduction of the ion exchange group, and the 5-2 in the dry state when the ion exchange group is introduced into the 5-2 monolith in the dry state. When the swelling ratio of the 5-2 monolith ion exchanger in the water wet state relative to the monolith of the water is known, the average thickness of the skeleton of the dry monolith 5-2 is multiplied by the swelling ratio to obtain the water wet state. It is also possible to calculate the average thickness of the skeleton of the 5-2 monolith ion exchanger. The skeleton has a rod-like shape and a circular cross-sectional shape, but may have a cross-section with a different diameter such as an elliptical cross-sectional shape. The thickness in this case is the average of the minor axis and the major axis.
第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体の孔の水湿潤状態での平均直径は、10〜150μmである。第5−1のモノリス及び第5−1のモノリスイオン交換体の場合、第5−1のモノリス及び第5−1のモノリスイオン交換体の水湿潤状態での孔径の好ましい値は30〜150μmであり、また、第5−2のモノリス及び第5−2のモノリスイオン交換体の場合、第5−2のモノリス及び第5−2のモノリスイオン交換体の水湿潤状態での孔径の好ましい値は10〜90μmである。 The average diameter of the pores of the fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger in a wet state with water is 10 to 150 μm. In the case of the 5-1 monolith and the 5-1 monolith ion exchanger, the preferred value of the pore diameter in the wet state of the 5-1 monolith and the 5-1 monolith ion exchanger is 30 to 150 μm. In addition, in the case of the 5-2 monolith and the 5-2 monolith ion exchanger, the preferred value of the pore size in the water wet state of the 5-2 monolith and the 5-2 monolith ion exchanger is 10-90 μm.
第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体において、水湿潤状態での粒子体の直径及び突起体の大きさは、4〜40μm、好ましくは4〜30μm、特に好ましくは4〜20μmである。なお、本発明において、粒子体及び突起体は、共に骨格表面に突起状に観察されるものであり、粒状に観察されるものを粒子体と称し、粒状とは言えない突起状のものを突起体と称する。図8に、突起体の模式的な断面図を示す。図8中の(A)〜(E)に示すように、骨格表面21から突き出している突起状のものが突起体22であり、突起体22には、(A)に示す突起体22aのように粒状に近い形状のもの、(B)に示す突起体22bのように半球状のもの、(C)に示す突起体22cのように骨格表面の盛り上がりのようなもの等が挙げられる。また、他には、突起体22には、(D)に示す突起体22dのように、骨格表面21の平面方向よりも、骨格表面21に対して垂直方向の方が長い形状のものや、(E)に示す突起体22eのように、複数の方向に突起した形状のものもある。また、突起体の大きさは、SEM観察したときのSEM画像で判断され、個々の突起体のSEM画像での幅が最も大きくなる部分の長さを指す。また、図9に、第5のモノリスの形態例のSEM写真を示すが、有機多孔質体の骨格表面に多数の突起体が形成されている。
In the fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger, the diameter of the particles and the size of the protrusions in a wet state are 4 to 40 μm, preferably 4 to 30 μm, and particularly preferably 4 to 20 μm. In the present invention, both the particles and the protrusions are observed as protrusions on the surface of the skeleton, and the particles observed are referred to as particles, and the protrusions that are not granular are protrusions. Called the body. FIG. 8 shows a schematic cross-sectional view of the protrusion. As shown in FIGS. 8A to 8E, the protrusions protruding from the
第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体において、全粒子体等中、水湿潤状態で4〜40μmの粒子体等が占める割合は70%以上、好ましくは80%以上である。なお、全粒子体等中の水湿潤状態で4〜40μmの粒子体等が占める割合は、全粒子体等の個数に占める水湿潤状態で4〜40μmの粒子体等の個数割合を指す。また、骨格相の表面は全粒子体等により40%以上、好ましくは50%以上被覆されている。なお、全粒子体等による骨格層の表面の被覆割合は、SEMにより表面観察にしたときのSEM画像上の面積割合、つまり、表面を平面視したときの面積割合を指す。壁面や骨格を被覆している粒子の大きさが上記範囲を逸脱すると、流体とモノリス又はモノリスイオン交換体の骨格表面及び骨格内部との接触効率を改善する効果が小さくなり易い。なお、全粒子体等とは、水湿潤状態で4〜40μmの粒子体等以外の大きさの範囲の粒子体及び突起体も全て含めた、骨格層の表面に形成されている全ての粒子体及び突起体を指す。 In the fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger, the proportion of 4 to 40 μm particles in a wet state in all particles is 70% or more, preferably 80% or more. In addition, the ratio which 4-40 micrometers particle bodies etc. occupy in the water wet state in all the particle bodies etc. points out the number ratio of 4-40 micrometers particle bodies etc. in the water wet state which occupy the number of all particle bodies. Further, the surface of the skeletal phase is covered by 40% or more, preferably 50% or more by the whole particles. In addition, the coverage ratio of the surface of the skeleton layer with all particles and the like refers to an area ratio on the SEM image when the surface is observed by SEM, that is, an area ratio when the surface is viewed in plan. If the size of the particle covering the wall surface or the skeleton deviates from the above range, the effect of improving the contact efficiency between the fluid and the skeleton surface of the monolith or monolith ion exchanger and the inside of the skeleton tends to be small. In addition, all the particulate bodies etc. are all the particulate bodies formed on the surface of the skeleton layer including all the particulate bodies and protrusions in the size range other than the 4-40 μm particulate bodies in the wet state. And a protrusion.
第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体の骨格表面に付着した粒子体等の水湿潤状態での直径又は大きさは、乾燥状態の第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体のSEM画像の観察により得られる粒子体等の直径又は大きさに、乾燥状態から水湿潤状態となった際の膨潤率を乗じて算出した値、又はイニオン交換基導入前の乾燥状態の第5のモノリスのSEM画像の観察により得られる粒子体等の直径又は大きさに、イオン交換基導入前後の膨潤率を乗じて算出した値である。具体的には、水湿潤状態の第5のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がx4(mm)であり、その水湿潤状態の第5のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を乾燥させ、得られる乾燥状態の第5のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がy4(mm)であり、この乾燥状態の第5のモノリス(又はモノリスイオン交換体)をSEM観察したときのSEM画像中の粒子体等の直径又は大きさがz4(μm)であったとすると、水湿潤状態の第5のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の粒子体等の直径又は大きさ(μm)は、次式「水湿潤状態の第5のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の粒子体等の直径又は大きさ(μm)=z4×(x4/y4)」で算出される。そして、乾燥状態の第5のモノリス(又はモノリスイオン交換体)のSEM画像中に観察される全ての粒子体等の直径又は大きさを測定して、その値を基に、1視野のSEM画像中の全粒子体等の水湿潤状態での直径又は大きさを算出する。この乾燥状態の第5のモノリス(又はモノリスイオン交換体)のSEM観察を少なくとも3回行い、全視野において、SEM画像中の全粒子体等の水湿潤状態での直径又は大きさを算出して、直径又は大きさが4〜40μmにある粒子体等が観察されるか否かを確認し、全視野において確認された場合、第5のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の骨格表面上に、直径又は大きさが水湿潤状態で4〜40μmにある粒子体等が形成されていると判断する。また、上記に従って1視野毎にSEM画像中の全粒子体等の水湿潤状態での直径又は大きさを算出し、各視野毎に、全粒子体等に占める水湿潤状態で4〜40μmの粒子体等の割合を求め、全視野において、全粒子体等中の水湿潤状態で4〜40μmの粒子体等が占める割合が70%以上であった場合には、第5のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の骨格表面に形成されている全粒子体等中、水湿潤状態で4〜40μmの粒子体等が占める割合は70%以上であると判断する。また、上記に従って1視野毎にSEM画像中の全粒子体等による骨格層の表面の被覆割合を求め、全視野において、全粒子体等による骨格層の表面の被覆割合が40%以上であった場合には、第5のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の骨格層の表面が全粒子体等により被覆されている割合が40%以上であると判断する。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の第5のモノリスの粒子体等の直径又は大きさと、その乾燥状態の第5のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の第5のモノリスに対する水湿潤状態の第5のモノリスイオン交換体の膨潤率とがわかる場合は、乾燥状態の第5のモノリスの粒子体等の直径又は大きさに、膨潤率を乗じて、水湿潤状態の第5のモノリスイオン交換体の粒子体等の直径又は大きさを算出して、上記と同様にして、水湿潤状態の第5のモノリスイオン交換体の粒子体等の直径又は大きさ、全粒子体等中、水湿潤状態で4〜40μmの粒子体等が占める割合、粒子体等による骨格層の表面の被覆割合を求めることもできる。 The diameter or size of the fifth monolith and the particles attached to the skeleton surface of the fifth monolith ion exchanger in the water wet state is the SEM of the fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger in the dry state. A value calculated by multiplying the diameter or size of the particles obtained by observing the image by the swelling ratio when the dried state becomes the water wet state, or the fifth monolith in the dried state before the introduction of the inion exchange group This is a value calculated by multiplying the diameter or size of the particle or the like obtained by observation of the SEM image by the swelling rate before and after the introduction of the ion exchange group. Specifically, the diameter of the fifth monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is x4 (mm), and the fifth monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is dried. The diameter of the resulting dried fifth monolith (or monolith ion exchanger) is y4 (mm), and in the SEM image when this dried fifth monolith (or monolith ion exchanger) is observed by SEM If the diameter or size of the particle body or the like is z4 (μm), the diameter or size (μm) of the particle body or the like of the fifth monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is expressed by the following formula: It is calculated by “the diameter or size (μm) = z4 × (x4 / y4) of the particle body or the like of the fifth monolith (or monolith ion exchanger) in a water-wet state” ”. Then, the diameter or size of all particles observed in the SEM image of the fifth monolith (or monolith ion exchanger) in the dry state is measured, and one field of view SEM image based on the measured value. The diameter or size of the whole particle body in the wet state is calculated. SEM observation of this dried fifth monolith (or monolith ion exchanger) is performed at least three times, and the diameter or size of all particles in the SEM image in the water wet state is calculated over the entire visual field. Confirming whether particles or the like having a diameter or size of 4 to 40 μm are observed, and when confirmed in the entire visual field, on the skeleton surface of the fifth monolith (or monolith ion exchanger), It is determined that a particle or the like having a diameter or a size of 4 to 40 μm in a wet state is formed. Further, according to the above, the diameter or size in the water wet state of all particles in the SEM image is calculated for each visual field, and the particle size of 4 to 40 μm in the water wet state occupying in the whole particles for each visual field. When the proportion of the particles, etc. in the wet state in all the particles is 70% or more in the entire visual field, the fifth monolith (or monolith ion) is obtained. It is judged that the ratio of 4 to 40 μm particles in the wet state is 70% or more in the total particles formed on the skeleton surface of the exchanger. Further, according to the above, the coverage ratio of the surface of the skeletal layer with all particles in the SEM image was determined for each field of view, and the coverage ratio of the surface of the skeleton layer with all particles in all fields was 40% or more. In this case, it is determined that the ratio of the surface of the skeleton layer of the fifth monolith (or monolith ion exchanger) covered with all particles is 40% or more. In addition, the diameter or size of the particles of the fifth monolith in the dry state before the introduction of the ion exchange groups, and the water for the fifth monolith in the dry state when the ion exchange groups are introduced into the fifth monolith in the dry state. When the swelling rate of the fifth monolith ion exchanger in the wet state is known, the diameter or size of the particles of the fifth monolith in the dry state is multiplied by the swelling rate to obtain the fifth moisture in the water wet state. Calculate the diameter or size of the monolith ion exchanger particles, etc., and in the same way as above, the diameter or size of the water monolithic fifth monolith ion exchanger particles, etc. In addition, the proportion of particles of 4 to 40 μm, etc., in the wet state of water, and the coating ratio of the surface of the skeleton layer with the particles can be determined.
第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体において、粒子体等による骨格相表面の被覆率が40%未満であると、被処理水とモノリス又はモノリスイオン交換体の骨格内部及び骨格表面との接触効率を改善する効果が小さくなり易い。上記粒子体等による被覆率の測定方法としては、第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体のSEM画像による画像解析方法が挙げられる。 In the fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger, if the coverage of the surface of the skeleton phase by the particle body or the like is less than 40%, the water to be treated and the inside of the skeleton of the monolith or monolith ion exchanger and the skeleton surface The effect of improving the contact efficiency tends to be small. Examples of the method for measuring the coverage with the particulates include an image analysis method using SEM images of the fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger.
第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当たりの全細孔容積は、0.5〜5ml/g、好ましくは0.8〜4ml/gである。モノリス及びモノリスイオン交換体の全細孔容積が0.5ml/g未満であると、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、更に、単位断面積当りの透過流体量が小さくなり、処理能力が低下してしまうため好ましくない。一方、モノリス及びモノリスイオン交換体の全細孔容積が5ml/gを超えると、機械的強度が低下して、特に高流速で通水した際にモノリス又はモノリスイオン交換体が大きく変形してしまうため好ましくない。更に、被処理水とモノリス又はモノリスイオン交換体およびそれに担持された白金族金属粒子との接触効率が低下するため、触媒効果も低下してしまうため好ましくない。 The total pore volume per weight of the fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger in the dry state is 0.5 to 5 ml / g, preferably 0.8 to 4 ml / g. If the total pore volume of the monolith and the monolith ion exchanger is less than 0.5 ml / g, it is not preferable because the pressure loss during water flow increases, and the amount of permeated fluid per unit cross-sectional area decreases. This is not preferable because the processing capacity is lowered. On the other hand, when the total pore volume of the monolith and the monolith ion exchanger exceeds 5 ml / g, the mechanical strength is lowered, and the monolith or the monolith ion exchanger is greatly deformed particularly when water is passed at a high flow rate. Therefore, it is not preferable. Furthermore, since the contact efficiency between the water to be treated, the monolith or the monolith ion exchanger and the platinum group metal particles supported thereon is lowered, the catalytic effect is also lowered, which is not preferable.
なお、第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体に水を透過させた際の圧力損失は、多孔質体を1m充填したカラムに通水線速度(LV)1m/hで通水した際の圧力損失(以下、「差圧係数」と言う。)で示すと、0.005〜0.1MPa/m・LVの範囲、特に0.005〜0.05MPa/m・LVであることが好ましい。差圧係数及び全細孔容積が上記範囲にあれば、これを触媒として用いた場合に、被処理水との接触面積が大きく、かつ被処理水の円滑な流通が可能となるため、優れた性能が発揮できる。 In addition, the pressure loss at the time of making water permeate | transmit the 5th monolith and the 5th monolith ion exchanger is when water is passed through the column filled with 1 m of the porous body at a water flow rate (LV) of 1 m / h. The pressure loss (hereinafter referred to as “differential pressure coefficient”) is in the range of 0.005 to 0.1 MPa / m · LV, particularly preferably 0.005 to 0.05 MPa / m · LV. . If the differential pressure coefficient and the total pore volume are in the above ranges, when this is used as a catalyst, the contact area with the water to be treated is large, and smooth distribution of the water to be treated is possible. Performance can be demonstrated.
第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体において、連続空孔構造の骨格相を構成する材料は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.3〜10モル%、好適には0.3〜5モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が0.3モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、10モル%を越えると、イオン交換基を導入する場合、イオン交換基の導入が困難となり、導入量が減少してしまう場合があるため好ましくない。 In the fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger, the material constituting the skeleton phase of the continuous pore structure is an organic polymer material having a crosslinked structure. Although the crosslinking density of the polymer material is not particularly limited, it contains 0.3 to 10 mol%, preferably 0.3 to 5 mol% of crosslinked structural units with respect to all structural units constituting the polymer material. It is preferable. When the cross-linking structural unit is less than 0.3 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. On the other hand, when it exceeds 10 mol%, when an ion exchange group is introduced, it is difficult to introduce the ion exchange group, Since the introduction amount may decrease, it is not preferable.
第5のモノリスの製造で用いられるポリマー材料の種類に特に制限はなく、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリビニルトルエン、ポリビニルベンジルクロライド、ポリビニルビフェニル、ポリビニルナフタレン等の芳香族ビニルポリマー;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン等のポリ(ハロゲン化ポリオレフィン);ポリアクリロニトリル等のニトリル系ポリマー;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸グリシジル、ポリアクリル酸エチル等の(メタ)アクリル系ポリマー等の架橋重合体が挙げられる。上記ポリマーは、単独のビニルモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のビニルモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、連続空孔構造形成の容易さ、イオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸及びアルカリに対する安定性の高さから、芳香族ビニルポリマーの架橋重合体が好ましく、特に、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体が好ましい材料として挙げられる。 There is no restriction | limiting in particular in the kind of polymer material used by manufacture of a 5th monolith, For example, aromatic vinyl polymers, such as a polystyrene, poly ((alpha) -methylstyrene), polyvinyl toluene, polyvinyl benzyl chloride, polyvinyl biphenyl, polyvinyl naphthalene; Polyolefins such as polyethylene and polypropylene; poly (halogenated polyolefins) such as polyvinyl chloride and polytetrafluoroethylene; nitrile polymers such as polyacrylonitrile; poly (methyl methacrylate, polyglycidyl methacrylate, poly (ethyl acrylate), etc. ) Crosslinked polymers such as acrylic polymers. The polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single vinyl monomer and a crosslinking agent, a polymer obtained by polymerizing a plurality of vinyl monomers and a crosslinking agent, or a blend of two or more types of polymers. It may be what was done. Among these organic polymer materials, the cross-linking of aromatic vinyl polymers is facilitated by the ease of forming a continuous pore structure, the ease of introducing ion exchange groups and the high mechanical strength, and the high stability to acids and alkalis A polymer is preferable, and a styrene-divinylbenzene copolymer and a vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymer are particularly preferable materials.
第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体において、有機多孔質体の骨格相を構成する材料と骨格相の表面に形成される粒子体等とは、同じ組織が連続した同一材料のもの、同じではない組織が連続する互いが異なる材料のものなどが挙げられる。同じではない組織が連続する互いが異なる材料のものとしては、ビニルモノマーの種類が互いに異なる材料の場合、ビニルモノマーや架橋剤の種類は同じであっても互いの配合割合が異なる材料の場合などが挙げられる。 In the fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger, the material constituting the skeleton phase of the organic porous body and the particles formed on the surface of the skeleton phase are of the same material in which the same structure is continuous, The thing of the material from which a mutually different structure | tissue which is not the same is different is mentioned. For materials with different structures with different continuous structures, such as materials with different types of vinyl monomers, materials with different blending ratios even if the types of vinyl monomers and crosslinking agents are the same, etc. Is mentioned.
第5のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基は、第1のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基と同様である。 The ion exchange group introduced into the fifth monolith ion exchanger is the same as the ion exchange group introduced into the first monolith ion exchanger.
第5のモノリスイオン交換体において、導入されたイオン交換基は、有機多孔質体の表面のみならず、有機多孔質体の骨格内部にまで均一に分布している。イオン交換基が、第5のモノリスイオン交換体の表面のみならず、骨格内部にまで均一に分布していると、表面と内部の物理的性質及び化学的性質を均一にできるため、膨潤及び収縮に対する耐久性が向上する。 In the fifth monolith ion exchanger, the introduced ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the organic porous body but also within the skeleton of the organic porous body. When the ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the fifth monolith ion exchanger but also inside the skeleton, the physical and chemical properties of the surface and the inside can be made uniform, so that the swelling and shrinkage The durability against is improved.
第5のモノリスイオン交換体は、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が0.2mg当量/ml以上、好ましくは0.3〜1.8mg当量/mlのイオン交換容量を有する。第5のモノリスイオン交換体の体積当りのイオン交換容量が上記範囲にあれば、OH形のアニオン交換基をもつモノリスイオン交換体の場合、触媒担体近傍の塩基性度が高くなり、過酸化水素分解特性又は溶存酸素除去特性が高くなる。なお、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が1.8mg当量/mlを超えると、イオン形の変化によるモノリスイオン交換体の膨潤及び収縮の体積変化が大きくなり過ぎ易い。なお、第5のモノリスイオン交換体の乾燥状態における重量当りのイオン交換容量は特に限定されないが、イオン交換基がモノリスイオン交換体の骨格表面及び骨格内部にまで均一に導入しているため、3〜5mg当量/gである。 The fifth monolith ion exchanger has an ion exchange capacity of 0.2 mg equivalent / ml or more, preferably 0.3 to 1.8 mg equivalent / ml per volume when wet in water. If the ion exchange capacity per volume of the fifth monolith ion exchanger is in the above range, in the case of a monolith ion exchanger having an OH-type anion exchange group, the basicity in the vicinity of the catalyst support increases, and hydrogen peroxide Decomposition characteristics or dissolved oxygen removal characteristics are enhanced. If the ion exchange capacity per volume in a water-wet state exceeds 1.8 mg equivalent / ml, the volume change of swelling and shrinkage of the monolith ion exchanger due to the change of the ion form tends to be too large. The ion exchange capacity per weight in the dry state of the fifth monolith ion exchanger is not particularly limited. However, since the ion exchange groups are uniformly introduced to the skeleton surface and the skeleton of the monolith ion exchanger, 3 ~ 5 mg equivalent / g.
第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体は、その厚みは1mm以上であり、膜状の多孔質体とは区別される。厚みが1mm未満であると、多孔質体1つ当たりのイオン交換容量が極端に低くなるため好ましくない。第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体の厚みは、好ましくは3〜1000mmである。また、第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体は、骨格の基本構造が連続空孔構造であるため、機械的強度が高い。 The fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger have a thickness of 1 mm or more, and are distinguished from a membrane-like porous body. If the thickness is less than 1 mm, the ion exchange capacity per porous body is extremely low, which is not preferable. The thickness of the fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger is preferably 3 to 1000 mm. The fifth monolith and the fifth monolith ion exchanger have high mechanical strength because the basic structure of the skeleton is a continuous pore structure.
<第5のモノリス及び第5のモノリスイオン交換体の製造方法>
第5のモノリスは、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤及び水の混合物を撹拌することにより油中水滴型エマルションを調製し、次いで油中水滴型エマルションを重合させて全細孔容積が5〜30ml/gの連続マクロポア構造のモノリス状の有機多孔質中間体(以下、モノリス中間体(5)とも記載する。)を得るI工程、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する架橋剤、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製するII工程、II工程で得られた混合物を静置下、且つ該I工程で得られたモノリス中間体(5)の存在下に重合を行い、複合構造を有する複合モノリスである第5のモノリスを得るIII工程、を行うことにより得られる。
<The manufacturing method of a 5th monolith and a 5th monolith ion exchanger>
The fifth monolith prepares a water-in-oil emulsion by stirring a mixture of an oil-soluble monomer that does not contain ion-exchange groups, a surfactant, and water, and then polymerizes the water-in-oil emulsion to form all pores. Step I to obtain a monolithic organic porous intermediate having a continuous macropore structure with a volume of 5 to 30 ml / g (hereinafter also referred to as monolith intermediate (5)), vinyl monomer, at least two or more in one molecule Obtained in Steps II and II of preparing a mixture comprising an organic solvent and a polymerization initiator that dissolves the vinyl monomer and the vinyl monomer and the crosslinking agent, but does not dissolve the polymer formed by polymerization of the vinyl monomer. A fifth monolith which is a composite monolith having a composite structure, wherein the mixture is allowed to stand for polymerization in the presence of the monolith intermediate (5) obtained in Step I. Obtaining step III, obtained by performing.
第5のモノリスの製造方法に係るI工程は、特開2002−306976号公報記載の方法に準拠して行なえばよい。 What is necessary is just to perform I process which concerns on the manufacturing method of 5th monolith based on the method of Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-306976.
第5のモノリスの製造方法に係るI工程のモノリス中間体(5)の製造において、イオン交換基を含まない油溶性モノマーとしては、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、三級アミノ基、四級アンモニウム基等のイオン交換基を含まず、水に対する溶解性が低く、親油性のモノマーが挙げられる。これらモノマーの好適なものとしては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ジビニルベンゼン、エチレン、プロピレン、イソブテン、ブタジエン、エチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これらモノマーは、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。ただし、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート等の架橋性モノマーを少なくとも油溶性モノマーの一成分として選択し、その含有量を全油溶性モノマー中、0.3〜10モル%、好ましくは0.3〜5モル%とすることが、後の工程でイオン交換基を導入する場合、イオン交換基量を定量的に導入できるため好ましい。 In the production of the monolith intermediate (5) of the step I according to the fifth monolith production method, examples of the oil-soluble monomer not containing an ion exchange group include a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a tertiary amino group, Examples thereof include an oleophilic monomer which does not contain an ion exchange group such as a quaternary ammonium group and has low solubility in water. Preferable examples of these monomers include styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, divinyl benzene, ethylene, propylene, isobutene, butadiene, ethylene glycol dimethacrylate, and the like. These monomers can be used singly or in combination of two or more. However, a crosslinkable monomer such as divinylbenzene or ethylene glycol dimethacrylate is selected as at least one component of the oil-soluble monomer, and the content thereof is 0.3 to 10 mol% in the total oil-soluble monomer, preferably 0.3 to When introducing an ion exchange group in a later step, it is preferable to set the amount to 5 mol% because the amount of ion exchange group can be quantitatively introduced.
第5のモノリスの製造方法に係るI工程で用いられる界面活性剤は、イオン交換基を含まない油溶性モノマーと水とを混合した際に、油中水滴型(W/O)エマルションを形成できるものであれば特に制限はなく、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート等の非イオン界面活性剤;オレイン酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、スルホコハク酸ジオクチルナトリウム等の陰イオン界面活性剤;ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド等の陽イオン界面活性剤;ラウリルジメチルベタイン等の両性界面活性剤を用いることができる。これら界面活性剤は一種単独又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。なお、油中水滴型エマルションとは、油相が連続相となり、その中に水滴が分散しているエマルションを言う。上記界面活性剤の添加量としては、油溶性モノマーの種類および目的とするエマルション粒子(マクロポア)の大きさによって大幅に変動するため一概には言えないが、油溶性モノマーと界面活性剤の合計量に対して約2〜70%の範囲で選択することができる。 The surfactant used in Step I according to the fifth monolith production method can form a water-in-oil (W / O) emulsion when an oil-soluble monomer containing no ion exchange group and water are mixed. If it is a thing, there will be no restriction in particular, sorbitan monooleate, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan trioleate, polyoxyethylene nonyl phenyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene sorbitan Nonionic surfactants such as monooleate; anionic surfactants such as potassium oleate, sodium dodecylbenzenesulfonate, dioctylsodium sulfosuccinate; cationic surfactants such as distearyldimethylammonium chloride; lauryl dimethyl It can be used an amphoteric surfactant such as Rubetain. These surfactants can be used singly or in combination of two or more. In addition, a water-in-oil emulsion refers to an emulsion in which an oil phase is a continuous phase and water droplets are dispersed therein. The amount of the surfactant added is not unclear because it varies greatly depending on the type of oil-soluble monomer and the size of the target emulsion particles (macropores), but the total amount of oil-soluble monomer and surfactant Can be selected within a range of about 2 to 70%.
また、第5のモノリスの製造方法に係るI工程では、油中水滴型エマルション形成の際、必要に応じて重合開始剤を使用してもよい。重合開始剤は、熱又は光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は水溶性であっても油溶性であってもよく、例えば、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素−塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム−酸性亜硫酸ナトリウム等が挙げられる。
Moreover, in I process which concerns on the manufacturing method of a 5th monolith, you may use a polymerization initiator as needed in the case of water-in-oil type emulsion formation. As the polymerization initiator, a compound that generates radicals by heat or light irradiation is preferably used. The polymerization initiator may be water-soluble or oil-soluble. For example, 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2 , 2′-azobis (2-methylbutyronitrile), 2,2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile),
第5のモノリスの製造方法に係るI工程において、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤、水及び重合開始剤を混合し、油中水滴型エマルションを形成させる際の混合方法としては、特に制限はなく、各成分を一括して一度に混合する方法、油溶性モノマー、界面活性剤及び油溶性重合開始剤である油溶性成分と、水や水溶性重合開始剤である水溶性成分とを別々に均一溶解させた後、それぞれの成分を混合する方法などが使用できる。エマルションを形成させるための混合装置についても特に制限はなく、通常のミキサーやホモジナイザー、高圧ホモジナイザー等を用いることができ、目的のエマルション粒径を得るのに適切な装置を選択すればよい。また、混合条件についても特に制限はなく、目的のエマルション粒径を得ることができる攪拌回転数や攪拌時間を、任意に設定することができる。 As the mixing method when forming the water-in-oil emulsion by mixing an oil-soluble monomer that does not contain an ion exchange group, a surfactant, water, and a polymerization initiator in Step I according to the fifth monolith production method. There is no particular limitation, a method of mixing each component at once, an oil-soluble monomer, a surfactant, an oil-soluble component that is an oil-soluble polymerization initiator, and a water-soluble component that is water or a water-soluble polymerization initiator And the like can be separately dissolved, and then the respective components can be mixed. The mixing apparatus for forming the emulsion is not particularly limited, and a normal mixer, homogenizer, high-pressure homogenizer, or the like can be used, and an appropriate apparatus may be selected to obtain a desired emulsion particle size. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about mixing conditions, The stirring rotation speed and stirring time which can obtain the target emulsion particle size can be set arbitrarily.
第5のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(5)は、連続マクロポア構造を有する。これを重合系に共存させると、そのモノリス中間体(5)の構造を鋳型として連続マクロポア構造の骨格相の表面に粒子体等が形成したり、共連続構造の骨格相の表面に粒子体等が形成したりする。また、モノリス中間体(5)は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.3〜10モル%、好ましくは0.3〜5モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が0.3モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくない。一方、10モル%を越えると、多孔質体の柔軟性が失われたり、また、イオン交換基を導入する場合、イオン交換基の導入が困難になる場合があるため好ましくない。 The monolith intermediate (5) obtained in step I according to the fifth method for producing a monolith has a continuous macropore structure. When this is allowed to coexist in the polymerization system, particles or the like are formed on the surface of the skeleton phase of the continuous macropore structure using the structure of the monolith intermediate (5) as a template, or particles on the surface of the skeleton phase of the co-continuous structure Or form. The monolith intermediate (5) is an organic polymer material having a crosslinked structure. Although the crosslinking density of the polymer material is not particularly limited, it contains 0.3 to 10 mol%, preferably 0.3 to 5 mol% of crosslinked structural units with respect to all the structural units constituting the polymer material. Is preferred. When the cross-linking structural unit is less than 0.3 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 10 mol%, the flexibility of the porous material is lost, and when an ion exchange group is introduced, it may be difficult to introduce the ion exchange group.
第5のモノリスの製造方法に係るI工程において、モノリス中間体(5)のポリマー材料の種類としては、特に制限はなく、前述の第5のモノリスのポリマー材料と同じものが挙げられる。これにより、モノリス中間体(5)の骨格に同様のポリマーを形成して、複合構造のモノリスである第5のモノリスを得ることができる。 In the step I relating to the fifth monolith production method, the kind of the polymer material of the monolith intermediate (5) is not particularly limited, and examples thereof include the same as the polymer material of the fifth monolith described above. Thereby, the same polymer is formed in the skeleton of the monolith intermediate (5), and the fifth monolith which is a monolith having a composite structure can be obtained.
第5のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(5)の乾燥状態での重量当たりの全細孔容積は、5〜30ml/g、好適には6〜28ml/gである。モノリス中間体の全細孔容積が小さ過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの全細孔容積が小さくなりすぎ、流体透過時の圧力損失が大きくなるため好ましくない。一方、モノリス中間体の全細孔容積が大き過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの構造が不均一になりやすく、場合によっては構造崩壊を引き起こすため好ましくない。モノリス中間体(5)の全細孔容積を上記数値範囲とするには、モノマーと水の比(重量)を、概ね1:5〜1:35とすればよい。 The total pore volume per weight in the dry state of the monolith intermediate (5) obtained in step I according to the fifth monolith production method is 5 to 30 ml / g, preferably 6 to 28 ml / g. . If the total pore volume of the monolith intermediate is too small, the total pore volume of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes too small, and the pressure loss during fluid permeation increases, which is not preferable. On the other hand, if the total pore volume of the monolith intermediate is too large, the structure of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer tends to be non-uniform, which may cause structural collapse in some cases. In order to set the total pore volume of the monolith intermediate (5) in the above numerical range, the ratio (weight) of the monomer to water may be set to approximately 1: 5 to 1:35.
第5のモノリスの製造方法に係るI工程において、このモノマーと水との比を、概ね1:5〜1:20とすれば、モノリス中間体(5)の全細孔容積が5〜16ml/gの連続マクロポア構造のものが得られ、III工程を経て得られるモノリスは第5−1のモノリスとなる。また、配合比率を、概ね1:20〜1:35とすれば、モノリス中間体(5)の全細孔容積が16ml/gを超え、30ml/g以下の連続マクロポア構造のものが得られ、III工程を経て得られるモノリスは第5−2のモノリスとなる。 In Step I according to the fifth method for producing a monolith, if the ratio of the monomer to water is approximately 1: 5 to 1:20, the total pore volume of the monolith intermediate (5) is 5 to 16 ml / g having a continuous macropore structure is obtained, and the monolith obtained through the step III is the 5-1 monolith. Further, if the blending ratio is approximately 1:20 to 1:35, the monolith intermediate (5) has a total pore volume of more than 16 ml / g and a continuous macropore structure of 30 ml / g or less. The monolith obtained through the step III becomes the 5-2 monolith.
また、第5のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(5)は、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口(メソポア)の乾燥状態での平均直径が20〜200μmである。モノリス中間体の乾燥状態での開口の平均直径が20μm未満であると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリス及びモノリスイオン交換体の開口径が小さくなり、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。一方、モノリス中間体の乾燥状態での開口の平均直径が200μmを超えると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリス及びモノリスイオン交換体の開口径が大きくなり過ぎ、被処理水とモノリス及びモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、その結果、過酸化水素分解特性又は溶存酸素除去特性が低下してしまうため好ましくない。モノリス中間体(5)は、マクロポアの大きさや開口の径が揃った均一構造のものが好適であるが、これに限定されず、均一構造中、均一なマクロポアの大きさよりも大きな不均一なマクロポアが点在するものであってもよい。 In addition, the monolith intermediate (5) obtained in Step I according to the fifth method for producing a monolith has an average diameter of 20 to 200 μm in the dry state of the opening (mesopore) that is the overlapping portion of the macropore and the macropore. When the average diameter of the opening in the dry state of the monolith intermediate is less than 20 μm, the opening diameter of the monolith and the monolith ion exchanger obtained after polymerizing the vinyl monomer is reduced, and the pressure loss during water passage is large. This is not preferable. On the other hand, when the average diameter of the opening in the dry state of the monolith intermediate exceeds 200 μm, the opening diameter of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer and the monolith ion exchanger becomes too large. The contact with the monolith ion exchanger becomes insufficient, and as a result, the hydrogen peroxide decomposition characteristic or the dissolved oxygen removal characteristic is deteriorated. The monolith intermediate (5) is preferably of a uniform structure with a uniform macropore size and opening diameter, but is not limited to this, and the nonuniform macropore is larger than the uniform macropore size in the uniform structure. May be scattered.
第5のモノリスの製造方法に係るII工程は、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する第2架橋剤、ビニルモノマーや第2架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製する工程である。なお、I工程とII工程の順序はなく、I工程後にII工程を行ってもよく、II工程後にI工程を行ってもよい。 The II step relating to the fifth monolith production method comprises a vinyl monomer, a second crosslinking agent having at least two vinyl groups in one molecule, a vinyl monomer and a second crosslinking agent are dissolved, but the vinyl monomer is polymerized. This is a step of preparing a mixture comprising an organic solvent and a polymerization initiator that do not dissolve the polymer produced. In addition, there is no order of I process and II process, II process may be performed after I process, and I process may be performed after II process.
第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられるビニルモノマーとしては、分子中に重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒に対する溶解性が高い親油性のビニルモノマーであれば、特に制限はない。これらビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等の芳香族ビニルモノマー;エチレン、プロピレン、1-ブテン、イソブテン等のα-オレフィン;ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等のジエン系モノマー;塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等のハロゲン化オレフィン;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸グリシジル等の(メタ)アクリル系モノマーが挙げられる。これらモノマーは、1種単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。好適に用いられるビニルモノマーは、スチレン、ビニルベンジルクロライド等の芳香族ビニルモノマーである。 The vinyl monomer used in Step II according to the fifth monolith production method is not particularly limited as long as it is a lipophilic vinyl monomer containing a polymerizable vinyl group in the molecule and having high solubility in an organic solvent. Absent. Specific examples of these vinyl monomers include aromatic vinyl monomers such as styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, vinyl biphenyl and vinyl naphthalene; α-olefins such as ethylene, propylene, 1-butene and isobutene; Diene monomers such as butadiene, isoprene and chloroprene; halogenated olefins such as vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride and tetrafluoroethylene; nitrile monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl such as vinyl acetate and vinyl propionate Esters: methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-methacrylic acid 2- Hexyl, cyclohexyl methacrylate, benzyl methacrylate, and (meth) acrylic monomer of glycidyl methacrylate. These monomers can be used alone or in combination of two or more. The vinyl monomer preferably used is an aromatic vinyl monomer such as styrene or vinyl benzyl chloride.
第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられるビニルモノマーの添加量は、重合時に共存させるモノリス中間体(5)に対して、重量で3〜50倍、好ましくは4〜40倍である。ビニルモノマー添加量が多孔質体に対して3倍未満であると、生成したモノリスの骨格に粒子体等を形成できず、また、イオン交換基を導入する場合、イオン交換基導入後の体積当りのイオン交換容量が小さくなってしまうため好ましくない。一方、ビニルモノマー添加量が50倍を超えると、開口径が小さくなり、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。 The addition amount of the vinyl monomer used in Step II according to the fifth monolith production method is 3 to 50 times, preferably 4 to 40 times, by weight with respect to the monolith intermediate (5) to be coexisted during the polymerization. . If the amount of vinyl monomer added is less than 3 times that of the porous body, particles cannot be formed on the skeleton of the produced monolith, and when ion exchange groups are introduced, the volume per volume after introduction of ion exchange groups This is not preferable because the ion exchange capacity is reduced. On the other hand, if the amount of vinyl monomer added exceeds 50 times, the opening diameter becomes small, and the pressure loss during water passage becomes large, which is not preferable.
第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる架橋剤は、分子中に少なくとも2個の重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒への溶解性が高いものが好適に用いられる。架橋剤の具体例としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ブタンジオールジアクリレート等が挙げられる。これら架橋剤は、1種単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。好ましい架橋剤は、機械的強度の高さと加水分解に対する安定性から、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル等の芳香族ポリビニル化合物である。架橋剤の使用量は、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対して0.3〜20モル%、特に0.3〜10モル%であることが好ましい。架橋剤使用量が0.3モル%未満であると、モノリスの機械的強度が不足するため好ましくない。一方、20モル%を越えると、モノリスの脆化が進行して柔軟性が失われる、また、イオン交換基を導入する場合、イオン交換基の導入量が減少してしまう場合があるため好ましくない。 As the crosslinking agent used in Step II according to the fifth monolith production method, a crosslinking agent containing at least two polymerizable vinyl groups in the molecule and having high solubility in an organic solvent is preferably used. Specific examples of the crosslinking agent include divinylbenzene, divinylnaphthalene, divinylbiphenyl, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, butanediol diacrylate, and the like. These crosslinking agents can be used singly or in combination of two or more. Preferred cross-linking agents are aromatic polyvinyl compounds such as divinylbenzene, divinylnaphthalene and divinylbiphenyl because of their high mechanical strength and stability to hydrolysis. The amount of the crosslinking agent used is preferably 0.3 to 20 mol%, particularly preferably 0.3 to 10 mol%, based on the total amount of the vinyl monomer and the crosslinking agent. When the amount of the crosslinking agent used is less than 0.3 mol%, the mechanical strength of the monolith is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 20 mol%, the brittleness of the monolith proceeds and the flexibility is lost, and when introducing an ion exchange group, the introduction amount of the ion exchange group may decrease, which is not preferable. .
第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる有機溶媒は、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒、言い換えると、ビニルモノマーが重合して生成するポリマーに対する貧溶媒である。該有機溶媒は、ビニルモノマーの種類によって大きく異なるため一般的な具体例を列挙することは困難であるが、例えば、ビニルモノマーがスチレンの場合、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、オクタノール、2-エチルヘキサノール、デカノール、ドデカノール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール等のアルコール類;ジエチルエーテル、ブチルセロソルブ、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等の鎖状(ポリ)エーテル類;ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、ドデカン等の鎖状飽和炭化水素類;酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸セロソルブ、プロピオン酸エチル等のエステル類が挙げられる。また、ジオキサンやTHF、トルエンのようにポリスチレンの良溶媒であっても、上記貧溶媒と共に用いられ、その使用量が少ない場合には、有機溶媒として使用することができる。これら有機溶媒の使用量は、上記ビニルモノマーの濃度が5〜80重量%となるように用いることが好ましい。有機溶媒使用量が上記範囲から逸脱してビニルモノマー濃度が5重量%未満となると、重合速度が低下してしまうため好ましくない。一方、ビニルモノマー濃度が80重量%を超えると、重合が暴走する恐れがあるため好ましくない。 The organic solvent used in Step II of the fifth monolith production method is an organic solvent that dissolves the vinyl monomer and the crosslinking agent but does not dissolve the polymer formed by polymerization of the vinyl monomer, in other words, the vinyl monomer is polymerized. It is a poor solvent for the polymer produced. Since the organic solvent varies greatly depending on the type of vinyl monomer, it is difficult to list general specific examples. For example, when the vinyl monomer is styrene, the organic solvent includes methanol, ethanol, propanol, butanol, Alcohols such as hexanol, cyclohexanol, octanol, 2-ethylhexanol, decanol, dodecanol, propylene glycol, tetramethylene glycol; chain (poly) ethers such as diethyl ether, butyl cellosolve, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene glycol Chain saturated hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, decane, dodecane, etc .; Ethyl acetate, isopropyl acetate, cellosolve acetate, ethyl propionate, etc. Ethers, and the like. Moreover, even if it is a good solvent of polystyrene like a dioxane, THF, and toluene, when it is used with the said poor solvent and the usage-amount is small, it can be used as an organic solvent. These organic solvents are preferably used so that the concentration of the vinyl monomer is 5 to 80% by weight. If the amount of the organic solvent used deviates from the above range and the vinyl monomer concentration is less than 5% by weight, the polymerization rate is lowered, which is not preferable. On the other hand, if the vinyl monomer concentration exceeds 80% by weight, the polymerization may run away, which is not preferable.
第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる重合開始剤としては、熱又は光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は油溶性であるほうが好ましい。重合開始剤の具体例としては、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、テトラメチルチウラムジスルフィド等が挙げられる。重合開始剤の使用量は、モノマーの種類や重合温度等によって大きく変動するが、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対して、約0.01〜5%の範囲で使用することができる。
As the polymerization initiator used in Step II according to the fifth method for producing a monolith, a compound that generates radicals by heat or light irradiation is suitably used. The polymerization initiator is preferably oil-soluble. Specific examples of the polymerization initiator include 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (2-methylbutyro). Nitrile), 2,2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile),
第5のモノリスの製造方法に係るIII工程は、II工程で得られた混合物を静置下、且つI工程で得られたモノリス中間体(5)の存在下、重合を行い、第5のモノリスを得る工程である。III工程で用いるモノリス中間体(5)は、第5のモノリスを創出する上で、極めて重要な役割を担っている。特表平7−501140号等に開示されているように、モノリス中間体(5)不存在下でビニルモノマーと架橋剤を特定の有機溶媒中で静置重合させると、粒子凝集型のモノリス状有機多孔質体が得られる。それに対して、本発明のように上記重合系に連続マクロポア構造のモノリス中間体(5)を存在させると、重合後の複合モノリスの構造は劇的に変化し、粒子凝集構造ではなく、上述の特定の骨格構造を有する第5のモノリスが得られる。反応容器の内容積は、モノリス中間体(5)を反応容器中に存在させる大きさのものであれば特に制限されず、反応容器内にモノリス中間体(5)を載置した際、平面視でモノリスの周りに隙間ができるもの、反応容器内にモノリス中間体(5)が隙間無く入るもののいずれであってもよい。このうち、重合後の第5のモノリスが容器内壁から押圧を受けることなく、反応容器内に隙間無く入るものが、第5のモノリスに歪が生じることもなく、反応原料などの無駄がなく効率的である。なお、反応容器の内容積が大きく、重合後の第5のモノリスの周りに隙間が存在する場合であっても、ビニルモノマーや架橋剤は、モノリス中間体(5)に吸着、分配されるため、反応容器内の隙間部分に粒子凝集構造物が生成することはない。 In step III according to the fifth monolith production method, the mixture obtained in step II is allowed to stand and polymerization is carried out in the presence of the monolith intermediate (5) obtained in step I. It is the process of obtaining. The monolith intermediate (5) used in the step III plays an extremely important role in creating the fifth monolith. As disclosed in JP-A-7-501140 and the like, when a vinyl monomer and a crosslinking agent are allowed to stand in a specific organic solvent in the absence of the monolith intermediate (5), a particle aggregation type monolith shape is obtained. An organic porous body is obtained. On the other hand, when the monolith intermediate (5) having a continuous macropore structure is present in the polymerization system as in the present invention, the structure of the composite monolith after the polymerization changes dramatically, not the particle aggregation structure. A fifth monolith having a specific skeletal structure is obtained. The internal volume of the reaction vessel is not particularly limited as long as it is large enough to allow the monolith intermediate (5) to be present in the reaction vessel, and when the monolith intermediate (5) is placed in the reaction vessel, the plan view In this case, the monolith may have a gap around the monolith or the monolith intermediate (5) may enter the reaction vessel without any gap. Of these, the fifth monolith after polymerization does not receive any pressure from the inner wall of the vessel and enters the reaction vessel without any gap, so that the fifth monolith is not distorted, and there is no waste of reaction raw materials and the like. Is. Even when the internal volume of the reaction vessel is large and a gap exists around the fifth monolith after polymerization, the vinyl monomer and the crosslinking agent are adsorbed and distributed on the monolith intermediate (5). In addition, a particle aggregate structure is not generated in a gap portion in the reaction vessel.
第5のモノリスの製造方法に係るIII工程において、反応容器中、モノリス中間体(5)は混合物(溶液)で含浸された状態に置かれる。II工程で得られた混合物とモノリス中間体(5)の配合比は、前述の如く、モノリス中間体(5)に対して、ビニルモノマーの添加量が重量で3〜50倍、好ましくは4〜40倍となるように配合するのが好適である。これにより、適度な開口径を有しつつ、特定の骨格を有する複合モノリスである第5のモノリスを得ることができる。反応容器中、混合物中のビニルモノマーと架橋剤は、静置されたモノリス中間体(5)の骨格に吸着、分配され、モノリス中間体(5)の骨格内で重合が進行する。 In step III according to the fifth method for producing a monolith, the monolith intermediate (5) is placed in a state impregnated with the mixture (solution) in the reaction vessel. As described above, the blending ratio of the mixture obtained in Step II and the monolith intermediate (5) is 3 to 50 times, preferably 4 to 4 times, by weight with respect to the monolith intermediate (5). It is preferable to blend so as to be 40 times. As a result, a fifth monolith that is a composite monolith having a specific skeleton while having an appropriate opening diameter can be obtained. In the reaction vessel, the vinyl monomer and the cross-linking agent in the mixture are adsorbed and distributed on the skeleton of the monolith intermediate (5) that is allowed to stand, and polymerization proceeds in the skeleton of the monolith intermediate (5).
第5のモノリスの製造方法に係るIII工程において、重合条件は、モノマーの種類、開始剤の種類により様々な条件が選択できる。例えば、開始剤として2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル等を用いたときには、不活性雰囲気下の密封容器内において、20〜100℃で1〜48時間加熱重合させればよい。加熱重合により、モノリス中間体(5)の骨格に吸着、分配したビニルモノマーと架橋剤が該骨格内で重合し、該特定の骨格構造を形成させる。重合終了後、内容物を取り出し、未反応ビニルモノマーと有機溶媒の除去を目的に、アセトン等の溶剤で抽出して特定骨格構造の複合モノリスである第5のモノリスを得る。 In step III according to the fifth monolith production method, various polymerization conditions can be selected depending on the type of monomer and the type of initiator. For example, when 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, or the like is used as an initiator, an inert atmosphere What is necessary is just to heat-polymerize at 20-100 degreeC for 1 to 48 hours in the lower sealed container. By the heat polymerization, the vinyl monomer adsorbed and distributed on the skeleton of the monolith intermediate (5) and the crosslinking agent are polymerized in the skeleton to form the specific skeleton structure. After completion of the polymerization, the contents are taken out and extracted with a solvent such as acetone for the purpose of removing unreacted vinyl monomer and organic solvent to obtain a fifth monolith that is a composite monolith having a specific skeleton structure.
上述の第5のモノリスを製造する際に、下記(1)〜(5)の条件のうち、少なくとも一つを満たす条件下でII工程又はIII工程行うと、第5モノリスの特徴的な構造である、骨格表面に粒子体等が形成されたモノリスを製造することができる。
(1)III工程における重合温度が、重合開始剤の10時間半減温度より、少なくとも5℃低い温度である。
(2)II工程で用いる架橋剤のモル%が、I工程で用いる架橋剤のモル%の2倍以上である。
(3)II工程で用いるビニルモノマーが、I工程で用いた油溶性モノマーとは異なる構造のビニルモノマーである。
(4)II工程で用いる有機溶媒が、分子量200以上のポリエーテルである。
(5)II工程で用いるビニルモノマーの濃度が、II工程の混合物中、30重量%以下である。
When the above-mentioned fifth monolith is produced, if the II step or the III step is performed under the conditions satisfying at least one of the following conditions (1) to (5), the characteristic structure of the fifth monolith is obtained. A monolith having a particle body or the like formed on the surface of the skeleton can be produced.
(1) The polymerization temperature in step III is a temperature that is at least 5 ° C. lower than the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator.
(2) The mole% of the crosslinking agent used in Step II is at least twice the mole% of the crosslinking agent used in Step I.
(3) The vinyl monomer used in step II is a vinyl monomer having a structure different from that of the oil-soluble monomer used in step I.
(4) The organic solvent used in step II is a polyether having a molecular weight of 200 or more.
(5) The concentration of the vinyl monomer used in Step II is 30% by weight or less in the mixture of Step II.
(上記(1)の説明)
10時間半減温度は重合開始剤の特性値であり、使用する重合開始剤が決まれば10時間半減温度を知ることができる。また、所望の10時間半減温度があれば、それに該当する重合開始剤を選択することができる。III工程において、重合温度を低下させることで、重合速度が低下し、骨格相の表面に粒子体等を形成させることができる。その理由は、モノリス中間体の骨格相の内部でのモノマー濃度低下が緩やかとなり、液相部からモノリス中間体へのモノマー分配速度が低下するため、余剰のモノマーがモノリス中間体の骨格層の表面近傍で濃縮され、その場で重合したためと考えられる。
(Description of (1) above)
The 10-hour half temperature is a characteristic value of the polymerization initiator, and if the polymerization initiator to be used is determined, the 10-hour half temperature can be known. Moreover, if there exists desired 10-hour half temperature, the polymerization initiator applicable to it can be selected. In step III, the polymerization rate is lowered by lowering the polymerization temperature, and particles and the like can be formed on the surface of the skeleton phase. The reason for this is that the monomer concentration drop inside the skeleton phase of the monolith intermediate becomes gradual, and the monomer distribution rate from the liquid phase part to the monolith intermediate decreases, so the surplus monomer is on the surface of the skeleton layer of the monolith intermediate. It is thought that it was concentrated in the vicinity and polymerized in situ.
第5のモノリスの製造方法に係るIII工程において、好ましい重合温度は、用いる重合開始剤の10時間半減温度より少なくとも10℃低い温度である。重合温度の下限値は特に限定されないが、温度が低下するほど重合速度が低下し、重合時間が実用上許容できないほど長くなってしまうため、重合温度を10時間半減温度に対して5〜20℃低い範囲に設定することが好ましい。 In Step III according to the fifth monolith production method, a preferable polymerization temperature is a temperature that is at least 10 ° C. lower than the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator used. Although the lower limit of the polymerization temperature is not particularly limited, the polymerization rate decreases as the temperature decreases, and the polymerization time becomes unacceptably long. Therefore, the polymerization temperature is 5 to 20 ° C. with respect to the 10-hour half temperature. It is preferable to set to a low range.
(上記(2)の説明)
第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いる架橋剤のモル%を、I工程で用いる架橋剤のモル%の2倍以上に設定して重合すると、複合構造を有するモノリスが得られる。その理由は、モノリス中間体と含浸重合によって生成したポリマーとの相溶性が低下し相分離が進行するため、含浸重合によって生成したポリマーはモノリス中間体の骨格相の表面近傍に排除され、骨格相表面に粒子体等の凹凸を形成したものと考えられる。なお、架橋剤のモル%は、架橋密度モル%であって、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対する架橋剤量(モル%)を言う。
(Explanation of (2) above)
When the mol% of the cross-linking agent used in the step II according to the fifth monolith production method is set to be 2 times or more of the mol% of the cross-linking agent used in the I step, a monolith having a composite structure is obtained. The reason for this is that the compatibility between the monolith intermediate and the polymer produced by impregnation polymerization is reduced and phase separation proceeds, so the polymer produced by impregnation polymerization is excluded in the vicinity of the surface of the skeleton phase of the monolith intermediate, It is considered that irregularities such as particles are formed on the surface. In addition, mol% of a crosslinking agent is a crosslinking density mol%, Comprising: The amount of crosslinking agents (mol%) with respect to the total amount of a vinyl monomer and a crosslinking agent is said.
第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いる架橋剤モル%の上限は特に制限されないが、架橋剤モル%が著しく大きくなると、重合後のモノリスにクラックが発生する、モノリスの脆化が進行して柔軟性が失われる、また、イオン交換基を導入する場合、イオン交換基の導入量が減少してしまう場合があるといった問題点が生じるため好ましくない。好ましい架橋剤モル%の倍数は2倍〜10倍である。一方、I工程で用いる架橋剤モル%をII工程で用いられる架橋剤モル%に対して2倍以上に設定しても、骨格相表面への粒子体等の形成は起こらず、第5のモノリスは得られなかった。 The upper limit of the crosslinker mol% used in Step II of the fifth monolith production method is not particularly limited, but when the crosslinker mol% is extremely large, cracks occur in the monolith after polymerization, and the monolith becomes brittle. Thus, flexibility is lost, and when an ion exchange group is introduced, the amount of ion exchange group introduced may be reduced, which is not preferable. The preferred multiple of the crosslinker mol% is 2 to 10 times. On the other hand, even if the crosslinker mol% used in Step I is set to be twice or more the crosslinker mol% used in Step II, the formation of particles on the surface of the skeleton phase does not occur, and the fifth monolith Was not obtained.
(上記(3)の説明)
第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いるビニルモノマーが、I工程で用いた油溶性モノマーとは異なる構造のビニルモノマーであると、第5のモノリスが得られる。例えば、スチレンとビニルベンジルクロライドのように、ビニルモノマーの構造が僅かでも異なると、骨格相表面に粒子体等が形成された複合モノリスが生成する。一般に、僅かでも構造が異なる二種類のモノマーから得られる二種類のホモポリマーは互いに相溶しない。したがって、I工程で用いたモノリス中間体形成に用いたモノマーとは異なる構造のモノマーをII工程で用いてIII工程で重合を行うと、II工程で用いたモノマーはモノリス中間体に均一に分配や含浸がされるものの、重合が進行してポリマーが生成すると、生成したポリマーはモノリス中間体とは相溶しないため、相分離が進行し、生成したポリマーはモノリス中間体の骨格相の表面近傍に排除され、骨格相の表面に粒子体等の凹凸を形成したものと考えられる。
(Description of (3) above)
If the vinyl monomer used in step II according to the fifth monolith production method is a vinyl monomer having a structure different from that of the oil-soluble monomer used in step I, the fifth monolith is obtained. For example, if the structures of vinyl monomers are slightly different, such as styrene and vinyl benzyl chloride, a composite monolith having particles or the like formed on the surface of the skeleton phase is generated. In general, two types of homopolymers obtained from two types of monomers that are slightly different in structure are not compatible with each other. Therefore, when a monomer having a structure different from that used for forming the monolith intermediate used in Step I is used in Step II and polymerization is performed in Step III, the monomer used in Step II is uniformly distributed to the monolith intermediate. Although impregnation occurs, when polymerization proceeds and a polymer is produced, the produced polymer is incompatible with the monolith intermediate, so phase separation proceeds, and the produced polymer is near the surface of the skeleton phase of the monolith intermediate. It is considered that irregularities such as particles are formed on the surface of the skeleton phase.
(上記(4)の説明)
第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いる有機溶媒が、分子量200以上のポリエーテルであると、第5のモノリスが得られる。ポリエーテルはモノリス中間体との親和性が比較的高く、特に低分子量の環状ポリエーテルはポリスチレンの良溶媒、低分子量の鎖状ポリエーテルは良溶媒ではないがかなりの親和性を有している。しかし、ポリエーテルの分子量が大きくなると、モノリス中間体との親和性は劇的に低下し、モノリス中間体とほとんど親和性を示さなくなる。このような親和性に乏しい溶媒を有機溶媒に用いると、モノマーのモノリス中間体の骨格内部への拡散が阻害され、その結果、モノマーはモノリス中間体の骨格の表面近傍のみで重合するため、骨格相表面に粒子体等が形成され骨格表面に凹凸を形成したものと考えられる。
(Explanation of (4) above)
A 5th monolith is obtained when the organic solvent used by II process concerning the manufacturing method of a 5th monolith is a polyether with a molecular weight of 200 or more. Polyethers have a relatively high affinity with monolith intermediates, especially low molecular weight cyclic polyethers are good solvents for polystyrene, and low molecular weight chain polyethers are not good solvents but have considerable affinity. . However, as the molecular weight of the polyether increases, the affinity with the monolith intermediate dramatically decreases and shows little affinity with the monolith intermediate. When such a solvent having poor affinity is used as the organic solvent, diffusion of the monomer into the skeleton of the monolith intermediate is inhibited, and as a result, the monomer is polymerized only near the surface of the skeleton of the monolith intermediate. It is considered that particles and the like are formed on the phase surface and irregularities are formed on the skeleton surface.
第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いるポリエーテルの分子量は、200以上であれば上限に特に制約はないが、あまりに高分子量であると、II工程で調製される混合物の粘度が高くなり、モノリス中間体内部への含浸が困難になるため好ましくない。好ましいポリエーテルの分子量は200〜100000、特に好ましくは200〜10000である。また、ポリエーテルの末端構造は、未修飾の水酸基であっても、メチル基やエチル基等のアルキル基でエーテル化されていてもよいし、酢酸、オレイン酸、ラウリン酸、ステアリン酸等でエステル化されていてもよい。 The upper limit of the molecular weight of the polyether used in Step II according to the fifth monolith production method is not particularly limited as long as it is 200 or more. However, if the molecular weight is too high, the viscosity of the mixture prepared in Step II is high. Therefore, it is not preferable because it is difficult to impregnate the monolith intermediate. The molecular weight of the preferred polyether is 200 to 100,000, particularly preferably 200 to 10,000. The terminal structure of the polyether may be an unmodified hydroxyl group, etherified with an alkyl group such as a methyl group or an ethyl group, or esterified with acetic acid, oleic acid, lauric acid, stearic acid, or the like. It may be made.
(上記(5)の説明)
第5のモノリスの製造方法に係るII工程で用いるビニルモノマーの濃度が、II工程中の混合物中、30重量%以下であると、第5のモノリスが得られる。II工程でモノマー濃度を低下させることで、重合速度が低下し、前記(1)と同様の理由で、骨格相表面に粒子体等が形成でき、骨格相表面に凹凸を形成されることができる。モノマー濃度の下限値は特に限定されないが、モノマー濃度が低下するほど重合速度が低下し、重合時間が実用上許容できないほど長くなってしまうため、モノマー濃度は10〜30重量%に設定することが好ましい。
(Description of (5) above)
The fifth monolith is obtained when the concentration of the vinyl monomer used in step II according to the fifth monolith production method is 30% by weight or less in the mixture in step II. By reducing the monomer concentration in the step II, the polymerization rate is reduced, and for the same reason as the above (1), particles and the like can be formed on the surface of the skeleton phase, and irregularities can be formed on the surface of the skeleton phase. . Although the lower limit of the monomer concentration is not particularly limited, the polymerization rate decreases as the monomer concentration decreases and the polymerization time becomes unacceptably long, so the monomer concentration may be set to 10 to 30% by weight. preferable.
このようにして得られる第5のモノリスの好ましい構造としては、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が乾燥状態で平均直径10〜120μmの開口となる連続マクロポア構造体(「第5−1のモノリス」)及び乾燥状態での平均太さが0.8〜40μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に乾燥状態での直径が8〜80μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体(「第5−2のモノリス」)が挙げられる。 As a preferable structure of the fifth monolith thus obtained, bubble-shaped macropores overlap each other, and the overlapping portion is a continuous macropore structure (“5-1th” in which openings have an average diameter of 10 to 120 μm in a dry state. Monolith of the three-dimensional continuous skeleton having an average thickness of 0.8 to 40 μm in a dry state, and three-dimensional continuous pores having a diameter in the dry state of 8 to 80 μm between the skeletons. And a co-continuous structure (“5-2 monolith”).
第5のモノリスが第5−1のモノリスの場合、第5−1のモノリスは、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が乾燥状態で平均直径10〜120μm、好ましくは20〜120μm、特に好ましくは25〜120μmの開口(メソポア)となる連続マクロポア構造体であり、マクロポアと該開口(メソポア)で形成される気泡内が流路となる。連続マクロポア構造は、マクロポアの大きさや開口の径が揃った均一構造のものが好適であるが、これに限定されず、均一構造中、均一なマクロポアの大きさよりも大きな不均一なマクロポアが点在するものであってもよい。第5−1のモノリスの乾燥状態での開口の平均直径が10μm未満であると、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、また、乾燥状態での開口の平均直径が120μmを超えると、被処理水とモノリスイオン交換体および担持された白金族金属粒子との接触が不十分となり、その結果、過酸化水素分解特性又は溶存酸素の除去特性が低下してしまうため好ましくない。 When the fifth monolith is the 5-1 monolith, the 5-1 monolith has bubble-like macropores that overlap each other, and the overlapping portion has an average diameter of 10 to 120 μm, preferably 20 to 120 μm, especially in a dry state. Preferably, it is a continuous macropore structure which becomes an opening (mesopore) of 25 to 120 μm, and the inside of bubbles formed by the macropore and the opening (mesopore) is a flow path. The continuous macropore structure is preferably a uniform structure having the same macropore size and aperture diameter, but is not limited to this, and the uniform structure is dotted with nonuniform macropores larger than the size of the uniform macropore. You may do. If the average diameter of the opening in the dry state of the 5-1 monolith is less than 10 μm, it is not preferable because the pressure loss at the time of passing water becomes large. If it exceeds, the contact between the water to be treated and the monolith ion exchanger and the supported platinum group metal particles becomes insufficient, and as a result, the hydrogen peroxide decomposition characteristics or the dissolved oxygen removal characteristics deteriorate, which is not preferable.
第5−2のモノリスの場合、第5−2のモノリスは、乾燥状態での平均太さが0.8〜40μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に乾燥状態での平均直径が8〜80μmの三次元的に連続した空孔を有する共連続構造である。第5−2のモノリスの三次元的に連続した空孔の乾燥状態での平均直径が8μm未満であると、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、また、80μmを超えると、被処理水とモノリス又はモノリスイオン交換体および担持された白金族金属粒子との接触が不十分となり、その結果、過酸化水素分解特性又は溶存酸素の除去特性が低下してしまうため好ましくない。また、第5−2のモノリスの骨格の乾燥状態での平均太さが0.8μm未満であると、イオン交換基を導入する場合、モノリスイオン交換体の体積当りのイオン交換容量が低下するといった欠点のほか、機械的強度が低下して、特に高流速で通水した際にモノリス又はモノリスイオン交換体が大きく変形してしまうため好ましくない。一方、骨格の乾燥状態での平均太さが80μmを越えると、通水時の圧力損失が増大するため好ましくない。 In the case of the 5-2 monolith, the 5-2 monolith has a three-dimensional continuous skeleton having an average thickness of 0.8 to 40 μm in a dry state, and an average diameter in a dry state between the skeletons. Is a co-continuous structure having three-dimensionally continuous pores of 8 to 80 μm. If the average diameter in the dry state of the three-dimensionally continuous pores of the 5-2 monolith is less than 8 μm, it is not preferable because the pressure loss during water flow increases, and if it exceeds 80 μm Further, the contact between the water to be treated and the monolith or monolith ion exchanger and the supported platinum group metal particles becomes insufficient, and as a result, the hydrogen peroxide decomposition characteristics or the dissolved oxygen removal characteristics deteriorate, which is not preferable. Further, when the average thickness in the dry state of the skeleton of the 5-2 monolith is less than 0.8 μm, when ion exchange groups are introduced, the ion exchange capacity per volume of the monolith ion exchanger decreases. In addition to the disadvantages, the mechanical strength is lowered, and the monolith or monolith ion exchanger is greatly deformed particularly when water is passed at a high flow rate. On the other hand, if the average thickness of the skeleton in a dry state exceeds 80 μm, the pressure loss during water passage increases, which is not preferable.
第5のモノリスイオン交換体は、III工程で得られた第5のモノリスにイオン交換基を導入するIV工程、を行うことにより得られる。 The fifth monolith ion exchanger is obtained by performing an IV step for introducing an ion exchange group into the fifth monolith obtained in the step III.
第5のモノリスにイオン交換基を導入する方法は、第1のモノリスにイオン交換基を導入する方法と同様である。 The method for introducing ion exchange groups into the fifth monolith is the same as the method for introducing ion exchange groups into the first monolith.
<第6のモノリス及び第6のモノリスイオン交換体の説明>
本発明の白金族金属担持触媒において、白金族金属粒子の担体となる第6のモノリス及び第6のモノリスイオン交換体は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径20〜300μmの開口となる連続マクロポア構造体であり、該連続マクロポア構造体の骨格部の表層部が多孔構造である有機多孔質体である。また、第6のモノリスイオン交換体は、イオン交換基を有しており、水湿潤状態での体積当たりのイオン交換容量が0.4mg当量/ml以上であり、イオン交換基が該有機多孔質イオン交換体中に均一に分布しているモノリスイオン交換体である。
<Description of Sixth Monolith and Sixth Monolith Ion Exchanger>
In the platinum group metal-supported catalyst of the present invention, the sixth monolith and the sixth monolith ion exchanger serving as the carrier for the platinum group metal particles overlap with each other in the form of bubble-like macropores, and the overlapping portion has an average diameter in a wet state. A continuous macropore structure having an opening of 20 to 300 μm, and an organic porous body having a porous structure in the surface layer of the skeleton of the continuous macropore structure. The sixth monolith ion exchanger has an ion exchange group, an ion exchange capacity per volume in a water-wet state is 0.4 mg equivalent / ml or more, and the ion exchange group is an organic porous material. It is a monolithic ion exchanger that is uniformly distributed in the ion exchanger.
第6のモノリス及び第6のモノリスイオン交換体の基本構造を示す模式図である図10を参照して説明する。図10中、右側の四角図は、第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の壁部(骨格部)Aを拡大した模式図である。第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)30は気泡状のマクロポア31同士が重なり合い、この重なる部分が共通の開口(メソポア)32となる連続マクロポア構造であり、開口32の平均直径が水湿潤状態で20〜300μm、好ましくは20〜200μm、特に20〜150μmであり、マクロポア31と開口32で形成される連続気泡内が流路となる。連続マクロポア構造は、マクロポアの大きさや開口の径が揃った均一構造のものが好適であるが、これに限定されず、均一構造中、均一なマクロポアの大きさよりも大きな不均一なマクロポアが点在するものであってもよい。第6のモノリス又は第6のモノリスイオン交換体の水湿潤状態での開口(メソポア)の平均直径が20μm未満であると、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、また、水湿潤状態での開口(メソポア)の平均直径が300μmを超えると、被処理水とモノリス又はモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、その結果、過酸化水素分解特性又は溶存酸素の除去特性が低下してしまうため好ましくない。
The sixth monolith and the sixth monolith ion exchanger will be described with reference to FIG. 10, which is a schematic diagram showing the basic structure of the sixth monolith and the sixth monolith ion exchanger. In FIG. 10, the square on the right side is an enlarged schematic view of the wall portion (skeleton portion) A of the sixth monolith (or monolith ion exchanger). The sixth monolith (or monolith ion exchanger) 30 has a continuous macropore structure in which bubble-
乾燥状態の第6のモノリスの開口の平均直径、乾燥状態の第6のモノリスイオン交換体の開口の平均直径、及び以下に述べる第6のモノリスの製造方法に係るI工程で得られる、乾燥状態のモノリス中間体(6)の開口の平均直径は、水銀圧入法により得られた細孔分布曲線の極大値である。また、水湿潤状態の第6のモノリス又は第6のモノリスイオン交換体の開口の平均直径は、乾燥状態の第6のモノリス又は第6のモノリスイオン交換体の開口の平均直径に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態の第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がx1(mm)であり、その水湿潤状態の第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を乾燥させ、得られる乾燥状態の第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がy1(mm)であり、この乾燥状態の第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を水銀圧入法により測定したときの開口の平均直径がz1(μm)であったとすると、水湿潤状態の第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の開口の平均直径(μm)は、次式「水湿潤状態の第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の開口の平均直径(μm)=z1×(x1/y1)」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の第6のモノリスの開口の平均直径、及びその乾燥状態の第6のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の第6のモノリスに対する水湿潤状態の第6のモノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態の第6のモノリスの開口の平均直径に、膨潤率を乗じて、水湿潤状態の第6のモノリスイオン交換体の開口の平均直径を算出することもできる。 The average diameter of the opening of the sixth monolith in the dry state, the average diameter of the opening of the sixth monolith ion exchanger in the dry state, and the dry state obtained in step I relating to the sixth monolith production method described below The average diameter of the opening of the monolith intermediate (6) is the maximum value of the pore distribution curve obtained by the mercury intrusion method. In addition, the average diameter of the openings of the sixth monolith or the sixth monolith ion exchanger in the wet state of water is the average diameter of the openings of the sixth monolith or the sixth monolith ion exchanger in the dry state. It is a value calculated by multiplication. Specifically, the diameter of the sixth monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is x1 (mm), and the sixth monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is dried, The diameter of the obtained sixth monolith (or monolith ion exchanger) in the dry state is y1 (mm), and the sixth monolith (or monolith ion exchanger) in the dry state is measured by a mercury intrusion method. Assuming that the average diameter of the opening is z1 (μm), the average diameter (μm) of the sixth monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is expressed by the following formula: (Or average diameter (μm) = z1 × (x1 / y1)) of openings of (or monolith ion exchanger) ”. Further, the average diameter of the opening of the sixth monolith in the dry state before the introduction of the ion exchange group, and the water wet state relative to the sixth monolith in the dry state when the ion exchange group is introduced into the sixth monolith in the dry state. When the swelling ratio of the sixth monolith ion exchanger is known, the average diameter of the sixth monolith ion exchanger in the water-wet state is obtained by multiplying the average diameter of the opening of the sixth monolith in the dry state by the swelling ratio. The diameter can also be calculated.
なお、第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)30は骨格の表層部に多孔構造を有するが、骨格中に占める表層部の割合が小さいこと、更に多孔構造が「巣」のような非連続孔が大部分であることから、水銀圧入法によりメソポアの平均直径を求めることができる。 The sixth monolith (or monolith ion exchanger) 30 has a porous structure in the surface layer portion of the skeleton, but the proportion of the surface layer portion in the skeleton is small, and the porous structure is discontinuous like a “nest”. Since the pores are the majority, the average diameter of mesopores can be determined by mercury porosimetry.
第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)30において、連続マクロポア構造体の骨格部36は内層部33と表層部34からなり、表層部34が多孔構造である。すなわち多孔構造は表層部34中に水湿潤状態で直径が0.1〜30μm、特に0.1〜15μmの細孔37が無数に存在する、表層部の断面が所謂蜂の巣に類似する構造のものである。多数の細孔37は、互いに独立のものあるいは隣接の孔同士が連通しているものもある。水湿潤状態で表層部34の厚みは概ね1〜45μmである。なお、図10中、符号35は気相(気泡)部である。骨格部36の多孔構造は、第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)(乾燥体)を切断した面のSEM(走査型電子顕微鏡による二次電子像)画像で確認することができる。図11には、第6のモノリスの形態例のSEM写真を示すが、骨格部の表層部に多数の細孔が形成されている。そして、第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)30としては、多孔構造を構成する細孔37が外部から観察されないもの(以下、「一体型の第6のモノリス又は第6のモノリスイオン交換体」とも言う。)又は骨格切断面などの端面に多孔構造を構成する細孔37が外部から観察されるもの(以下、「切断型の第6のモノリス又は第6のモノリスイオン交換体」とも言う。)が挙げられる。一体型の第6のモノリス又は第6のモノリスイオン交換体は反応容器から取り出し切断を施さないものであり、切断型の第6のモノリス又は第6のモノリスイオン交換体は刃物等で切断した例えばサイコロ形状のものである。第6のモノリス又は第6のモノリスイオン交換体に白金族金属を担持した本発明の白金族金属担持触媒を、触媒として使用すれば、多孔構造の表面層に対する液の浸透が速く、接触効率が高くなり、触媒活性が高くなる。
In the sixth monolith (or monolith ion exchanger) 30, the
上記連続マクロポア構造体の水湿潤状態での表層部の細孔直径は、乾燥状態の第6のモノリス又は第6のモノリスイオン交換体のSEM観察を少なくとも3回行い、得られた画像中の細孔直径を測定し、その平均値に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態の第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がx2(mm)であり、その水湿潤状態の第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)を乾燥させ、得られる乾燥状態の第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の直径がy2(mm)であり、この乾燥状態の第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)のSEM観察を少なくとも3回行い、得られた画像中の細孔直径を測定し、その平均値がz2(μm)であったとすると、第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の連続構造体の表層部の水湿潤状態での細孔直径(μm)は、次式「第6のモノリス(又はモノリスイオン交換体)の連続マクロポア構造体の表層部の水湿潤状態での細孔直径(μm)=z2×(x2/y2)」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態の第6のモノリスの表層部の細孔直径、及びその乾燥状態の第6のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態の第6のモノリスに対する水湿潤状態の第6のモノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態の第6のモノリスの表層部の細孔直径に、膨潤率を乗じて、水湿潤状態の第6のモノリスイオン交換体の表層部の細孔直径を算出することもできる。なお、第6のモノリス又は第6のモノリスイオン交換体の表層部の厚みも同様の方法で算出することができる。 The pore diameter of the surface layer portion of the continuous macropore structure in the wet state is determined by performing SEM observation of the sixth monolith in the dry state or the sixth monolith ion exchanger at least three times, and the fine diameter in the obtained image. It is a value calculated by measuring the pore diameter and multiplying the average value by the swelling rate. Specifically, the diameter of the sixth monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is x2 (mm), and the sixth monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state is dried, The diameter of the obtained sixth monolith (or monolith ion exchanger) in the dry state is y2 (mm), and SEM observation of the sixth monolith (or monolith ion exchanger) in the dry state is performed at least three times, When the pore diameter in the obtained image was measured and the average value was z2 (μm), the surface layer portion of the continuous structure of the sixth monolith (or monolith ion exchanger) in the water wet state was used. The pore diameter (μm) is the pore diameter (μm) of the surface layer portion of the continuous macropore structure of the following formula “sixth monolith (or monolith ion exchanger) in a water wet state = z2 × (x2 / y2) Is calculated. Further, the pore diameter of the surface layer portion of the sixth monolith in the dry state before the introduction of the ion exchange group, and water wetting with respect to the sixth monolith in the dry state when the ion exchange group is introduced into the sixth monolith in the dry state When the swelling ratio of the sixth monolith ion exchanger in the state is known, the sixth monolith ion exchanger in the water wet state is obtained by multiplying the pore diameter of the surface layer portion of the sixth monolith in the dry state by the swelling ratio. It is also possible to calculate the pore diameter of the surface layer portion. Note that the thickness of the surface layer portion of the sixth monolith or the sixth monolith ion exchanger can also be calculated in the same manner.
なお、切断型の第6のモノリス又は第6のモノリスアニオン交換体は、骨格部の表層部の多孔構造が表面に表れるため比表面積が格段に大きく、ほとんどの場合、第6のモノリス又は第6のモノリスイオン交換体を乾燥させて測定した比表面積は20〜70m2/gである。切断型の第6のモノリス又は第6のモノリスイオン交換体は、比表面積が大きいため、これに白金族金属粒子を担持した本発明の白金族金属担持触媒を触媒として用いた場合、流体との接触面積が大きく、かつ流体の円滑な流通が可能となるため、優れた触媒性能が発揮できる。なお、本発明では、第6のモノリス及び第6のモノリスイオン交換体の比表面積は、乾燥体を水銀圧入法により測定した値である。 Note that the cut-type sixth monolith or the sixth monolith anion exchanger has a remarkably large specific surface area because the porous structure of the surface portion of the skeleton portion appears on the surface, and in most cases, the sixth monolith or the sixth monolith The specific surface area measured by drying the monolithic ion exchanger was 20 to 70 m 2 / g. Since the cut-type sixth monolith or the sixth monolith ion exchanger has a large specific surface area, when the platinum group metal-supported catalyst of the present invention supporting platinum group metal particles is used as a catalyst, Since the contact area is large and fluid can be smoothly circulated, excellent catalytic performance can be exhibited. In the present invention, the specific surface areas of the sixth monolith and the sixth monolith ion exchanger are values obtained by measuring the dried body by a mercury intrusion method.
第6のモノリス及び第6のモノリスイオン交換体は、開口径を大きくすると共に、連続マクロポア構造体の骨格を太くする(骨格の壁部を厚くする)ことができ、且つ表面層に多孔構造を有するため、透過時の圧力損失を低く押さえたままで触媒活性を飛躍的に大きくすることができる。 The sixth monolith and the sixth monolith ion exchanger can increase the aperture diameter, thicken the skeleton of the continuous macropore structure (thicken the skeleton wall), and have a porous structure in the surface layer. Therefore, the catalyst activity can be dramatically increased while keeping the pressure loss during permeation low.
また、第6のモノリス及び第6のモノリスイオン交換体の乾燥状態での重量当たりの全細孔容積は、0.5〜5ml/g、好ましくは0.8〜4ml/gである。全細孔容積が0.5ml/g未満であると、単位断面積当りの透過液量や透過気体量が小さくなり、処理能力が低下してしまうため好ましくない。一方、全細孔容積が5ml/gを越えると、触媒活性が低下してしまうため好ましくない。 Further, the total pore volume per weight in the dry state of the sixth monolith and the sixth monolith ion exchanger is 0.5 to 5 ml / g, preferably 0.8 to 4 ml / g. If the total pore volume is less than 0.5 ml / g, the amount of permeated liquid and the amount of permeated gas per unit cross-sectional area will be reduced, and the processing capacity will be reduced. On the other hand, if the total pore volume exceeds 5 ml / g, the catalytic activity is lowered, which is not preferable.
なお、第6のモノリス及び第6のモノリスイオン交換体に水を透過させた際の圧力損失は、第6のモノリス又は第6のモノリスイオン交換体を1m充填したカラムに通水線速度(LV)1m/hで通水した際の圧力損失(以下、「差圧係数」と言う。)で示すと、0.005〜0.1MPa/m・LVの範囲、特に0.005〜0.05MPa/m・LVであることが好ましい。 In addition, the pressure loss at the time of making water permeate | transmit the 6th monolith and the 6th monolith ion exchanger is the water flow velocity (LV) to the column packed with 1 m of the 6th monolith or the 6th monolith ion exchanger. ) In terms of pressure loss when water is passed at 1 m / h (hereinafter referred to as “differential pressure coefficient”), a range of 0.005 to 0.1 MPa / m · LV, particularly 0.005 to 0.05 MPa. / M · LV is preferred.
第6のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基は、第1のモノリスイオン交換体に導入されているイオン交換基と同様である。 The ion exchange group introduced into the sixth monolith ion exchanger is the same as the ion exchange group introduced into the first monolith ion exchanger.
第6のモノリスイオン交換体において、導入されたイオン交換基は、有機多孔質体の表面のみならず、有機多孔質体の骨格内部にまで均一に分布している。また、イオン交換基が、第6のモノリスイオン交換体の表面のみならず、骨格内部にまで均一に分布していると、表面と内部の物理的性質及び化学的性質を均一にできるため、膨潤及び収縮に対する耐久性が向上する。 In the sixth monolith ion exchanger, the introduced ion exchange groups are uniformly distributed not only on the surface of the organic porous body but also within the skeleton of the organic porous body. Further, when the ion exchange group is uniformly distributed not only on the surface of the sixth monolith ion exchanger but also inside the skeleton, the physical and chemical properties of the surface and the inside can be made uniform, so that the swelling And durability against shrinkage is improved.
第6のモノリスイオン交換体は、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が0.4mg当量/ml以上、好ましくは0.4〜1.8mg当量/mlのイオン交換容量を有する。モノリスイオン交換体の体積当りのイオン交換容量が、上記範囲にあれば、OH形のアニオン交換基をもつモノリスイオン交換体の場合、触媒担体近傍の塩基性度が高くなり、過酸化水素分解特性又は溶存酸素除去特性が高くなる。なお、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が1.8mg当量/mlを超えると、イオン形の変化によるモノリスイオン交換体の膨潤及び収縮の体積変化が大きくなり過ぎ易い。なお、第6のモノリスイオン交換体の乾燥状態における重量当りのイオン交換容量は特に限定されないが、イオン交換基がモノリスイオン交換体の骨格表面及び骨格内部にまで均一に導入されているため、3〜5mg当量/g(乾燥体)である。 The sixth monolith ion exchanger has an ion exchange capacity per volume in a water wet state of 0.4 mg equivalent / ml or more, preferably 0.4 to 1.8 mg equivalent / ml. If the ion exchange capacity per volume of the monolith ion exchanger is within the above range, in the case of a monolith ion exchanger having an OH-type anion exchange group, the basicity in the vicinity of the catalyst support is high, and hydrogen peroxide decomposition characteristics Or the dissolved oxygen removal property becomes high. If the ion exchange capacity per volume in a water-wet state exceeds 1.8 mg equivalent / ml, the volume change of swelling and shrinkage of the monolith ion exchanger due to the change of the ion form tends to be too large. In addition, the ion exchange capacity per weight in the dry state of the sixth monolith ion exchanger is not particularly limited. However, since the ion exchange groups are uniformly introduced to the skeleton surface and inside the skeleton of the monolith ion exchanger, 3 ˜5 mg equivalent / g (dry body).
第6のモノリス及び第6のモノリスイオン交換体は、その厚みは1mm以上であり、膜状の多孔質体とは区別される。第6のモノリス及び第6のモノリスイオン交換体の厚みは、好ましくは3〜1000mmである。また、第6のモノリス及び第6のモノリスイオン交換体は、骨格の基本構造が連続マクロポア構造であるため、機械的強度が高い。 The sixth monolith and the sixth monolith ion exchanger have a thickness of 1 mm or more, and are distinguished from a membrane-like porous body. The thickness of the sixth monolith and the sixth monolith ion exchanger is preferably 3 to 1000 mm. The sixth monolith and the sixth monolith ion exchanger have high mechanical strength because the basic structure of the skeleton is a continuous macropore structure.
第6のモノリス及び第6のモノリスイオン交換体において、連続マクロポア構造体の骨格を構成する材料、すなわち、内層部33及び表層部34の骨格部41は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。
In the sixth monolith and the sixth monolith ion exchanger, the material constituting the skeleton of the continuous macropore structure, that is, the
第6のモノリス及び第6のモノリスイオン交換体において、該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.1〜10モル%、好適には0.2〜5モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が0.1モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくなく、一方、10モル%を越えると、連続マクロポア構造体の骨格部分への多孔構造導入が認められなくなるため好ましくない。該ポリマー材料の種類に特に制限はなく、例えば、ポリスチレン、ポリ(α-メチルスチレン)、ポリビニルトルエン、ポリビニルベンジルクロライド、ポリビニルビフェニル、ポリビニルナフタレン等の芳香族ビニルポリマー;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン等のポリ(ハロゲン化ポリオレフィン);ポリアクリロニトリル等のニトリル系ポリマー;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸グリシジル、ポリアクリル酸エチル等の(メタ)アクリル系ポリマー等の架橋重合体が挙げられる。上記ポリマーは、単独のビニルモノマーと架橋剤を共重合させて得られるポリマーでも、複数のビニルモノマーと架橋剤を重合させて得られるポリマーであってもよく、また、二種類以上のポリマーがブレンドされたものであってもよい。これら有機ポリマー材料の中で、連続マクロポア構造形成の容易さ、イオン交換基導入の容易性と機械的強度の高さ、および酸及びアルカリに対する安定性の高さから、芳香族ビニルポリマーの架橋重合体が好ましく、特に、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体やビニルベンジルクロライド−ジビニルベンゼン共重合体が好ましい材料として挙げられる。 In the sixth monolith and the sixth monolith ion exchanger, the crosslinking density of the polymer material is not particularly limited, but is 0.1 to 10 mol%, preferably 0, based on all the structural units constituting the polymer material. It is preferable that 2 to 5 mol% of cross-linked structural units are contained. If the cross-linking structural unit is less than 0.1 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 10 mol%, introduction of a porous structure into the skeleton of the continuous macropore structure is not recognized. It is not preferable. The type of the polymer material is not particularly limited, and examples thereof include aromatic vinyl polymers such as polystyrene, poly (α-methylstyrene), polyvinyl toluene, polyvinyl benzyl chloride, polyvinyl biphenyl, and polyvinyl naphthalene; polyolefins such as polyethylene and polypropylene; Poly (halogenated polyolefin) such as vinyl chloride and polytetrafluoroethylene; Nitrile-based polymer such as polyacrylonitrile; Cross-linking weight of (meth) acrylic polymer such as polymethyl methacrylate, polyglycidyl methacrylate, and polyethyl acrylate Coalescence is mentioned. The polymer may be a polymer obtained by copolymerizing a single vinyl monomer and a crosslinking agent, a polymer obtained by polymerizing a plurality of vinyl monomers and a crosslinking agent, or a blend of two or more types of polymers. It may be what was done. Among these organic polymer materials, the cross-linking weight of the aromatic vinyl polymer is easy due to the ease of forming a continuous macropore structure, the ease of introducing ion exchange groups and the high mechanical strength, and the high stability to acids and alkalis. A styrene-divinylbenzene copolymer and a vinylbenzyl chloride-divinylbenzene copolymer are particularly preferable materials.
<第6のモノリス及び第6のモノリスイオン交換体の製造方法>
第6のモノリスは、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤及び水の混合物を撹拌することにより油中水滴型エマルションを調製し、次いで油中水滴型エマルションを重合させて全細孔容積が5〜16ml/gの連続マクロポア構造のモノリス状の有機多孔質中間体(以下、モノリス中間体(6)とも記載する。)を得るI工程、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する架橋剤、炭素数3〜9の脂肪族アルコール及び重合開始剤からなる混合物を調製する工程であって、ビニルモノマー、架橋剤及び脂肪族アルコール混合物中のビニルモノマー濃度(重量%)を56〜80%とするか、若しくはビニルモノマー濃度を40%以上、56%未満とし、且つビニルモノマーと架橋剤の合計量に対する該架橋剤の量を0.1〜1モル%とするII工程、II工程で得られた混合物を静置下、且つ該I工程で得られたモノリス中間体(6)の存在下に重合を行い、第6のモノリスを得るIII工程、を行うことにより得られる。
<Method for Producing Sixth Monolith and Sixth Monolith Ion Exchanger>
The sixth monolith prepares a water-in-oil emulsion by stirring a mixture of oil-soluble monomer, surfactant and water that does not contain ion exchange groups, and then polymerizes the water-in-oil emulsion to form a total pore. Step I for obtaining a monolithic organic porous intermediate (hereinafter also referred to as monolith intermediate (6)) having a continuous macropore structure with a volume of 5 to 16 ml / g, at least two or more vinyl monomers in one molecule A mixture of a vinyl group-containing crosslinking agent, an aliphatic alcohol having 3 to 9 carbon atoms and a polymerization initiator, wherein the vinyl monomer concentration in the vinyl monomer, crosslinking agent and aliphatic alcohol mixture (wt% ) Of 56 to 80%, or the vinyl monomer concentration is 40% or more and less than 56%, and the bridge for the total amount of vinyl monomer and crosslinking agent Step II in which the amount of the agent is 0.1 to 1 mol%, the mixture obtained in Step II is left standing, and polymerization is performed in the presence of the monolith intermediate (6) obtained in Step I, It is obtained by carrying out step III to obtain a sixth monolith.
なお、第6のモノリスの製造方法において、I工程は、特開2002−306976号公報記載の方法に準拠して行なえばよい。 In the sixth method for producing a monolith, the step I may be performed in accordance with the method described in JP-A-2002-306976.
第6のモノリスの製造方法に係るI工程のモノリス中間体(6)の製造において、イオン交換基を含まない油溶性モノマーとしては、例えば、カルボン酸基、イミノ二酢酸基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基等のカチオン交換基及び三級アミノ基や四級アンモニウム基等のアニオン交換基のいずれも含まず、水に対する溶解性が低く、親油性のモノマーが挙げられる。これらモノマーの好適なものとしては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ジビニルベンゼン、エチレン、プロピレン、イソブテン、ブタジエン、エチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これらモノマーは、一種単独又は二種以上を組み合わせて使用することができる。ただし、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート等の架橋性モノマー(架橋剤)を少なくとも油溶性モノマーの一成分として選択し、その含有量を全油溶性モノマー中、0.1〜10モル%、好ましくは0.2〜5モル%とすることが、後の工程でイオン交換基量を定量的に導入できるため好ましい。 In the production of the monolith intermediate (6) in the step I according to the sixth monolith production method, examples of the oil-soluble monomer containing no ion exchange group include a carboxylic acid group, an iminodiacetic acid group, a sulfonic acid group, phosphorus Examples include cation exchange groups such as acid groups and phosphate ester groups and anion exchange groups such as tertiary amino groups and quaternary ammonium groups, and low water solubility and lipophilic monomers. Preferable examples of these monomers include styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, divinyl benzene, ethylene, propylene, isobutene, butadiene, ethylene glycol dimethacrylate, and the like. These monomers can be used singly or in combination of two or more. However, a crosslinkable monomer (crosslinking agent) such as divinylbenzene or ethylene glycol dimethacrylate is selected as at least one component of the oil-soluble monomer, and its content is 0.1 to 10 mol% in the total oil-soluble monomer, preferably The amount is preferably 0.2 to 5 mol% because the amount of ion-exchange groups can be quantitatively introduced in the subsequent step.
第6のモノリスの製造方法に係るI工程で用いられる界面活性剤は、イオン交換基を含まない油溶性モノマーと水とを混合した際に、油中水滴型(W/O)エマルションを形成できるものであれば特に制限はなく、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート等の非イオン界面活性剤;オレイン酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、スルホコハク酸ジオクチルナトリウム等の陰イオン界面活性剤;ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド等の陽イオン界面活性剤;ラウリルジメチルベタイン等の両性界面活性剤を用いることができる。これら界面活性剤は一種単独又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。なお、油中水滴型エマルションとは、油相が連続相となり、その中に水滴が分散しているエマルションを言う。上記界面活性剤の添加量としては、油溶性モノマーの種類および目的とするエマルション粒子(マクロポア)の大きさによって大幅に変動するため一概には言えないが、油溶性モノマーと界面活性剤の合計量に対して約2〜70%の範囲で選択することができる。 The surfactant used in step I according to the sixth method for producing a monolith can form a water-in-oil (W / O) emulsion when an oil-soluble monomer containing no ion exchange group and water are mixed. If it is a thing, there will be no restriction in particular, sorbitan monooleate, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan trioleate, polyoxyethylene nonyl phenyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene sorbitan Nonionic surfactants such as monooleate; anionic surfactants such as potassium oleate, sodium dodecylbenzenesulfonate, dioctylsodium sulfosuccinate; cationic surfactants such as distearyldimethylammonium chloride; lauryl dimethyl It can be used an amphoteric surfactant such as Rubetain. These surfactants can be used singly or in combination of two or more. In addition, a water-in-oil emulsion refers to an emulsion in which an oil phase is a continuous phase and water droplets are dispersed therein. The amount of the surfactant added is not unclear because it varies greatly depending on the type of oil-soluble monomer and the size of the target emulsion particles (macropores), but the total amount of oil-soluble monomer and surfactant Can be selected within a range of about 2 to 70%.
また、第6のモノリスの製造方法に係るI工程では、油中水滴型エマルション形成の際、必要に応じて重合開始剤を使用してもよい。重合開始剤は、熱又は光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は水溶性であっても油溶性であってもよく、例えば、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素−塩化第一鉄、過硫酸ナトリウム−酸性亜硫酸ナトリウム等が挙げられる。
Moreover, in I process which concerns on the manufacturing method of a 6th monolith, you may use a polymerization initiator as needed in the case of water-in-oil type emulsion formation. As the polymerization initiator, a compound that generates radicals by heat or light irradiation is preferably used. The polymerization initiator may be water-soluble or oil-soluble. For example, 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2 , 2′-azobis (2-methylbutyronitrile), 2,2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile),
第6のモノリスの製造方法に係るI工程において、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤、水及び重合開始剤を混合し、油中水滴型エマルションを形成させる際の混合方法としては、特に制限はなく、各成分を一括して一度に混合する方法、油溶性モノマー、界面活性剤及び油溶性重合開始剤である油溶性成分と、水や水溶性重合開始剤である水溶性成分とを別々に均一溶解させた後、それぞれの成分を混合する方法などが使用できる。エマルションを形成させるための混合装置についても特に制限はなく、通常のミキサーやホモジナイザー、高圧ホモジナイザー等を用いることができ、目的のエマルション粒径を得るのに適切な装置を選択すればよい。また、混合条件についても特に制限はなく、目的のエマルジョン粒径を得ることができる攪拌回転数や攪拌時間を、任意に設定することができる。 In the step I relating to the sixth method for producing a monolith, as a mixing method when an oil-soluble monomer not containing an ion exchange group, a surfactant, water and a polymerization initiator are mixed to form a water-in-oil emulsion. There is no particular limitation, a method of mixing each component at once, an oil-soluble monomer, a surfactant, an oil-soluble component that is an oil-soluble polymerization initiator, and a water-soluble component that is water or a water-soluble polymerization initiator And the like can be separately dissolved, and then the respective components can be mixed. The mixing apparatus for forming the emulsion is not particularly limited, and a normal mixer, homogenizer, high-pressure homogenizer, or the like can be used, and an appropriate apparatus may be selected to obtain a desired emulsion particle size. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about mixing conditions, The stirring rotation speed and stirring time which can obtain the target emulsion particle size can be set arbitrarily.
第6のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(6)は、連続マクロポア構造を有する。これを重合系に共存させると、モノリス中間体(6)の構造を鋳型としてモノリス中間体(6)の骨格表面に多孔構造の表層部が形成されるため、表面層が多孔構造を有する骨太骨格を有する多孔質体構造が形成される。また、モノリス中間体(6)は、架橋構造を有する有機ポリマー材料である。該ポリマー材料の架橋密度は特に限定されないが、ポリマー材料を構成する全構成単位に対して、0.1〜10モル%、好ましくは0.2〜5モル%の架橋構造単位を含んでいることが好ましい。架橋構造単位が0.1モル%未満であると、機械的強度が不足するため好ましくない。特に、全細孔容積が10〜16ml/gと大きい場合には、連続マクロポア構造を維持するため、架橋構造単位を0.2モル%以上含有していることが好ましい。一方、10モル%を越えると、連続マクロポア構造体の骨格部の表層部に多孔構造を導入することが困難となる。 The monolith intermediate (6) obtained in step I according to the sixth method for producing a monolith has a continuous macropore structure. When this coexists in a polymerization system, a surface layer portion of a porous structure is formed on the surface of the skeleton of the monolith intermediate (6) using the structure of the monolith intermediate (6) as a template. A porous body structure is formed. The monolith intermediate (6) is an organic polymer material having a crosslinked structure. Although the crosslinking density of the polymer material is not particularly limited, it contains 0.1 to 10 mol%, preferably 0.2 to 5 mol% of crosslinked structural units with respect to all the structural units constituting the polymer material. Is preferred. When the cross-linking structural unit is less than 0.1 mol%, the mechanical strength is insufficient, which is not preferable. In particular, when the total pore volume is as large as 10 to 16 ml / g, in order to maintain a continuous macropore structure, it is preferable to contain 0.2 mol% or more of cross-linked structural units. On the other hand, when it exceeds 10 mol%, it becomes difficult to introduce a porous structure into the surface layer portion of the skeleton portion of the continuous macropore structure.
第6のモノリスの製造方法に係るI工程において、モノリス中間体(6)のポリマー材料の種類としては、特に制限はなく、前述の第6のモノリス及び第6のモノリスイオン交換体のポリマー材料と同じものが挙げられる。これにより、モノリス中間体(6)の骨格に同様のポリマーを形成して、表層部に多孔構造を有する骨太の骨格構造のモノリスである第6のモノリスを得ることができる。 In the step I relating to the sixth monolith production method, the kind of the polymer material of the monolith intermediate (6) is not particularly limited, and the polymer material of the sixth monolith and the sixth monolith ion exchanger described above The same can be mentioned. Thereby, the same polymer is formed in the skeleton of the monolith intermediate (6), and a sixth monolith that is a monolith having a thick skeleton structure having a porous structure in the surface layer portion can be obtained.
第6のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(6)の乾燥状態での重量当たりの全細孔容積は、5〜16ml/g、好適には6〜16ml/gである。モノリス中間体の全細孔容積が小さ過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの全細孔容積が小さくなりすぎ、被処理水透過時の圧力損失が大きくなるため好ましくない。一方、モノリス中間体の全細孔容積が大き過ぎると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの構造が連続マクロポア構造から逸脱するため好ましくない。モノリス中間体(6)の全細孔容積を上記数値範囲とするには、モノマーと水の比(重量)を、概ね1:5〜1:16とすればよい。 The total pore volume per weight in the dry state of the monolith intermediate (6) obtained in Step I according to the sixth method for producing a monolith is 5 to 16 ml / g, preferably 6 to 16 ml / g. . If the total pore volume of the monolith intermediate is too small, the total pore volume of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes too small, and the pressure loss during permeation of the water to be treated becomes large. On the other hand, if the total pore volume of the monolith intermediate is too large, the structure of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer deviates from the continuous macropore structure, which is not preferable. In order to set the total pore volume of the monolith intermediate (6) within the above numerical range, the ratio of monomer to water (weight) may be set to approximately 1: 5 to 1:16.
また、第6のモノリスの製造方法に係るI工程で得られるモノリス中間体(6)は、マクロポアとマクロポアの重なり部分である開口(メソポア)の乾燥状態での平均直径が15〜200μmである。モノリス中間体の乾燥状態での開口の平均直径が15μm未満であると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が小さくなり、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。一方、モノリス中間体の乾燥状態での開口の平均直径が200μmを超えると、ビニルモノマーを重合させた後で得られるモノリスの開口径が大きくなり過ぎ、被処理水とモノリス又はモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、その結果、過酸化水素分解特性又は溶存酸素除去特性が低下してしまうため好ましくない。モノリス中間体は、マクロポアの大きさや開口の径が揃った均一構造のものが好適であるが、これに限定されず、均一構造中、均一なマクロポアの大きさよりも大きな不均一なマクロポアが点在するものであってもよい。 In addition, the monolith intermediate (6) obtained in the step I according to the sixth method for producing a monolith has an average diameter of 15 to 200 μm in the dry state of openings (mesopores) that are overlapping portions of macropores and macropores. If the average diameter of the opening in the dry state of the monolith intermediate is less than 15 μm, it is preferable because the opening diameter of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes small and the pressure loss during water passage increases. Absent. On the other hand, when the average diameter of the opening in the dry state of the monolith intermediate exceeds 200 μm, the opening diameter of the monolith obtained after polymerizing the vinyl monomer becomes too large, and the water to be treated and the monolith or monolith ion exchanger As a result, the hydrogen peroxide decomposition characteristic or the dissolved oxygen removal characteristic deteriorates, which is not preferable. Monolith intermediates preferably have a uniform structure with uniform macropore size and aperture diameter, but are not limited to this, and the uniform structure is dotted with nonuniform macropores larger than the size of the uniform macropore. You may do.
第6のモノリスの製造方法に係るII工程は、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する第2架橋剤、炭素数3〜9の脂肪族アルコール及び重合開始剤からなる混合物を調製する工程であって、ビニルモノマー、第2架橋剤及び脂肪族アルコール混合物中のビニルモノマー濃度(重量%)を56〜80%とするか、若しくはビニルモノマー濃度を40%以上、56%未満とし、且つビニルモノマーと第2架橋剤の合計量に対する該第2架橋剤の量を0.1〜1モル%とする工程である。なお、I工程とII工程の順序はなく、I工程後にII工程を行ってもよく、II工程後にI工程を行ってもよい。 Step II relating to the sixth monolith production method comprises a mixture comprising a vinyl monomer, a second crosslinking agent having at least two or more vinyl groups in one molecule, an aliphatic alcohol having 3 to 9 carbon atoms, and a polymerization initiator. The vinyl monomer concentration (wt%) in the vinyl monomer, second cross-linking agent and aliphatic alcohol mixture is 56 to 80%, or the vinyl monomer concentration is 40% or more and less than 56%. And the amount of the second crosslinking agent relative to the total amount of the vinyl monomer and the second crosslinking agent is 0.1 to 1 mol%. In addition, there is no order of I process and II process, II process may be performed after I process, and I process may be performed after II process.
第6のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられるビニルモノマーとしては、分子中に重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒に対する溶解性が高い親油性のビニルモノマーであれば、特に制限はない。これらビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン等の芳香族ビニルモノマー;エチレン、プロピレン、1-ブテン、イソブテン等のα-オレフィン;ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等のジエン系モノマー;塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等のハロゲン化オレフィン;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸グリシジル等の(メタ)アクリル系モノマーが挙げられる。これらモノマーは、1種単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。好適に用いられるビニルモノマーは、スチレン、ビニルベンジルクロライド等の芳香族ビニルモノマーである。 The vinyl monomer used in Step II according to the sixth monolith production method is not particularly limited as long as it is a lipophilic vinyl monomer containing a polymerizable vinyl group in the molecule and having high solubility in an organic solvent. Absent. Specific examples of these vinyl monomers include aromatic vinyl monomers such as styrene, α-methylstyrene, vinyl toluene, vinyl benzyl chloride, vinyl biphenyl and vinyl naphthalene; α-olefins such as ethylene, propylene, 1-butene and isobutene; Diene monomers such as butadiene, isoprene and chloroprene; halogenated olefins such as vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride and tetrafluoroethylene; nitrile monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl such as vinyl acetate and vinyl propionate Esters: methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-methacrylic acid 2- Hexyl, cyclohexyl methacrylate, benzyl methacrylate, and (meth) acrylic monomer of glycidyl methacrylate. These monomers can be used alone or in combination of two or more. The vinyl monomer preferably used is an aromatic vinyl monomer such as styrene or vinyl benzyl chloride.
第6のモノリスの製造方法に係るII工程において、ビニルモノマー、第2架橋剤及び脂肪族アルコール混合物中のビニルモノマー濃度(重量%)が56〜80%の場合、ビニルモノマーと第2架橋剤の合計量に対する該第2架橋剤の量は、好ましくは0.1〜5モル%、更に好ましくは0.3〜4モル%である。一方、ビニルモノマー、第2架橋剤及び脂肪族アルコール混合物中のビニルモノマー濃度が40%以上、56%未満の場合、ビニルモノマーと第2架橋剤の合計量に対する該第2架橋剤の量は0.1〜1モル%、好ましくは0.2〜1モル%である。ビニルモノマー濃度が上記範囲を逸脱すると、骨格部への多孔構造導入が認められなくなる。また、ビニルモノマー濃度が80%を超えると、重合熱の除熱が困難となり、重合反応の制御が困難になるため好ましくない。 In the II step related to the sixth monolith production method, when the vinyl monomer concentration (wt%) in the mixture of the vinyl monomer, the second crosslinking agent and the aliphatic alcohol is 56 to 80%, the vinyl monomer and the second crosslinking agent The amount of the second crosslinking agent with respect to the total amount is preferably 0.1 to 5 mol%, more preferably 0.3 to 4 mol%. On the other hand, when the vinyl monomer concentration in the vinyl monomer, second crosslinking agent and aliphatic alcohol mixture is 40% or more and less than 56%, the amount of the second crosslinking agent relative to the total amount of the vinyl monomer and the second crosslinking agent is 0. 0.1 to 1 mol%, preferably 0.2 to 1 mol%. When the vinyl monomer concentration deviates from the above range, introduction of a porous structure into the skeleton is not recognized. On the other hand, if the vinyl monomer concentration exceeds 80%, it is difficult to remove the heat of polymerization and it is difficult to control the polymerization reaction.
第6のモノリスの製造方法に係るII工程において、ビニルモノマーの添加量は、重合時に共存させるモノリス中間体(6)に対して、重量で3〜70倍、好ましくは4〜50倍である。ビニルモノマー添加量がモノリス中間体に対して3倍未満であると、骨格部への多孔構造導入が困難になるため好ましくない。一方、ビニルモノマー添加量が70倍を超えると、開口径が小さくなり、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくない。 In step II according to the sixth method for producing a monolith, the amount of vinyl monomer added is 3 to 70 times, preferably 4 to 50 times, by weight with respect to the monolith intermediate (6) to be coexisted during polymerization. If the amount of vinyl monomer added is less than 3 times that of the monolith intermediate, it is not preferable because it becomes difficult to introduce a porous structure into the skeleton. On the other hand, when the added amount of vinyl monomer exceeds 70 times, the opening diameter becomes small, and the pressure loss during water passage becomes large, which is not preferable.
第6のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる第2架橋剤は、分子中に少なくとも2個の重合可能なビニル基を含有し、有機溶媒への溶解性が高いものが好適に用いられる。第2架橋剤の具体例としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ブタンジオールジアクリレート等が挙げられる。これら第2架橋剤は、1種単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。好ましい第2架橋剤は、機械的強度の高さと加水分解に対する安定性から、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルビフェニル等の芳香族ポリビニル化合物である。第2架橋剤の使用量は、ビニルモノマー、第2架橋剤、脂肪族アルコール混合物中のビニルモノマー濃度(重量%)により変動するが、ビニルモノマーと第2架橋剤の合計量に対して0.1〜5モル%、特に0.2〜5モル%であることが好ましい。第2架橋剤使用量が0.1モル%未満であると、モノリスの機械的強度が不足するため好ましくない。一方、5モル%を越えると、骨格部分への多孔構造導入が困難になるため好ましくない。なお、上記第2架橋剤使用量は、ビニルモノマー/第2架橋剤重合時に共存させるモノリス中間体の架橋密度とほぼ等しくなるように用いることが好ましい。両者の使用量があまりに大きくかけ離れると、生成したモノリス中で架橋密度分布の偏りが生じ、また、イオン交換基を導入する場合、イオン交換基導入反応時にクラックが生じやすくなる。 The second cross-linking agent used in Step II according to the sixth method for producing a monolith preferably contains at least two polymerizable vinyl groups in the molecule and has high solubility in an organic solvent. . Specific examples of the second crosslinking agent include divinylbenzene, divinylnaphthalene, divinylbiphenyl, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, butanediol diacrylate, and the like. These 2nd crosslinking agents can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. A preferred second crosslinking agent is an aromatic polyvinyl compound such as divinylbenzene, divinylnaphthalene, and divinylbiphenyl because of its high mechanical strength and stability to hydrolysis. The amount of the second crosslinking agent used varies depending on the vinyl monomer concentration (% by weight) in the vinyl monomer, the second crosslinking agent, and the aliphatic alcohol mixture, but it is 0.00% relative to the total amount of the vinyl monomer and the second crosslinking agent. It is preferable that it is 1-5 mol%, especially 0.2-5 mol%. If the amount of the second crosslinking agent used is less than 0.1 mol%, the mechanical strength of the monolith is insufficient, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 5 mol%, it is difficult to introduce a porous structure into the skeleton, which is not preferable. The amount of the second cross-linking agent used is preferably used so as to be approximately equal to the cross-linking density of the monolith intermediate coexisting during the polymerization of the vinyl monomer / second cross-linking agent. If the amounts used of both are too large, the crosslink density distribution will be biased in the produced monolith, and when ion exchange groups are introduced, cracks are likely to occur during the ion exchange group introduction reaction.
第6のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる溶媒は、炭素数3〜9の脂肪族アルコールである。該脂肪族アルコールの具体例としては、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、イソブタノール、sec-ブタノール、t-ブタノール、1-ペンタノール、1-ヘキサノール、シクロヘキサノール、1-オクタノール、2-エチルヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、グリセリン、セロソルブ、メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等が挙げられる。また、上記脂肪族アルコール以外の溶媒であっても、その使用量が少ない場合には、上記脂肪族アルコールに添加して使用することができる。これら脂肪族アルコールの使用量は、上記ビニルモノマー濃度が40〜80重量%となるように用いることが好ましい。脂肪族アルコール使用量が上記範囲から逸脱してビニルモノマー濃度が40%未満となると、骨格部分への多孔構造導入が困難になるため好ましくない。一方、ビニルモノマー濃度が80重量%を超えると、重合熱の除熱が困難となり、重合反応の制御が困難になるため好ましくない。 The solvent used in step II according to the sixth method for producing a monolith is an aliphatic alcohol having 3 to 9 carbon atoms. Specific examples of the aliphatic alcohol include 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, isobutanol, sec-butanol, t-butanol, 1-pentanol, 1-hexanol, cyclohexanol, 1-octanol, 2 -Ethylhexanol, ethylene glycol, propylene glycol, tetramethylene glycol, glycerin, cellosolve, methyl cellosolve, butyl cellosolve and the like. Moreover, even if it is a solvent other than the said aliphatic alcohol, when the usage-amount is small, it can be added and used for the said aliphatic alcohol. It is preferable to use these aliphatic alcohols so that the vinyl monomer concentration is 40 to 80% by weight. If the amount of aliphatic alcohol used deviates from the above range and the vinyl monomer concentration is less than 40%, it is not preferable because it becomes difficult to introduce a porous structure into the skeleton. On the other hand, if the vinyl monomer concentration exceeds 80% by weight, it is difficult to remove the heat of polymerization and it becomes difficult to control the polymerization reaction.
第6のモノリスの製造方法に係るII工程で用いられる重合開始剤としては、熱又は光照射によりラジカルを発生する化合物が好適に用いられる。重合開始剤は油溶性であるほうが好ましい。重合開始剤の具体例としては、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル、4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、テトラメチルチウラムジスルフィド等が挙げられる。重合開始剤の使用量は、モノマーの種類や重合温度等によって大きく変動するが、ビニルモノマーと架橋剤の合計量に対して、約0.01〜5%の範囲で使用することができる。
As the polymerization initiator used in Step II according to the sixth method for producing a monolith, a compound that generates radicals by heat or light irradiation is suitably used. The polymerization initiator is preferably oil-soluble. Specific examples of the polymerization initiator include 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (2-methylbutyro). Nitrile), 2,2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile),
第6のモノリスの製造方法に係るIII工程は、II工程で得られた混合物を静置下、且つ該I工程で得られたモノリス中間体(6)の存在下、重合を行い、モノリス中間体(6)の骨格より太い骨格を有し、且つ骨格の表面層が多孔構造を有する第6のモノリスを得る工程である。 In step III according to the sixth method for producing a monolith, the mixture obtained in step II is left standing, and polymerization is carried out in the presence of the monolith intermediate (6) obtained in step I. This is a step of obtaining a sixth monolith having a skeleton thicker than the skeleton of (6) and having a skeleton surface layer having a porous structure.
第6のモノリスの製造において、反応容器の内容積は、モノリス中間体(6)を反応容器中に存在させる大きさのものであれば特に制限されず、反応容器内にモノリス中間体(6)を載置した際、平面視でモノリスの周りに隙間ができるもの、反応容器内にモノリス中間体(6)が隙間無く入るもののいずれであってもよい。このうち、重合後のモノリスが容器内壁から押圧を受けることなく、反応容器内に隙間無く入るものが、モノリスに歪が生じることもなく、反応原料などの無駄がなく効率的である。なお、反応容器の内容積が大きく、重合後のモノリスの周りに隙間が存在する場合であっても、ビニルモノマーや第2架橋剤は、モノリス中間体に吸着、分配されるため、反応容器内の隙間部分に粒子凝集構造物が生成することはない。 In the production of the sixth monolith, the internal volume of the reaction vessel is not particularly limited as long as the monolith intermediate (6) is large enough to be present in the reaction vessel, and the monolith intermediate (6) is contained in the reaction vessel. When the is placed, the gap may be formed around the monolith in plan view, or the monolith intermediate (6) may enter the reaction vessel without any gap. Of these, the monolith after polymerization does not receive any pressure from the inner wall of the vessel and enters the reaction vessel without any gap, so that the monolith is not distorted and the reaction raw materials are not wasted and efficient. Even when the internal volume of the reaction vessel is large and there are gaps around the monolith after polymerization, the vinyl monomer and the second cross-linking agent are adsorbed and distributed on the monolith intermediate, A particle aggregate structure is not generated in the gap portion.
第6のモノリスの製造方法に係るIII工程において、反応容器中、モノリス中間体(6)は混合物(溶液)で含浸された状態に置かれる。II工程で得られた混合物とモノリス中間体(6)の配合比は、前述の如く、モノリス中間体(6)に対して、ビニルモノマーの添加量が重量で3〜70倍、好ましくは4〜50倍となるように配合するのが好適である。これにより、適度な開口径を有しつつ、骨格中にも多孔構造が導入されたモノリスを得ることができる。反応容器中、混合物中のビニルモノマーと第2架橋剤は、静置されたモノリス中間体(6)の骨格に吸着、分配され、モノリス中間体の骨格内で重合が進行する。この重合が進行する過程において、多孔構造が形成される理由の詳細については不明であるものの、ビニルモノマー濃度が著しく高い場合や架橋剤量が著しく少ない場合、重合の進行が不均一となり、架橋構造が偏在してしまうためと考えられる。 In step III according to the sixth method for producing a monolith, the monolith intermediate (6) is placed in a state of being impregnated with the mixture (solution) in the reaction vessel. As described above, the blending ratio of the mixture obtained in Step II and the monolith intermediate (6) is 3 to 70 times by weight, preferably 4 to 4 times by weight, relative to the monolith intermediate (6). It is preferable to blend so as to be 50 times. Thereby, it is possible to obtain a monolith having a suitable opening diameter and having a porous structure introduced into the skeleton. In the reaction vessel, the vinyl monomer and the second cross-linking agent in the mixture are adsorbed and distributed on the skeleton of the monolith intermediate (6) that is allowed to stand, and polymerization proceeds in the skeleton of the monolith intermediate. Although the details of the reason why a porous structure is formed in the process in which the polymerization proceeds are unknown, if the vinyl monomer concentration is extremely high or the amount of the crosslinking agent is extremely small, the progress of the polymerization becomes non-uniform and the crosslinked structure This is considered to be due to uneven distribution.
第6のモノリスの製造方法に係るIII工程において、重合条件は、モノマーの種類、開始剤の種類により様々な条件が選択できる。例えば、開始剤として2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル等を用いたときには、不活性雰囲気下の密封容器内において、30〜100℃で1〜48時間加熱重合させればよい。加熱重合により、モノリス中間体(6)の骨格に吸着、分配したビニルモノマーと第2架橋剤が該骨格内で重合し、該骨格を太らせるとともに、骨格中に多孔構造を形成していく。重合終了後、内容物を取り出し、未反応ビニルモノマーと有機溶媒の除去を目的に、メタノールやアセトン等の溶剤で抽出して特定骨格構造のモノリスである第6のモノリスを得る。 In step III according to the sixth method for producing a monolith, various polymerization conditions can be selected depending on the type of monomer and the type of initiator. For example, when 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, or the like is used as an initiator, an inert atmosphere What is necessary is just to heat-polymerize for 1 to 48 hours at 30-100 degreeC in a lower sealed container. By the heat polymerization, the vinyl monomer adsorbed and distributed on the skeleton of the monolith intermediate (6) and the second crosslinking agent are polymerized in the skeleton to thicken the skeleton and form a porous structure in the skeleton. After the completion of the polymerization, the contents are taken out and extracted with a solvent such as methanol or acetone for the purpose of removing unreacted vinyl monomer and organic solvent to obtain a sixth monolith having a specific skeleton structure.
第6のモノリスの製造方法に係るIII工程で得られる第6のモノリスの基本構造は、図10で示した構造である。 The basic structure of the sixth monolith obtained in step III according to the sixth monolith manufacturing method is the structure shown in FIG.
第6のモノリスイオン交換体は、III工程で得られた第6のモノリスにイオン交換基を導入するIV工程、を行うことにより得られる。IV工程ではIII工程で得られた第6のモノリスにイオン交換基を導入するため、モノリスイオン交換体の多孔構造を厳密にコントロールすることができる。 The sixth monolith ion exchanger is obtained by performing an IV step for introducing an ion exchange group into the sixth monolith obtained in the step III. In step IV, since the ion exchange group is introduced into the sixth monolith obtained in step III, the porous structure of the monolith ion exchanger can be strictly controlled.
第6のモノリスにイオン交換基を導入する方法は、第1のモノリスにイオン交換基を導入する方法と同様である。 The method for introducing an ion exchange group into the sixth monolith is the same as the method for introducing an ion exchange group into the first monolith.
<白金族金属担持触媒の説明>
本発明の白金族金属担持触媒は、モノリス状有機多孔質体又はモノリス状有機多孔質イオン交換体に、平均粒子径1〜100nmの白金族金属粒子が、担持されている白金族金属担持触媒であり、該白金族金属粒子の均一度数が、10以下であり、該白金族金属粒子の担持量が、乾燥状態で0.004〜20重量%であることを特徴とする白金族金属担持触媒である。
<Description of platinum group metal supported catalyst>
The platinum group metal-supported catalyst of the present invention is a platinum group metal-supported catalyst in which platinum group metal particles having an average particle diameter of 1 to 100 nm are supported on a monolithic organic porous body or a monolithic organic porous ion exchanger. A platinum group metal-supported catalyst, wherein the platinum group metal particles have a degree of uniformity of 10 or less, and the amount of the platinum group metal particles supported is 0.004 to 20% by weight in a dry state. is there.
本発明の白金族金属担持触媒は、モノリス状有機多孔質体、例えば、第1のモノリス〜第6のモノリス及び第1のモノリスイオン交換体〜第6のモノリスイオン交換体のいずれかに、平均粒子径が1〜100nmの白金族金属粒子が担持された白金族金属担持触媒である。 The platinum group metal supported catalyst of the present invention is a monolithic organic porous material, for example, any one of the first monolith to the sixth monolith and the first monolith ion exchanger to the sixth monolith ion exchanger. A platinum group metal-supported catalyst in which platinum group metal particles having a particle diameter of 1 to 100 nm are supported.
本発明に係る白金族金属とは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金である。これらの白金族金属は、一種類を単独で用いても、二種類以上の金属を組み合わせて用いても良く、更に、二種類以上の金属を合金として用いても良い。これらの中で、白金、パラジウム、白金/パラジウム合金は触媒活性が高く、好適に用いられる。 The platinum group metal according to the present invention is ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, or platinum. These platinum group metals may be used alone or in combination of two or more metals, and more than one metal may be used as an alloy. Among these, platinum, palladium, and platinum / palladium alloys have high catalytic activity and are preferably used.
本発明の白金族金属触媒担持に担持されている白金族金属粒子の平均粒子径は、1〜100nmであり、好ましくは1〜50nm、更に好ましくは1〜20nmである。平均粒子径が1nm未満であると、白金族金属粒子が担体から脱離する可能性が高くなるため好ましくなく、一方、平均粒子径が100nmを超えると、金属の単位質量当たりの表面積が少なくなり触媒効果が効率的に得られなくなるため好ましくない。なお、本発明において、白金族金属粒子の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡(TEM)分析により得られるTEM画像を、画像解析することにより求められる。具体的には、先ず、白金族金属担持触媒の表面を、TEM分析する。次いで、得られたTEM画像において、粒子数が200個以上となる一視野を任意に選択し、その視野のTEM画像を画像解析して、視野中の全粒子の粒子径を測定する。なお、一視野に担持されている白金族金属粒子の数が200個に満たない場合は、2以上の視野を任意に選択して、選択した2以上の視野中の全粒子について、粒子径の測定を行う。次いで、白金族金属粒子の平均粒子径を、次式「白金族金属粒子の平均粒子径(nm)=測定した全粒子の粒子径の合計(nm)/測定した粒子の個数(個)」にて算出する。 The average particle diameter of the platinum group metal particles supported on the platinum group metal catalyst support of the present invention is 1 to 100 nm, preferably 1 to 50 nm, and more preferably 1 to 20 nm. If the average particle diameter is less than 1 nm, the possibility that the platinum group metal particles will be detached from the carrier increases, which is not preferable. On the other hand, if the average particle diameter exceeds 100 nm, the surface area per unit mass of the metal decreases. This is not preferable because the catalytic effect cannot be obtained efficiently. In the present invention, the average particle diameter of the platinum group metal particles is determined by image analysis of a TEM image obtained by transmission electron microscope (TEM) analysis. Specifically, first, the surface of the platinum group metal supported catalyst is subjected to TEM analysis. Next, in the obtained TEM image, one visual field in which the number of particles is 200 or more is arbitrarily selected, and the TEM image of the visual field is image-analyzed to measure the particle diameter of all particles in the visual field. When the number of platinum group metal particles carried in one field is less than 200, two or more fields of view are arbitrarily selected, and the particle size of all particles in the selected two or more fields of view is Measure. Next, the average particle diameter of the platinum group metal particles is expressed by the following formula: “average particle diameter of platinum group metal particles (nm) = total particle diameter of all measured particles (nm) / number of measured particles (pieces)” To calculate.
本発明の白金族金属触媒担持に担持されている白金族金属粒子の均一度数は、10以下、好ましくは5以下である。白金族金属粒子の均一度数が上記範囲にあることにより、触媒活性が高くなる。なお、本発明において、白金族金属粒子の均一度数は、透過型電子顕微鏡(TEM)分析により得られるTEM画像を、画像解析することにより求められる。具体的には、先ず、白金族金属担持触媒の表面を、TEM分析する。次いで、得られたTEM画像において、粒子数が200個以上となる一視野を任意に選択し、その視野のTEM画像を画像解析して、視野中の全粒子の粒子径を測定する。なお、一視野に担持されている白金族金属粒子の数が200個に満たない場合は、2以上の視野を任意に選択して、選択した2以上の視野中の全粒子について、粒子径の測定を行う。次いで、測定した粒子を、粒子径順に最大粒子径の粒子から最小粒子径まで並べ、1nm毎の分布を求める。そして、各分布帯の中間値を、その分布帯の代表粒子径とし、最大粒子径の粒子から積算して、全粒子の個数に対する個数が40%になる粒子が含まれる分布帯の代表粒子径(nm)(以下、「40%粒子径」と記載する。)と、最大粒子径の粒子から積算して、全粒子の個数に対する個数が90%になる粒子が含まれる分布帯の代表粒子径(nm)(以下、「90%粒子径」と記載する。)とを求め、均一度数を次式:
均一度数=40%粒子径(nm)−90%粒子径(nm)
にて算出する。
The uniformity number of the platinum group metal particles supported on the platinum group metal catalyst support of the present invention is 10 or less, preferably 5 or less. When the degree of uniformity of the platinum group metal particles is in the above range, the catalytic activity is increased. In the present invention, the degree of uniformity of the platinum group metal particles is determined by image analysis of a TEM image obtained by transmission electron microscope (TEM) analysis. Specifically, first, the surface of the platinum group metal supported catalyst is subjected to TEM analysis. Next, in the obtained TEM image, one visual field in which the number of particles is 200 or more is arbitrarily selected, and the TEM image of the visual field is image-analyzed to measure the particle diameter of all particles in the visual field. When the number of platinum group metal particles carried in one field is less than 200, two or more fields of view are arbitrarily selected, and the particle size of all particles in the selected two or more fields of view is Measure. Subsequently, the measured particles are arranged in order of particle size from the largest particle size to the smallest particle size, and a distribution for each 1 nm is obtained. Then, the median value of each distribution band is set as the representative particle diameter of the distribution band, and is integrated from the particles of the maximum particle diameter, and the representative particle diameter of the distribution band including particles whose number is 40% with respect to the total number of particles. (Nm) (hereinafter referred to as “40% particle diameter”) and the representative particle diameter of the distribution band including particles that are 90% of the total number of particles, with the total particle number being integrated. (Nm) (hereinafter referred to as “90% particle diameter”), and the degree of uniformity is calculated by the following formula:
Uniformity = 40% particle diameter (nm) −90% particle diameter (nm)
Calculate with
本発明の白金族金属担持触媒中の白金族金属粒子の担持量((白金族金属粒子/乾燥状態の白金族金属担持触媒)×100)は、0.004〜20重量%、好ましくは0.005〜15重量%である。白金族金属粒子の担持量が0.004重量%未満であると、過酸化水素分解効果又は溶存酸素の除去効果が不十分になるため好ましくない。一方、白金族金属粒子の担時量が20重量%を超えると、水中への金属溶出が認められるようになるため好ましくない。
また、本発明の白金族金属担持触媒は、過酸化水素分解性能又は溶存酸素の除去性能が高いため、通水速度がSV=2000〜40000h−1と速くても、少ない白金族金属粒子の担持量で、優れた過酸化水素分解効果又は溶存酸素の除去効果を発揮する。通水速度がSV=2000〜40000h−1の場合、白金族金属粒子の担持量は、好ましくは0.004〜2.0重量%である。
The supported amount of platinum group metal particles in the platinum group metal supported catalyst of the present invention ((platinum group metal particles / platinum group metal supported catalyst in dry state) × 100) is 0.004 to 20% by weight, preferably 0.8. 005 to 15% by weight. When the amount of platinum group metal particles supported is less than 0.004% by weight, the effect of decomposing hydrogen peroxide or the effect of removing dissolved oxygen becomes insufficient. On the other hand, when the amount of platinum group metal particles is more than 20% by weight, metal elution into water is observed, which is not preferable.
Moreover, since the platinum group metal-supported catalyst of the present invention has high hydrogen peroxide decomposition performance or dissolved oxygen removal performance, even if the water flow rate is as high as SV = 2000 to 40000 h −1 , a small amount of platinum group metal particles are supported. By amount, it exhibits excellent hydrogen peroxide decomposition effect or dissolved oxygen removal effect. When the water flow rate is SV = 2000 to 40000 h −1 , the supported amount of platinum group metal particles is preferably 0.004 to 2.0% by weight.
<白金族金属担持触媒の製造方法>
本発明の白金族金属担持触媒の製造方法は、平均粒子径が1〜100nmであり且つ均一度数が10以下の白金族金属粒子を含有する流体、例えば、平均粒子径が1〜100nmであり且つ均一度数が10以下の白金族金属粒子を含有する超臨界流体に、モノリス状有機多孔質体又はモノリス状有機多孔質イオン交換体を接触させることにより、モノリス状有機多孔質体又はモノリス状有機多孔質イオン交換体に該白金族金属粒子を担持して、白金族金属担持触媒を得る白金族金属担持工程を有することを特徴とする白金族金属担持触媒の製造方法である。
<Method for producing platinum group metal supported catalyst>
The method for producing a platinum group metal-supported catalyst of the present invention comprises a fluid containing platinum group metal particles having an average particle size of 1 to 100 nm and a homogeneity of 10 or less, for example, an average particle size of 1 to 100 nm and By contacting the monolithic organic porous material or the monolithic organic porous ion exchanger with a supercritical fluid containing platinum group metal particles having a homogeneity of 10 or less, the monolithic organic porous material or the monolithic organic porous material is obtained. A platinum group metal supported catalyst manufacturing method comprising a platinum group metal supported step of obtaining a platinum group metal supported catalyst by supporting the platinum group metal particles on a porous ion exchanger.
本発明の白金族金属担持触媒の製造方法に係る白金族金属担持工程において、平均粒子径が1〜100nmであり且つ均一度数が10以下の白金族金属粒子を含有する流体、例えば、平均粒子径が1〜100nmであり且つ均一度数が10以下の白金族金属粒子を含有する超臨界流体と接触させるモノリス状有機多孔質体又はモノリス状有機多孔質イオン交換体は、有機多孔質体の骨格が有機ポリマーにより形成されており、骨格内に被処理水の流路となる連通孔を多数有するモノリス状有機多孔質体又はモノリス状有機多孔質イオン交換体であり、例えば、第1のモノリス〜第6のモノリス及び第1のモノリスイオン交換体〜第6のモノリスイオン交換体が挙げられる。 In the platinum group metal-supporting step according to the method for producing a platinum group metal-supported catalyst of the present invention, a fluid containing platinum group metal particles having an average particle diameter of 1 to 100 nm and a homogeneity of 10 or less, for example, an average particle diameter Is a monolithic organic porous body or monolithic organic porous ion exchanger to be contacted with a supercritical fluid containing platinum group metal particles having a homogeneity of 10 or less, and the skeleton of the organic porous body is A monolithic organic porous body or a monolithic organic porous ion exchanger that is formed of an organic polymer and has a large number of communication holes that serve as channels of water to be treated in the skeleton. For example, the first monolith to the first 6 monoliths and first to sixth monolith ion exchangers.
平均粒子径が1〜100nmであり且つ均一度数が10以下の白金族金属粒子を含有する流体、例えば、平均粒子径が1〜100nmであり且つ均一度数が10以下の白金族金属粒子を含有する超臨界流体に、モノリス又はモノリスイオン交換体を接触させる方法について、流体が超臨界二酸化炭素により構成される場合を例示して説明する。
平均粒子径が1〜100nmであり且つ均一度数が10以下の白金族金属粒子を含有する超臨界流体は、平均粒子径が1〜100nmであり且つ均一度数が10以下の白金族金属粒子が有機溶媒に分散された白金族金属コロイド溶液と、超臨界二酸化炭素とを混合することにより得られる。白金族金属粒子を超臨界状態の二酸化炭素中に分散させることで、平均粒子径が1〜100nmであり且つ均一度数が10以下の白金族金属粒子を含有する超臨界流体が得られる。
(i)先ず、耐圧容器に、平均粒子径が1〜100nmであり且つ均一度数が10以下の白金族金属粒子と、モノリス又はモノリスイオン交換体を入れ、耐圧容器を密封する。次いで、耐圧容器内に、二酸化炭素を所定の圧力となるまで導入し、所定の温度まで加熱することで、耐圧容器内の二酸化炭素を超臨界状態に至らせる。次いで、この超臨界状態で、所定の時間保持する。
(ii)先ず、耐圧容器に、モノリス又はモノリスイオン交換体を充填する。それとは別の筒状の触媒充填容器に、平均粒子径が1〜100nmであり且つ均一度数が10以下の白金族金属粒子を入れ、密封する。次いで、耐圧容器内に、二酸化炭素を所定の圧力となるまで導入し、所定の温度まで加熱することで、耐圧容器内の二酸化炭素を超臨界状態に至らせる。次いで、筒状の触媒充填容器に、二酸化炭素を所定の圧力となるまで導入し、所定の温度まで加熱することで、筒状の触媒充填容器内の二酸化炭素を超臨界状態に至らせる。次いで、筒状の触媒充填容器内の白金族金属粒子を含有する超臨界状態の二酸化炭素を、耐圧容器の一端から供給しつつ、耐圧容器の他端から二酸化炭素を排出して、耐圧容器内に充填されているモノリス又はモノリスイオン交換体の細孔内を、白金族金属粒子を含有する超臨界状態の二酸化炭素を通過させる。
A fluid containing platinum group metal particles having an average particle diameter of 1 to 100 nm and a homogeneity of 10 or less, for example, platinum group metal particles having an average particle diameter of 1 to 100 nm and a homogeneity of 10 or less. A method of bringing a monolith or a monolith ion exchanger into contact with a supercritical fluid will be described by exemplifying a case where the fluid is composed of supercritical carbon dioxide.
A supercritical fluid containing platinum group metal particles having an average particle diameter of 1 to 100 nm and a homogeneity of 10 or less is an organic material, and platinum group metal particles having an average particle diameter of 1 to 100 nm and a homogeneity of 10 or less are organic. It is obtained by mixing a platinum group metal colloid solution dispersed in a solvent and supercritical carbon dioxide. By dispersing the platinum group metal particles in carbon dioxide in a supercritical state, a supercritical fluid containing platinum group metal particles having an average particle diameter of 1 to 100 nm and a homogeneity of 10 or less is obtained.
(I) First, a platinum group metal particle having an average particle diameter of 1 to 100 nm and a homogeneity of 10 or less and a monolith or a monolith ion exchanger are placed in a pressure vessel, and the pressure vessel is sealed. Next, carbon dioxide is introduced into the pressure vessel until a predetermined pressure is reached, and heated to a predetermined temperature, thereby bringing the carbon dioxide in the pressure vessel into a supercritical state. Next, this supercritical state is maintained for a predetermined time.
(Ii) First, the pressure vessel is filled with a monolith or a monolith ion exchanger. In another cylindrical catalyst-filled container, platinum group metal particles having an average particle diameter of 1 to 100 nm and a uniformity degree of 10 or less are placed and sealed. Next, carbon dioxide is introduced into the pressure vessel until a predetermined pressure is reached, and heated to a predetermined temperature, thereby bringing the carbon dioxide in the pressure vessel into a supercritical state. Next, carbon dioxide is introduced into the cylindrical catalyst filling container until a predetermined pressure is reached, and the carbon dioxide in the cylindrical catalyst filling container is brought to a supercritical state by heating to a predetermined temperature. Next, while supplying the supercritical carbon dioxide containing platinum group metal particles in the cylindrical catalyst filling container from one end of the pressure vessel, the carbon dioxide is discharged from the other end of the pressure vessel, The supercritical carbon dioxide containing platinum group metal particles is allowed to pass through the pores of the monolith or monolith ion exchanger filled in.
白金族金属粒子が有機溶媒に分散された白金族金属コロイド溶液において、コロイド溶液中の白金族金属粒子の平均粒子径及び均一度数は、透過型電子顕微鏡(TEM)分析により得られるTEM画像を、画像解析することにより求められる。具体的には、先ず、コロイド溶液の1滴を、透過型電子顕微鏡用メッシュ(例えば、応研商事製、フォルマール支持膜メッシュ)に滴下し、自然乾燥させる。次いで、TEMにて観察して、TEM画像を得る。得られたTEM画像を画像解析して、コロイド溶液中の白金族金属粒子の平均粒子径及び均一度数を求める方法は、本発明の白金族金属担持触媒に担持されている白金族金属粒子の平均粒子径及び均一度数を求める方法と同様である。 In the platinum group metal colloid solution in which the platinum group metal particles are dispersed in an organic solvent, the average particle diameter and the uniformity degree of the platinum group metal particles in the colloid solution are obtained by analyzing a TEM image obtained by transmission electron microscope (TEM) analysis. It is obtained by image analysis. Specifically, first, one drop of the colloidal solution is dropped onto a transmission electron microscope mesh (for example, a formal support membrane mesh manufactured by Oken Shoji) and allowed to dry naturally. Then, it observes with TEM and obtains a TEM image. The obtained TEM image is image-analyzed to determine the average particle diameter and the degree of uniformity of the platinum group metal particles in the colloidal solution. The average of the platinum group metal particles supported on the platinum group metal supported catalyst of the present invention is used. This is the same as the method for obtaining the particle diameter and the uniformity degree.
超臨界流体を用いた白金族金属担持工程において、白金族金属粒子を含有する超臨界流体にモノリス又はモノリスイオン交換体を接触させる際の圧力及び温度は、超臨界状態となる圧力及び温度の範囲で、適宜選択される。例えば、超臨界二酸化炭素の場合、温度は0〜120℃の範囲で選択され、選択された温度において超臨界状態となる圧力が、圧力として選択される。例えば、40〜80℃、20〜30MPaの条件が選択される。 In the platinum group metal loading process using a supercritical fluid, the pressure and temperature when the monolith or the monolith ion exchanger is brought into contact with the supercritical fluid containing the platinum group metal particles are in the range of the pressure and temperature at which the supercritical state is reached. Therefore, it is appropriately selected. For example, in the case of supercritical carbon dioxide, the temperature is selected in the range of 0 to 120 ° C., and the pressure that becomes the supercritical state at the selected temperature is selected as the pressure. For example, the conditions of 40 to 80 ° C. and 20 to 30 MPa are selected.
平均粒子径が1〜100nmであり且つ均一度数が10以下の白金族金属粒子を含有する流体中の白金族金属粒子の含有量は、白金族金属担持工程を行うことにより得られる白金族金属担持触媒中の白金族金属粒子の担持量が、0.004〜20重量%、好ましくは0.005〜15重量%となるように、適宜選択される。 The content of platinum group metal particles in a fluid containing platinum group metal particles having an average particle diameter of 1 to 100 nm and a homogeneity of 10 or less is obtained by performing a platinum group metal support step. The amount of platinum group metal particles supported in the catalyst is appropriately selected so as to be 0.004 to 20% by weight, preferably 0.005 to 15% by weight.
超臨界流体を用いた白金族金属担持工程において、白金族金属粒子を含有する超臨界流体にモノリス又はモノリスイオン交換体を接触させる際の接触時間は、モノリス又はモノリスイオン交換体内の細孔に、超臨界流体が浸透するために十分な時間であればよく、適宜選択される。通常、0.2〜48時間である。 In the platinum group metal loading process using a supercritical fluid, the contact time when the monolith or monolith ion exchanger is brought into contact with the supercritical fluid containing platinum group metal particles is the pores in the monolith or monolith ion exchanger. It is sufficient that the time is sufficient for the supercritical fluid to permeate, and is appropriately selected. Usually, it is 0.2 to 48 hours.
超臨界流体を用いた白金族金属担持工程では、白金族金属粒子を含有する超臨界流体に、モノリス又はモノリスイオン交換体を接触させた後、系内の圧力を減圧し、常圧にして、モノリス又はモノリスイオン交換体に所定の粒子性状を有する白金族金属粒子が担持された白金族金属担持触媒を得る。また、白金族金属担持工程を行った後、得られた白金族金属担持触媒を、必要に応じて、水洗、乾燥等をすることができる。 In the platinum group metal supporting step using the supercritical fluid, after bringing the monolith or the monolith ion exchanger into contact with the supercritical fluid containing the platinum group metal particles, the pressure in the system is reduced to normal pressure, A platinum group metal-supported catalyst in which platinum group metal particles having a predetermined particle property are supported on a monolith or a monolith ion exchanger is obtained. Moreover, after performing a platinum group metal carrying | support process, the obtained platinum group metal carrying | support catalyst can be washed with water, dried, etc. as needed.
<本発明の過酸化水素の分解処理水の製造方法>
本発明の過酸化水素の分解処理水の製造方法は、本発明の白金族金属担持触媒に、過酸化水素を含有する被処理水を接触させて、過酸化水素を含有する被処理水中の過酸化水素を分解除去する過酸化水素の分解処理水の製造方法である。
<Method for Producing Hydrogen Peroxide Decomposition Treatment Water>
In the method for producing hydrogen peroxide decomposition treated water of the present invention, the platinum group metal-supported catalyst of the present invention is brought into contact with water to be treated containing hydrogen peroxide, so that the water in the water to be treated containing hydrogen peroxide is treated. This is a method for producing hydrogen peroxide decomposition treated water that decomposes and removes hydrogen oxide.
過酸化水素を含有する被処理水は、過酸化水素を含有するものであれば、特に制限されず、例えば、半導体製造等の電子部品の製造及び電子部品の製造器具を洗浄するための超純水の製造において、その中の種々の工程により生じる水が挙げられ、具体的には、水中の有機物を分解するための紫外線酸化処理工程を行った後の水が挙げられる。また、過酸化水素を含有する被処理水としては、他には、用廃水系に過酸化水素を添加し、酸化、還元、殺菌、洗浄を行った処理液又は処理水やこれらの処理液又は処理水を用いて処理を行った後の廃液又は排水が挙げられる。例えば、半導体製造工程から排出される過酸化水素を含む洗浄排水、半導体製造工程から排出される有機物を含む洗浄排水を超純水として回収再利用するために、過酸化水素の存在下に紫外線を照射し有機物を酸化分解して得られる処理水、フェントン試薬を用いて有機物を分解して得られる処理水、逆浸透膜、限外ろ過膜等を過酸化水素で殺菌又は洗浄した後の排水、6価クロムを含有する排水を過酸化水素で還元処理して得られる処理水等が挙げられる。 The water to be treated containing hydrogen peroxide is not particularly limited as long as it contains hydrogen peroxide. For example, ultrapure water used for manufacturing electronic components such as semiconductor manufacturing and for cleaning electronic device manufacturing equipment. In the production of water, water generated by various processes therein can be mentioned, and specifically, water after performing an ultraviolet oxidation process for decomposing organic substances in the water. In addition, as the water to be treated containing hydrogen peroxide, in addition to the treatment liquid or treatment water obtained by adding hydrogen peroxide to the waste water system, and performing oxidation, reduction, sterilization and washing, these treatment liquids or The waste liquid or waste water after processing using treated water is mentioned. For example, in order to collect and reuse cleaning wastewater containing hydrogen peroxide discharged from the semiconductor manufacturing process and cleaning wastewater containing organic matter discharged from the semiconductor manufacturing process as ultrapure water, ultraviolet rays are used in the presence of hydrogen peroxide. Treated water obtained by oxidative decomposition of organic matter by irradiation, treated water obtained by decomposing organic matter using Fenton reagent, reverse osmosis membrane, waste water after sterilizing or washing ultrafiltration membrane with hydrogen peroxide, Examples thereof include treated water obtained by reducing wastewater containing hexavalent chromium with hydrogen peroxide.
過酸化水素を含有する被処理水中の過酸化水素濃度は、特に制限されないが、通常、0.01〜100mg/Lである。超純水製造のサブシステムでは、通常、過酸化水素濃度は、10〜50μg/Lである。過酸化水素濃度が100mg/Lを超えると、母体であるモノリス及びモノリスイオン交換体の劣化が進み易い。 The concentration of hydrogen peroxide in the water to be treated containing hydrogen peroxide is not particularly limited, but is usually 0.01 to 100 mg / L. In the ultrapure water production subsystem, the hydrogen peroxide concentration is typically 10-50 μg / L. When the hydrogen peroxide concentration exceeds 100 mg / L, the base monolith and the monolith ion exchanger are likely to deteriorate.
本発明の白金族金属担持触媒に、過酸化水素を含有する被処理水を接触させる方法としては、特に制限されず、例えば、触媒充填塔に、本発明の白金族金属担持触媒を充填し、触媒充填塔に、過酸化水素を含有する被処理液を供給することにより、本発明の白金族金属担持触媒に、過酸化水素を含有する被処理水を通液する方法等が挙げられる。 The method for bringing the water to be treated containing hydrogen peroxide into contact with the platinum group metal supported catalyst of the present invention is not particularly limited. For example, the catalyst packed tower is packed with the platinum group metal supported catalyst of the present invention, Examples include a method of supplying water to be treated containing hydrogen peroxide to the platinum group metal-supported catalyst of the present invention by supplying the liquid to be treated containing hydrogen peroxide to the catalyst packed tower.
上記方法の場合、本発明の白金族金属担持触媒に、過酸化水素を含有する被処理水を、SV=2000〜40000h−1、好ましくはSV=5000〜20000h−1で通水することができる。本発明の白金族金属担持触媒を用いると、SVが2000h−1を超えるような大きなSVで被処理水を通水しても、過酸化水素の分解除去が可能である。更に、SVが10000h−1であっても、本発明の白金族金属担持触媒を用いると、過酸化水素の分解が可能であり、本発明の白金族金属担持触媒は、粒子状アニオン交換樹脂に白金族金属ナノ粒子を担持した従来の担持触媒の処理限界を大きく上回る、卓越した性能を示す。本発明の白金族金属担持触媒への過酸化水素を含有する被処理水の通水速度は、特に制限されないが、好ましくはSV=2000〜40000h−1、特に好ましくはSV=5000〜20000h−1である。なお、本発明の白金族金属担持触媒は、過酸化水素分解能力が著しく高いため、あえて通水速度をSV=2000h−1未満の領域とする必要はないが、通水速度をSV=2000h−1未満の領域としてもよく、通水速度をSV=2000h−1未満の領域とした場合も、本発明の白金族金属担持触媒は、優れた過酸化水素分解能力を発揮する。一方、SVが40000h−1を超えると、通水差圧が大きくなり過ぎる傾向にある。 For the method, the platinum group metal supported catalyst of the present invention, the treatment water containing hydrogen peroxide, SV = 2000~40000h -1, preferably be passing water SV = 5000~20000h -1 . When the platinum group metal-supported catalyst of the present invention is used, hydrogen peroxide can be decomposed and removed even when the water to be treated is passed with a large SV such that the SV exceeds 2000 h- 1 . Furthermore, even if SV is 10000h- 1 , if the platinum group metal-supported catalyst of the present invention is used, hydrogen peroxide can be decomposed, and the platinum group metal-supported catalyst of the present invention can be used as a particulate anion exchange resin. It shows outstanding performance that far exceeds the processing limit of conventional supported catalysts supporting platinum group metal nanoparticles. Water flow rate of the for-treatment water containing hydrogen peroxide to the platinum group metal supported catalyst of the present invention is not particularly limited, preferably SV = 2000~40000h -1, particularly preferably SV = 5000~20000h -1 It is. In addition, since the platinum group metal supported catalyst of the present invention has a remarkably high hydrogen peroxide decomposition ability, it is not necessary to dare to set the water flow rate to an area of less than SV = 2000 h −1, but the water flow rate is set to SV = 2000 h −. It may be less than one region, even if the water flow rate was region below SV = 2000h -1, platinum group metal supported catalyst of the present invention exhibits excellent hydrogen peroxide decomposition ability. On the other hand, when SV exceeds 40000h- 1 , the water flow differential pressure tends to be too large.
更に、本発明の白金族金属担持触媒は、過酸化水素分解能力が著しく高いため、触媒の充填層高を薄くしても過酸化水素の分解除去が可能である。本発明の白金族金属担持触媒の充填層高は、5〜1000mmが好ましく、10〜500mmが特に好ましく、10〜100mmがより好ましい。白金族金属担持触媒の充填層高が5mm未満だと、触媒層の機械的強度が不足し易くなることに加え、過酸化水素がリークし易くなる。一方、白金族金属触媒の触媒層高が1000mmを超えると、通水差圧が大きくなる。 Furthermore, since the platinum group metal-supported catalyst of the present invention has a remarkably high hydrogen peroxide decomposition ability, hydrogen peroxide can be decomposed and removed even if the packed bed height of the catalyst is reduced. The packed bed height of the platinum group metal supported catalyst of the present invention is preferably 5 to 1000 mm, particularly preferably 10 to 500 mm, and more preferably 10 to 100 mm. When the packed bed height of the platinum group metal supported catalyst is less than 5 mm, the mechanical strength of the catalyst layer is likely to be insufficient, and hydrogen peroxide is liable to leak. On the other hand, when the catalyst layer height of the platinum group metal catalyst exceeds 1000 mm, the water flow differential pressure increases.
本発明の過酸化水素の分解処理水の製造方法を行い得られる処理水中の過酸化水素濃度は、特に制限されないが、通常、10μg/L〜100mg/L(10ppb〜100ppm)である。過酸化水素濃度が100mg/Lを超えると、担体であるモノリス及びモノリスイオン交換体の劣化が進み易くなる。なお、過酸化水素を含有する被処理水の一種である、超純水の製造装置を構成するサブシステムの被処理水に含まれる過酸化水素の濃度は、通常、10〜50μg/L(10〜50ppb)程度である。 The hydrogen peroxide concentration in the treated water obtained by performing the method for producing hydrogen peroxide-decomposed treated water of the present invention is not particularly limited, but is usually 10 μg / L to 100 mg / L (10 ppb to 100 ppm). When the hydrogen peroxide concentration exceeds 100 mg / L, the carrier monolith and the monolith ion exchanger are likely to deteriorate. In addition, the density | concentration of the hydrogen peroxide contained in the to-be-processed water of the subsystem which comprises the manufacturing apparatus of ultrapure water which is a kind of to-be-processed water containing hydrogen peroxide is 10-50 microgram / L (10 ˜50 ppb).
<本発明の溶存酸素の除去処理水の製造方法>
本発明の溶存酸素の除去処理水の製造方法は、本発明の白金族金属担持触媒の存在下で、酸素を含有する被処理水中の溶存酸素と水素とを反応させて水を生成させることにより、酸素を含有する被処理水から溶存酸素を除去する溶存酸素の除去処理水の製造方法である。
<Method for Producing Dissolved Oxygen Removal Water of the Present Invention>
The method for producing treated water for removing dissolved oxygen according to the present invention comprises reacting dissolved oxygen and hydrogen in water to be treated containing oxygen in the presence of the platinum group metal-supported catalyst of the present invention to produce water. A method for producing water for removing dissolved oxygen, which removes dissolved oxygen from water to be treated containing oxygen.
酸素を含有する被処理水は、酸素を含有するものであれば、特に制限されず、例えば、半導体製造等の電子部品の製造及び電子部品の製造器具等を洗浄するための超純水の製造に用いられる原水又はその製造工程中の種々の水等が挙げられ、具体的には、超純水製造サブシステムの循環水、例えば、紫外線酸化装置の出口水等が挙げられる。また、溶存酸素を含有する被処理水としては、他には、発電所で用いられる用水、各種工場で用いられるボイラー水や冷却水等が挙げられる。 The water to be treated containing oxygen is not particularly limited as long as it contains oxygen. For example, the manufacture of electronic parts such as semiconductor manufacturing and the manufacture of ultrapure water for cleaning electronic parts manufacturing equipment, etc. The raw water used in the production process or various kinds of water in the production process thereof, specifically, circulating water of the ultrapure water production subsystem, for example, the outlet water of the ultraviolet oxidizer. Other examples of water to be treated containing dissolved oxygen include water used at power plants, boiler water and cooling water used at various factories.
酸素を含有する被処理水中の溶存酸素濃度は、特に制限されないが、通常、0.01〜10mg/Lである。 Although the dissolved oxygen concentration in the to-be-treated water containing oxygen is not particularly limited, it is usually 0.01 to 10 mg / L.
溶存酸素と反応させる水素の量は、特に制限されないが、酸素濃度の1倍当量〜10倍当量、好ましくは1.1倍当量〜5倍当量である。 The amount of hydrogen reacted with dissolved oxygen is not particularly limited, but is 1 to 10 equivalents, preferably 1.1 to 5 equivalents of the oxygen concentration.
本発明の白金族金属担持触媒の存在下で、酸素を含有する被処理水中の溶存酸素と水素を反応させる方法としては、特に制限されず、例えば、触媒充填塔に、本発明の白金族金属担持触媒を充填し、触媒充填塔に、酸素を含有する被処理液を供給すると共に、被処理液の供給管内に、水素ガスを注入することにより、本発明の白金族金属担持触媒に、溶存水素と溶存酸素を含有する被処理水とを通液する方法等が挙げられる。 The method for reacting dissolved oxygen and hydrogen in the water to be treated containing oxygen in the presence of the platinum group metal supported catalyst of the present invention is not particularly limited. For example, the platinum group metal of the present invention is added to a catalyst packed tower. The supported catalyst is packed, and the treatment liquid containing oxygen is supplied to the catalyst packed tower, and hydrogen gas is injected into the supply pipe of the treatment liquid to dissolve in the platinum group metal supported catalyst of the present invention. Examples include a method of passing hydrogen and water to be treated containing dissolved oxygen.
上記の方法の場合、本発明の白金族金属担持触媒に、酸素を含有する被処理水を、SV=2000〜40000h−1、好ましくはSV=5000〜20000h−1で通水することができる。本発明の白金族金属担持触媒を用いると、SVが2000h−1を超えるような大きなSVで被処理水を通水しても、溶存酸素の除去が可能である。更に、SVが10000h−1であっても、本発明の白金族金属担持触媒を用いると、溶存酸素の除去が可能であり、本発明の白金族金属担持触媒は、粒子状アニオン交換樹脂に白金族金属ナノ粒子を担持した従来の担持触媒の処理限界を大きく上回る、卓越した性能を示す。本発明の白金族金属担持触媒への酸素を含有する被処理水の通水速度は、特に制限されないが、好ましくはSV=2000〜40000h−1、特に好ましくはSV=5000〜20000h−1である。なお、本発明の白金族金属担持触媒は、溶存酸素除去能力が著しく高いため、粒子状アニオン交換樹脂に白金族金属ナノ粒子を担持した従来の担持触媒の処理限界を大きく上回る通水速度で、被処理水を通水しても、被処理水中の溶存酸素を分解することができる。 For the above method, the platinum group metal supported catalyst of the present invention, the treatment water containing oxygen, SV = 2000~40000h -1, preferably be passing water SV = 5000~20000h -1. When the platinum group metal-supported catalyst of the present invention is used, dissolved oxygen can be removed even when the water to be treated is passed through with a large SV such that SV exceeds 2000 h- 1 . Furthermore, even if SV is 10000h- 1 , if the platinum group metal-supported catalyst of the present invention is used, dissolved oxygen can be removed. The platinum group metal-supported catalyst of the present invention can be used as a particulate anion exchange resin. Excellent performance, far exceeding the processing limit of conventional supported catalysts supporting group metal nanoparticles. Water flow rate of the for-treatment water containing oxygen to platinum group metal supported catalyst of the present invention is not particularly limited, is preferably SV = 2000~40000h -1, particularly preferably SV = 5000~20000h -1 . In addition, since the platinum group metal supported catalyst of the present invention has a remarkably high dissolved oxygen removal capability, the water flow rate greatly exceeds the processing limit of the conventional supported catalyst in which platinum group metal nanoparticles are supported on the particulate anion exchange resin. Even if the water to be treated is passed, dissolved oxygen in the water to be treated can be decomposed.
更に、本発明の白金族金属担持触媒は、溶存酸素除去能力が著しく高いため、触媒の充填層高を薄くしても溶存酸素の除去が可能である。 Furthermore, since the platinum group metal supported catalyst of the present invention has a remarkably high dissolved oxygen removing ability, it is possible to remove dissolved oxygen even if the packed bed height of the catalyst is made thin.
本発明の溶存酸素の除去処理水の製造方法を行い得られる処理水中の溶存酸素濃度は、10μg/L以下であることが好ましい。 It is preferable that the dissolved oxygen concentration in the treated water obtained by performing the method for producing treated water for removing dissolved oxygen of the present invention is 10 μg / L or less.
本発明の白金族金属担持触媒は、モノリス又はモノリスイオン交換体に白金族金属粒子が担持されており、且つ、担持されている白金族金属粒子の平均粒子径が1〜100nmと小さく、均一度数が10以下と粒子径が均一なので、過酸化水素や溶存酸素等を含有する被処理水と白金族金属触媒との接触効率が、従来の粒状の白金族金属担持触媒に比べ、格段に高い。そのため、本発明の白金族金属担持触媒は、過酸化水素や溶存酸素の分解能力が著しく高いので、触媒の充填層高を薄くしても、被処理水中の過酸化水素や溶存酸素を分解除去することができる。 The platinum group metal-supported catalyst of the present invention has platinum group metal particles supported on a monolith or monolith ion exchanger, and the average particle diameter of the supported platinum group metal particles is as small as 1 to 100 nm, and the degree of uniformity. Since the particle diameter is uniform at 10 or less, the contact efficiency between the water to be treated containing hydrogen peroxide, dissolved oxygen and the like and the platinum group metal catalyst is significantly higher than that of the conventional granular platinum group metal supported catalyst. Therefore, the platinum group metal-supported catalyst of the present invention has a remarkably high ability to decompose hydrogen peroxide and dissolved oxygen. Therefore, even if the packed bed height of the catalyst is reduced, hydrogen peroxide and dissolved oxygen in the water to be treated are decomposed and removed. can do.
特に、本発明の白金族金属担持触媒は、白金族金属粒子の担持量が0.004 〜2.0重量%と少なくても、均一度数が10以下であることにより、被処理水と白金族金属触媒との接触効率が高くなるので、通水速度を2000〜40000h−1と高くすることができる。 In particular, the platinum group metal-supported catalyst of the present invention has a uniformity number of 10 or less even when the amount of platinum group metal particles supported is as small as 0.004 to 2.0% by weight. Since contact efficiency with a metal catalyst becomes high, a water flow rate can be made high with 2000-40000h- 1 .
また、本発明の白金族金属担持触媒は、担体がモノリス又はモノリスイオン交換体であるので、担体が無機多孔質体である触媒に比べ、白金族金属粒子を担持させる工程において、モノリス又はモノリスイオン交換体を膨潤させた状態で白金族金属粒子を担持させることができ、担持後にもとの状態に戻すことにより、白金族金属粒子を担体内に保持できるため、無機多孔質体を担体とした触媒で問題となる担体からの白金族金属粒子の流出や脱離が問題とならない触媒を提供することが可能である。
また、本発明の白金族金属担持触媒の製造方法は、担体がモノリス又はモノリスイオン交換体であるので、担体が無機多孔質体である触媒に比べ、白金族金属粒子を担持させる工程において、モノリス又はモノリスイオン交換体を膨潤させた状態で白金族金属粒子を担持させることができ、担持後にもとの状態に戻すことにより、白金族金属粒子を担体内に保持できるため、無機多孔質体を担体とした触媒で問題となる担体からの白金族金属粒子の流出や脱離が問題とならない触媒を提供できる製造方法である。
Further, since the platinum group metal-supported catalyst of the present invention is a monolith or a monolith ion exchanger, the monolith or monolith ion is supported in the step of supporting platinum group metal particles as compared with a catalyst in which the support is an inorganic porous body. The platinum group metal particles can be supported in a swollen state of the exchanger, and the platinum group metal particles can be held in the support by returning to the original state after the support. Therefore, the inorganic porous material is used as the support. It is possible to provide a catalyst in which the outflow and desorption of platinum group metal particles from the carrier, which is a problem with the catalyst, do not become a problem.
In addition, since the carrier is a monolith or a monolith ion exchanger, the method for producing a platinum group metal-supported catalyst of the present invention has a monolith in a step of supporting platinum group metal particles compared to a catalyst in which the carrier is an inorganic porous body. Alternatively, the platinum group metal particles can be supported in a swollen state of the monolith ion exchanger, and the platinum group metal particles can be held in the support by returning to the original state after the support. This is a production method capable of providing a catalyst in which the outflow or desorption of platinum group metal particles from the carrier, which is a problem with the catalyst used as the carrier, does not matter.
また、本発明の白金族金属担持触媒の製造方法では、白金族金属粒子を含有する流体、例えば、白金族金属粒子を含有する超臨界流体を調製するときに用いる白金族金属粒子、例えば、白金族金属コロイド液中の白金族金属粒子の粒子性状により、白金族金属担持触媒に担持されている白金族金属粒子の粒子性状を制御できる。そのため、本発明の白金族金属担持触媒の製造方法によれば、モノリス又はモノリスイオン交換体に担持される白金族金属粒子の粒子性状の制御が容易であり、平均粒子径を1〜100nmとし且つ均一度数を10以下とすることができる。 Further, in the method for producing a platinum group metal-supported catalyst of the present invention, a platinum group metal particle, such as platinum, used when preparing a fluid containing platinum group metal particles, for example, a supercritical fluid containing platinum group metal particles, is used. The particle properties of the platinum group metal particles supported on the platinum group metal supported catalyst can be controlled by the particle properties of the platinum group metal particles in the group III metal colloid liquid. Therefore, according to the method for producing a platinum group metal-supported catalyst of the present invention, it is easy to control the particle properties of the platinum group metal particles supported on the monolith or the monolith ion exchanger, the average particle diameter is 1 to 100 nm, and The uniformity number can be 10 or less.
一方、イオン交換基を有する担体に、イオン交換で白金族金属イオンを結合させ、そのイオンを還元することにより、白金族金属担持触媒を得る製造方法では、白金族金属イオンが全て完全に還元されているかどうかは不明確であり、イオンのまま残留している可能性もある。また、還元されることにより生成する白金族金属粒子は不安定で、二次凝集を起こす場合もある。二次凝集が起こると粒子表面積が小さくなり、触媒活性が低下する。よって、高い触媒活性を得るためには、二次凝集が起こらない方法で白金族金属を担持させる必要がある。なお、二次凝集が存在する触媒には、凝集していない小さな粒子と、凝集した大きな粒子が混在する。そのため、担持されている白金族金属粒子の均一度数は10以下とはならない。 On the other hand, in a production method in which a platinum group metal ion is bound to a carrier having an ion exchange group by ion exchange and the ions are reduced to obtain a platinum group metal supported catalyst, all of the platinum group metal ions are completely reduced. It is unclear whether it is present or may remain as an ion. In addition, platinum group metal particles generated by reduction are unstable and may cause secondary aggregation. When secondary agglomeration occurs, the particle surface area decreases and the catalytic activity decreases. Therefore, in order to obtain high catalytic activity, it is necessary to support the platinum group metal by a method that does not cause secondary aggregation. In addition, in the catalyst in which secondary aggregation exists, small particles that are not aggregated and large particles that are aggregated are mixed. Therefore, the uniformity number of the supported platinum group metal particles is not 10 or less.
(実施例)
次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
(Example)
Next, the present invention will be specifically described by way of examples, but this is merely an example and does not limit the present invention.
(実施例1)
<白金族担持触媒1の製造>
(I工程;モノリス中間体(4)Aの製造)
スチレン5.29g、ジビニルベンゼン0.28g、ソルビタンモノオレエート(以下SMOと略す)1.39gおよび2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)0.26gを混合し、均一に溶解させた。次に、当該スチレン/ジビニルベンゼン/SMO/2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)混合物を180gの純水に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー(イーエムイー社製)を用いて5〜20℃の温度範囲において減圧下撹拌して、油中水滴型エマルションを得た。このエマルションを速やかに反応容器に移し、密封後静置下で60℃、24時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、メタノールで抽出した後、減圧乾燥して、連続マクロポア構造を有するモノリス中間体(4)Aを製造した。
このようにして得られたモノリス中間体(乾燥体)の内部構造をSEM画像(図7)により観察したところ、隣接する2つのマクロポアを区画する壁部は極めて細く棒状であるものの、連続気泡構造を有しており、水銀圧入法により測定したマクロポアとマクロポアが重なる部分の開口(メソポア)の平均直径は乾燥状態で70μm、乾燥状態の全細孔容積は17.8ml/gであった。
Example 1
<Production of platinum group supported
(Step I; production of monolith intermediate (4) A)
5.29 g of styrene, 0.28 g of divinylbenzene, 1.39 g of sorbitan monooleate (hereinafter abbreviated as SMO) and 0.26 g of 2,2′-azobis (isobutyronitrile) were mixed and dissolved uniformly. Next, the styrene / divinylbenzene / SMO / 2,2′-azobis (isobutyronitrile) mixture was added to 180 g of pure water, and a vacuum stirring defoaming mixer (manufactured by EM Co.) as a planetary stirring device. Was used under reduced pressure in a temperature range of 5 to 20 ° C. to obtain a water-in-oil emulsion. This emulsion was quickly transferred to a reaction vessel and allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours in a static state after sealing. After completion of the polymerization, the content was taken out, extracted with methanol, and then dried under reduced pressure to produce Monolith Intermediate (4) A having a continuous macropore structure.
When the internal structure of the monolith intermediate (dry body) obtained in this way was observed with an SEM image (FIG. 7), the wall portion separating two adjacent macropores was very thin and rod-shaped, but the open cell structure The average diameter of the openings (mesopores) where the macropores overlap with each other as measured by the mercury intrusion method was 70 μm in the dry state, and the total pore volume in the dry state was 17.8 ml / g.
(第4のモノリスAの製造)
次いで、スチレン39.2g、ジビニルベンゼン0.8g、1-デカノール60g、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.8gを混合し、均一に溶解させた(II工程)。次に上記モノリス中間体(4)Aを直径70mm、厚さ約30mmの円盤状に切断して2.4gを分取した。分取したモノリス中間体を内径75mmの反応容器に入れ、当該スチレン/ジビニルベンゼン/1-デカノール/2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)混合物に浸漬させ、減圧チャンバー中で脱泡した後、反応容器を密封し、静置下60℃で24時間重合させた。重合終了後、厚さ約60mmのモノリス状の内容物を取り出し、アセトンでソックスレー抽出した後、85℃で一夜減圧乾燥し、第4のモノリスAを得た(III工程)。
(Production of fourth monolith A)
Next, 39.2 g of styrene, 0.8 g of divinylbenzene, 60 g of 1-decanol, and 0.8 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) were mixed and dissolved uniformly (step II). Next, the monolith intermediate (4) A was cut into a disk shape having a diameter of 70 mm and a thickness of about 30 mm to obtain 2.4 g. The separated monolith intermediate is placed in a reaction vessel having an inner diameter of 75 mm, immersed in the styrene / divinylbenzene / 1-decanol / 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) mixture, and removed in a vacuum chamber. After bubbling, the reaction vessel was sealed and allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours. After completion of the polymerization, the monolith-like contents having a thickness of about 60 mm were taken out, soxhlet extracted with acetone, and then dried under reduced pressure at 85 ° C. overnight to obtain a fourth monolith A (step III).
このようにして得られた第4のモノリスA(乾燥体)の内部構造を、SEMにより観察した結果を図5に示す。図5から明らかなように、第4のモノリスAは骨格及び空孔はそれぞれ3次元的に連続し、両相が絡み合った共連続構造であった。また、SEM画像から測定した骨格の平均太さは8μmであった。また、水銀圧入法により測定した当該モノリスの三次元的に連続した空孔の乾燥状態での平均直径は18μm、乾燥状態での全細孔容積は2.0ml/gであった。
また、乾燥状態の第4のモノリスAを水で湿潤させたときの変化(膨張率)は、1.3倍であり、この膨張率から見積もった、第4のモノリスAの水湿潤状態での骨格の平均太さは10μmであり、空孔の平均直径は23μmであった。
FIG. 5 shows the result of observing the internal structure of the fourth monolith A (dried body) thus obtained by SEM. As is apparent from FIG. 5, the fourth monolith A had a co-continuous structure in which the skeleton and the vacancies were each three-dimensionally continuous and the two phases were intertwined. Moreover, the average thickness of the skeleton measured from the SEM image was 8 μm. Moreover, the average diameter in the dry state of the three-dimensionally continuous pores of the monolith measured by the mercury intrusion method was 18 μm, and the total pore volume in the dry state was 2.0 ml / g.
In addition, the change (expansion rate) when the fourth monolith A in the dry state is wetted with water is 1.3 times, and the fourth monolith A in the water wet state estimated from this expansion rate is obtained. The average thickness of the skeleton was 10 μm, and the average diameter of the pores was 23 μm.
(第4のモノリスアニオン交換体Aの製造)
上記の方法で製造した第4のモノリスAを、直径70mm、厚み約15mmの円盤状に切断した。これにジメトキシメタン1400ml、四塩化スズ20mlを加え、氷冷下クロロ硫酸560mlを滴下した。滴下終了後、昇温して35℃で5時間反応させ、クロロメチル基を導入した。反応終了後、母液をサイフォンで抜き出し、THF/水=2/1の混合溶媒で洗浄した後、更にTHFで洗浄した。このクロロメチル化モノリス状有機多孔質体にTHF1000mlとトリメチルアミン30%水溶液600mlを加え、60℃、6時間反応させた。反応終了後、生成物をメタノール/水混合溶媒で洗浄し、次いで純水で洗浄して、第4のモノリスアニオン交換体Aを得た。
(Production of fourth monolith anion exchanger A)
The fourth monolith A produced by the above method was cut into a disk shape having a diameter of 70 mm and a thickness of about 15 mm. To this, 1400 ml of dimethoxymethane and 20 ml of tin tetrachloride were added, and 560 ml of chlorosulfuric acid was added dropwise under ice cooling. After completion of the dropping, the temperature was raised and the reaction was carried out at 35 ° C. for 5 hours to introduce a chloromethyl group. After completion of the reaction, the mother liquor was extracted with a siphon, washed with a mixed solvent of THF / water = 2/1, and further washed with THF. To this chloromethylated monolithic organic porous material, 1000 ml of THF and 600 ml of a 30% trimethylamine aqueous solution were added and reacted at 60 ° C. for 6 hours. After completion of the reaction, the product was washed with a methanol / water mixed solvent and then washed with pure water to obtain a fourth monolith anion exchanger A.
得られた第4のモノリスアニオン交換体Aの反応前後の膨潤率は1.6倍であり、体積当りのアニオン交換容量は水湿潤状態で0.44mg当量/mlであった。水湿潤状態でのモノリスイオン交換体の連続空孔の平均直径を、乾燥状態のモノリスの値とアニオン交換基導入前後の変化率(膨潤率:1.6倍)から見積もったところ29μmであり、骨格の平均太さは13μmであった。また、乾燥状態での全細孔容積は、2.5ml/gであった。 The swelling ratio before and after the reaction of the obtained fourth monolith anion exchanger A was 1.6 times, and the anion exchange capacity per volume was 0.44 mg equivalent / ml in a water-wet state. The average diameter of the continuous pores of the monolith ion exchanger in the water-wet state was estimated to be 29 μm from the value of the monolith in the dry state and the rate of change before and after the introduction of anion exchange groups (swelling rate: 1.6 times). The average thickness of the skeleton was 13 μm. The total pore volume in the dry state was 2.5 ml / g.
次に、第4のモノリスアニオン交換体A中の四級アンモニウム基の分布状態を確認するため、第4のモノリスアニオン交換体Aを塩酸水溶液で処理して塩化物型とした後、EPMAにより骨格表面及び骨格内部の塩化物イオンの分布状態を観察したところ、塩化物イオンは第4のモノリスアニオン交換体Aの骨格表面のみならず、骨格内部にも均一に分布しており、四級アンモニウム基がモノリスアニオン交換体中に均一に導入されていることが確認できた。 Next, in order to confirm the distribution state of the quaternary ammonium groups in the fourth monolith anion exchanger A, the fourth monolith anion exchanger A is treated with an aqueous hydrochloric acid solution to form a chloride form, and then the skeleton is formed by EPMA When the distribution state of chloride ions on the surface and inside the skeleton was observed, the chloride ions were uniformly distributed not only on the skeleton surface of the fourth monolith anion exchanger A but also inside the skeleton. It was confirmed that was uniformly introduced into the monolith anion exchanger.
(白金族金属担持触媒1の調整)
第4のモノリスアニオン交換体AをCl形にイオン交換した後、水膨潤状態で直径30mm、厚さ15mmの円柱状に切り出し、減圧乾燥した。乾燥後のモノリスアニオン交換体の重量は、1.6gであった。この乾燥状態のモノリスアニオン交換体を水に浸漬し、再び水膨潤状態とした。
次いで、耐圧容器に、水膨潤状態のモノリスアニオン交換体と、パラジウムナノコロイド液(パラジウム4重量%)5mlを入れ、密封した。密封した耐圧容器を、40℃の恒温槽の中に入れた。耐圧容器内に二酸化炭素を、25MPaになるまで導入した。25MPaになったところで導入を止め、その状態で1時間保持した。1時間経過後、耐圧容器を開放して二酸化炭素を放出した。耐圧容器内から、パラジウムが担持されたモノリスアニオン交換体を取り出した。取り出したパラジウム担持モノリスアニオン交換体を、1.0N水酸化ナトリウムで再生してOH形とし、白金族金属担持触媒1を得た。
上記で使用したパラジウムナノコロイド溶液の1滴を、透過型電子顕微鏡用メッシュ(応研商事製、フォルマール支持膜メッシュ)に滴下し、自然乾燥させた。次いで、透過型電子顕微鏡(TEM)にて観察して、TEM画像を得、得られたTEM画像を画像解析し、観察した視野中のパラジウム粒子の粒子径を測定して、パラジウムナノコロイド溶液中のパラジウム粒子の粒度分布を得た。得られたパラジウムナノコロイド溶液中のパラジウム粒子の粒度分布を、表1に示す。表1から求められる均一度数は、2である。また、得られたTEM画像の画像解析から求めたパラジウムナノコロイド溶液中のパラジウム粒子の平均粒子径は、4.0nmであった。
乾燥状態の白金族金属担持触媒1に担持されたパラジウム量は、2.0重量%であった。白金族金属担持触媒1に担持されたパラジウム粒子の粒子径を、透過型電子顕微鏡で観察して、TEM画像を得、得られたTEM画像を画像解析し、観察した視野中のパラジウム粒子の粒子径を測定して、白金族金属担持触媒1に担持されているパラジウム粒子の粒度分布を得た。得られた白金族金属担持触媒1に担持されているパラジウム粒子の粒度分布を、表2に示す。表2から求められる均一度数は、2である。また、得られたTEM画像の画像解析から求めた白金族金属担持触媒1に担持されたパラジウム粒子の平均粒子径は、5.2nmであった。
(Adjustment of platinum group metal supported catalyst 1)
The fourth monolith anion exchanger A was ion-exchanged into a Cl form, cut into a cylindrical shape having a diameter of 30 mm and a thickness of 15 mm in a water-swelled state, and dried under reduced pressure. The weight of the monolith anion exchanger after drying was 1.6 g. This dried monolith anion exchanger was immersed in water and again brought into a water swollen state.
Next, the water-swollen monolith anion exchanger and 5 ml of palladium nanocolloid liquid (4% by weight of palladium) were placed in a pressure vessel and sealed. The sealed pressure vessel was placed in a constant temperature bath at 40 ° C. Carbon dioxide was introduced into the pressure vessel until it reached 25 MPa. The introduction was stopped when the pressure reached 25 MPa, and the state was maintained for 1 hour. After 1 hour, the pressure vessel was opened to release carbon dioxide. The monolith anion exchanger carrying palladium was taken out from the pressure vessel. The taken-out palladium-supported monolith anion exchanger was regenerated with 1.0N sodium hydroxide to form OH to obtain a platinum group metal-supported
One drop of the palladium nanocolloid solution used above was dropped on a transmission electron microscope mesh (manufactured by Oken Shoji Co., Ltd., a formal support membrane mesh) and allowed to dry naturally. Next, observation with a transmission electron microscope (TEM) to obtain a TEM image, image analysis of the obtained TEM image, measurement of the particle diameter of the palladium particles in the observed visual field, in the palladium nanocolloid solution The particle size distribution of palladium particles was obtained. Table 1 shows the particle size distribution of the palladium particles in the obtained palladium nanocolloid solution. The number of uniformity obtained from Table 1 is 2. Moreover, the average particle diameter of the palladium particle | grains in the palladium nanocolloid solution calculated | required from the image analysis of the obtained TEM image was 4.0 nm.
The amount of palladium supported on the platinum group metal supported
<過酸化水素分解処理水の製造>
上記白金族金属担持触媒1を切り出して内径10mmのカラムに充填し、過酸化水素分解特性の評価に用いた。このとき、白金族金属担持触媒1の充填層高は13mmであった。
上記白金族金属担持触媒1の充填物に対し、過酸化水素を15〜30μg/L(15〜30ppb)を含む超純水をSV=20000h−1にて通水した。24時間通水後、カラム出口の溶液を採取し、過酸化水素濃度を測定した。その結果、過酸化水素濃度は1μg/L未満であり、SV=20000h−1と非常に速く、白金族金属担持触媒1の充填層高が13mmと低いにも関わらず、過酸化水素は分解除去されていた。次に、SV=40000h−1とし、同様の処理を行った。カラム出口の溶液を採取し、過酸化水素濃度を測定した。その結果、過酸化水素濃度は2.0g/Lであり、過酸化水素は分解除去されていた。
<Manufacture of hydrogen peroxide decomposition treated water>
The platinum group metal supported
Ultrapure water containing 15 to 30 μg / L (15 to 30 ppb) of hydrogen peroxide was passed through the filler of the platinum group metal supported
(実施例2)
<白金族金属担持触媒2の製造>
(I工程;モノリス中間体(4)Aの製造)
実施例1と同様にして、モノリス中間体(4)Aを製造した。
(第4モノリスAの製造)
実施例1と同様にして、第4のモノリスAを製造した。
(第4のモノリスアニオン交換体Aの製造)
実施例1と同様にして、第4のモノリスアニオン交換体Aを製造した。
(白金族金属担持触媒2の調整)
第4のモノリスアニオン交換体AをCl形にイオン交換した後、水膨潤状態で直径30mm、厚さ15mmの円柱状に切り出し、減圧乾燥した。乾燥後のモノリスアニオン交換体の重量は、1.6gであった。この乾燥状態のモノリスアニオン交換体を水に浸漬し、再び水膨潤状態とした。次いで、耐圧容器に、水膨潤状態のモノリスアニオン交換体と、パラジウムナノコロイド溶液(パラジウム0.1重量%)5mLを入れ、密封した。密封した耐圧容器を、40℃の恒温槽の中に入れた。耐圧容器内に二酸化炭素を、25MPaになるまで導入した。25MPaになったところで導入を止め、その状態で6時間保持した。6時間経過後、耐圧容器を開放して二酸化炭素を放出した。耐圧容器内から、パラジウムが担持されたモノリスアニオン交換体を取り出した。取り出したパラジウム担持モノリスアニオン交換体を、1.0N水酸化ナトリウムで再生してOH形とし、白金族金属担持触媒2を得た。
上記で使用したパラジウムナノコロイド溶液の1滴を、透過型電子顕微鏡用メッシュ(応研商事製、フォルマール支持膜メッシュ)に滴下し、自然乾燥させた。次いで、透過型電子顕微鏡(TEM)にて観察して、TEM画像を得、得られたTEM画像を画像解析し、観察した視野中のパラジウム粒子の粒子径を測定して、パラジウムナノコロイド溶液中のパラジウム粒子の粒度分布を得た。得られたパラジウムナノコロイド溶液中のパラジウム粒子の粒度分布を、表3に示す。表3から求められる均一度数は、2である。また、得られたTEM画像の画像解析から求めたパラジウムナノコロイド溶液中のパラジウム粒子の平均粒子径は、4.0nmであった。
乾燥状態の白金族金属担持触媒2に担持されたパラジウム量は、0.05重量%であった。白金族金属担持触媒2に担持されたパラジウム粒子の粒子径を、透過型電子顕微鏡で観察して、TEM画像を得、得られたTEM画像を画像解析し、観察した視野中のパラジウム粒子の粒子径を測定して、白金族金属担持触媒2に担持されているパラジウム粒子の粒度分布を得た。得られた白金族金属担持触媒2に担持されているパラジウム粒子の粒度分布を、表4に示す。表4から求められる均一度数は、1である。また、得られたTEM画像の画像解析から求めた白金族金属担持触媒2に担持されたパラジウム粒子の平均粒子径は、4.5nmであった。
(Example 2)
<Production of platinum group metal supported
(Step I; production of monolith intermediate (4) A)
In the same manner as in Example 1, monolith intermediate (4) A was produced.
(Production of 4th monolith A)
A fourth monolith A was produced in the same manner as in Example 1.
(Production of fourth monolith anion exchanger A)
In the same manner as in Example 1, a fourth monolith anion exchanger A was produced.
(Adjustment of platinum group metal supported catalyst 2)
The fourth monolith anion exchanger A was ion-exchanged into a Cl form, cut into a cylindrical shape having a diameter of 30 mm and a thickness of 15 mm in a water-swelled state, and dried under reduced pressure. The weight of the monolith anion exchanger after drying was 1.6 g. This dried monolith anion exchanger was immersed in water and again brought into a water swollen state. Next, the water-swelled monolith anion exchanger and 5 mL of palladium nanocolloid solution (palladium 0.1 wt%) were placed in a pressure vessel and sealed. The sealed pressure vessel was placed in a constant temperature bath at 40 ° C. Carbon dioxide was introduced into the pressure vessel until it reached 25 MPa. When the pressure reached 25 MPa, the introduction was stopped and the state was maintained for 6 hours. After 6 hours, the pressure vessel was opened to release carbon dioxide. The monolith anion exchanger carrying palladium was taken out from the pressure vessel. The taken-out palladium-supported monolith anion exchanger was regenerated with 1.0N sodium hydroxide to form OH to obtain a platinum group metal-supported
One drop of the palladium nanocolloid solution used above was dropped on a transmission electron microscope mesh (manufactured by Oken Shoji Co., Ltd., a formal support membrane mesh) and allowed to dry naturally. Next, observation with a transmission electron microscope (TEM) to obtain a TEM image, image analysis of the obtained TEM image, measurement of the particle diameter of the palladium particles in the observed visual field, in the palladium nanocolloid solution The particle size distribution of palladium particles was obtained. Table 3 shows the particle size distribution of the palladium particles in the obtained palladium nanocolloid solution. The uniformity number obtained from Table 3 is 2. Moreover, the average particle diameter of the palladium particle | grains in the palladium nanocolloid solution calculated | required from the image analysis of the obtained TEM image was 4.0 nm.
The amount of palladium supported on the platinum group metal supported
<過酸化水素分解処理水の製造>
上記白金族金属担持触媒2を切り出して内径10mmのカラムに充填し、過酸化水素分解特性の評価に用いた。このとき、白金族金属担持触媒2の充填層高は14mmであった。
上記白金族金属担持触媒2の充填物に対し、過酸化水素を15〜30μg/L(15〜30ppb)を含む超純水をSV=10000h−1にて通水した。24時間通水後、カラム出口の溶液を採取し、過酸化水素濃度を測定した。その結果、過酸化水素濃度は1μg/L未満であり、SV=10000h−1と非常に速く、白金族金属担持触媒2の充填層高が14mmと低いにも関わらず、過酸化水素は分解除去されていた。次に、SV=20000h−1とし、同様の処理を行った。カラム出口の溶液を採取し、過酸化水素濃度を測定した。その結果、過酸化水素濃度は1.5g/Lであり、過酸化水素は分解除去されていた。
<Manufacture of hydrogen peroxide decomposition treated water>
The platinum group metal supported
Ultra pure water containing 15 to 30 μg / L (15 to 30 ppb) of hydrogen peroxide was passed through the packing of the platinum group metal supported
表1では、最大粒子径の粒子から積算して、全粒子の個数に対する個数が40%を超えるのは、4以上5未満(nm)の分布帯であるので、全粒子の個数に対する個数が40%になる粒子が含まれる分布帯は、4以上5未満(nm)の分布帯である。そして、この4以上5未満(nm)の代表粒子径は、4.5nmであるので、40%粒子径は4.5nmとなる。また、最大粒子径の粒子から積算して、全粒子の個数に対する個数が90%を超えるのは、2以上3未満(nm)の分布帯であるので、全粒子の個数に対する個数が90%になる粒子が含まれる分布帯は、2以上3未満(nm)の分布帯である。そして、この2以上3未満(nm)の代表粒子径は、2.5nmであるので、90%粒子径は2.5nmとなる。これらから、均一度数を求めると、下記式:
均一度数=40%粒子径−90%粒子径=4.5−2.5=2
より、均一度数は2となる。
同様にして、表2より均一度数を求めたところ、下記式:
均一度数=40%粒子径−90%粒子径=5.5−3.5=2
より、均一度数は2となる。
また、表3より均一度数を求めたところ、下記式:
均一度数=40%粒子径−90%粒子径=4.5−2.5=2
より、均一度数は2となる。
また、表4より均一度数を求めたところ、下記式:
均一度数=40%粒子径−90%粒子径=4.5−3.5=1
より、均一度数は1となる。
In Table 1, since it is a distribution band of 4 or more and less than 5 (nm) that the number with respect to the number of all particles exceeds 40% when integrated from the particles with the maximum particle size, the number with respect to the number of all particles is 40. The distribution band including particles that are% is a distribution band of 4 or more and less than 5 (nm). Since the representative particle diameter of 4 or more and less than 5 (nm) is 4.5 nm, the 40% particle diameter is 4.5 nm. In addition, since the number of particles with the maximum particle diameter exceeds 90% with respect to the number of all particles is a distribution band of 2 or more and less than 3 (nm), the number with respect to the number of all particles is 90%. The distribution band including the particles is a distribution band of 2 or more and less than 3 (nm). Since the representative particle size of 2 or more and less than 3 (nm) is 2.5 nm, the 90% particle size is 2.5 nm. From these, when calculating the uniformity degree, the following formula:
Uniformity = 40% particle size−90% particle size = 4.5−2.5 = 2
Accordingly, the uniformity degree is 2.
Similarly, when the degree of uniformity was determined from Table 2, the following formula:
Uniformity = 40% particle size−90% particle size = 5.5−3.5 = 2
Accordingly, the uniformity degree is 2.
Moreover, when the uniformity number was calculated | required from Table 3, following formula:
Uniformity = 40% particle size−90% particle size = 4.5−2.5 = 2
Accordingly, the uniformity degree is 2.
Moreover, when the degree of uniformity was determined from Table 4, the following formula:
Uniformity = 40% particle size−90% particle size = 4.5−3.5 = 1
Accordingly, the uniformity degree is 1.
(実施例3)
<白金族金属担持触媒3の製造>
(第1のモノリスBの製造)
スチレン19.2g、ジビニルベンゼン1.0g、ソルビタンモノオレエート(以下SMOと略す)1.0gおよび2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)0.26gを混合し、均一に溶解させた。次に,当該スチレン/ジビニルベンゼン/SMO/2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)混合物を180gの純水に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー(イーエムイー社製)を用いて5〜20℃の温度範囲において減圧下撹拌して、油中水滴型エマルションを得た。このエマルションを反応容器に速やかに移し、密封後静置下で60℃、24時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、イソプロパノールで抽出した後、減圧乾燥して、第1のモノリスBを得た。該モノリスは、架橋成分を3.3モル%含有するスチレン/ジビニルベンゼン共重合体であり、SEM観察により、連続マクロポア構造を有することを確認した。SEM画像を図1に示す。水銀圧入法により求めた該モノリスのマクロポアとマクロポアが重なる部分の開口(メソポア)の乾燥状態での平均直径は29μm、乾燥状態での全細孔容積は8.6ml/gであった。
Example 3
<Production of platinum group metal supported catalyst 3>
(Production of first monolith B)
19.2 g of styrene, 1.0 g of divinylbenzene, 1.0 g of sorbitan monooleate (hereinafter abbreviated as SMO) and 0.26 g of 2,2′-azobis (isobutyronitrile) were mixed and dissolved uniformly. Next, the styrene / divinylbenzene / SMO / 2,2′-azobis (isobutyronitrile) mixture is added to 180 g of pure water, and a vacuum stirring defoaming mixer (manufactured by EM Corp.) which is a planetary stirring device. Was used under reduced pressure in a temperature range of 5 to 20 ° C. to obtain a water-in-oil emulsion. The emulsion was immediately transferred to a reaction vessel, and after sealing, it was allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours. After completion of the polymerization, the content was taken out, extracted with isopropanol, and then dried under reduced pressure to obtain a first monolith B. The monolith was a styrene / divinylbenzene copolymer containing 3.3 mol% of a crosslinking component, and was confirmed to have a continuous macropore structure by SEM observation. The SEM image is shown in FIG. The average diameter in the dry state of the opening (mesopore) where the macropores of the monolith overlapped with the macropores determined by the mercury intrusion method was 29 μm, and the total pore volume in the dry state was 8.6 ml / g.
(第1のモノリスアニオン交換体Bの製造)
上記の方法で製造した第1のモノリスBを、外径70mm、厚み約15mmの円盤状に切断した。これにジメトキシメタン1400ml、四塩化スズ20mlを加え、氷冷下クロロ硫酸560mlを滴下した。滴下終了後、昇温して35℃、5時間反応させ、クロロメチル基を導入した。反応終了後、母液をサイフォンで抜き出し、THF/水=2/1の混合溶媒で洗浄した後、更にTHFで洗浄した。このクロロメチル化モノリスにTHF1000mlとトリメチルアミン30%水溶液600mlを加え、60℃、6時間反応させた。反応終了後、生成物をメタノール/水混合溶媒で洗浄し、次いで純水で洗浄して、第1のモノリスアニオン交換体Bを得た。
(Production of first monolith anion exchanger B)
The first monolith B manufactured by the above method was cut into a disk shape having an outer diameter of 70 mm and a thickness of about 15 mm. To this, 1400 ml of dimethoxymethane and 20 ml of tin tetrachloride were added, and 560 ml of chlorosulfuric acid was added dropwise under ice cooling. After completion of the dropwise addition, the temperature was raised and reacted at 35 ° C. for 5 hours to introduce a chloromethyl group. After completion of the reaction, the mother liquor was extracted with a siphon, washed with a mixed solvent of THF / water = 2/1, and further washed with THF. To this chloromethylated monolith, 1000 ml of THF and 600 ml of a 30% trimethylamine aqueous solution were added and reacted at 60 ° C. for 6 hours. After completion of the reaction, the product was washed with a methanol / water mixed solvent and then washed with pure water to obtain a first monolith anion exchanger B.
得られた第1のモノリスアニオン交換体Bの反応前後の膨潤率は1.5倍であり、乾燥状態における重量当りのアニオン交換容量は、4.3mg当量/gであり、開口(メソポア)の乾燥状態での平均直径は、43μmであり、乾燥状態での全細孔容積は、13ml/gであった。水湿潤状態でのモノリスアニオン交換体の開口の平均直径を、モノリスの値と水湿潤状態のモノリスアニオン交換体の膨潤率から見積もったところ44μmであり、全細孔容積は、8.6ml/gであった。また、水を透過させた際の圧力損失の指標である差圧係数は、0.014MPa/m・LVであり、実用上要求される圧力損失と比較して、それを下回る低い圧力損失であった。 The swelling ratio before and after the reaction of the obtained first monolith anion exchanger B was 1.5 times, the anion exchange capacity per weight in the dry state was 4.3 mg equivalent / g, and the opening (mesopore) The average diameter in the dry state was 43 μm, and the total pore volume in the dry state was 13 ml / g. The average diameter of the opening of the monolith anion exchanger in the water wet state was estimated from the value of the monolith and the swelling ratio of the monolith anion exchanger in the water wet state to be 44 μm, and the total pore volume was 8.6 ml / g. Met. The differential pressure coefficient, which is an index of pressure loss when water is permeated, is 0.014 MPa / m · LV, which is a lower pressure loss than that required for practical use. It was.
次に、第1のモノリスアニオン交換体B中の四級アンモニウム基の分布状態を確認するため、モノリスアニオン交換体を塩酸水溶液で処理して塩化物型とした後、EPMAにより塩化物イオンの分布状態を観察した。その結果、塩化物イオンは第1のモノリスアニオン交換体Bの骨格表面のみならず、骨格内部にも均一に分布しており、四級アンモニウム基がモノリスアニオン交換体中に均一に導入されていることが確認できた。 Next, in order to confirm the distribution state of the quaternary ammonium group in the first monolith anion exchanger B, the monolith anion exchanger is treated with a hydrochloric acid aqueous solution to form a chloride form, and then the distribution of chloride ions by EPMA is performed. The condition was observed. As a result, chloride ions are uniformly distributed not only on the skeleton surface of the first monolith anion exchanger B but also inside the skeleton, and quaternary ammonium groups are uniformly introduced into the monolith anion exchanger. I was able to confirm.
(白金族金属担持触媒3の調製)
第4のモノリスアニオン交換体Aに代えて、第1のモノリスアニオン交換体Bとすること以外は、実施例1と同様の方法で行い、白金族金属担持触媒3を得た。白金族金属担持触媒3に担持されているパラジウム粒子の平均粒子径は4.5nmであり、均一度数は2であった。また、白金族金属担持触媒3のパラジウム粒子の担持量は、乾燥状態で2.1重量%であった。
(Preparation of platinum group metal supported catalyst 3)
A platinum group metal supported catalyst 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the first monolith anion exchanger B was used instead of the fourth monolith anion exchanger A. The average particle diameter of the palladium particles supported on the platinum group metal supported catalyst 3 was 4.5 nm, and the degree of uniformity was 2. The supported amount of palladium particles of the platinum group metal supported catalyst 3 was 2.1% by weight in a dry state.
(実施例4)
<白金族金属担持触媒4の製造>
(第2のモノリスCの製造)
ビニルベンジルクロライド38.8g、ジビニルベンゼン1.2g、1−ブタノール60gおよび2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.4gを混合し、均一に溶解させた。ビニルベンジルクロライドとジビニルベンゼンの合計量に対して、ジビニルベンゼンは2.8モル%であった。次に当該ビニルベンジルクロライド/ジビニルベンゼン/1-ブタノール/2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)混合物をポリエチレン製円筒容器に入れ、窒素で3回パージした後密封し、静置下60℃で24時間重合させた。重合終了後、厚さ約30mmのモノリス状の内容物を取り出し、アセトンで10時間ソックスレー抽出し、未反応モノマー、1-ブタノールを除去した後、85℃で一夜減圧乾燥し、第2のモノリスCを得た。得られた円筒型の第2のモノリスCの直径は76mmであった。
Example 4
<Production of platinum group metal supported catalyst 4>
(Production of second monolith C)
38.8 g of vinylbenzyl chloride, 1.2 g of divinylbenzene, 60 g of 1-butanol and 0.4 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) were mixed and dissolved uniformly. Divinylbenzene was 2.8 mol% with respect to the total amount of vinylbenzyl chloride and divinylbenzene. Next, the vinylbenzyl chloride / divinylbenzene / 1-butanol / 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) mixture was put into a polyethylene cylindrical container, purged with nitrogen three times, sealed, and allowed to stand. The polymerization was carried out at 60 ° C. for 24 hours. After completion of the polymerization, the monolith-like contents having a thickness of about 30 mm were taken out, subjected to Soxhlet extraction with acetone for 10 hours to remove unreacted monomers and 1-butanol, and then dried under reduced pressure at 85 ° C. overnight to obtain the second monolith C. Got. The diameter of the obtained cylindrical second monolith C was 76 mm.
このようにして得られたビニルベンジルクロライド/ジビニルベンゼン共重合体よりなる架橋成分を2.8モル%含有した第2のモノリスCの内部構造を、SEMにより観察した結果を図2に示す。図2から明らかなように、第2のモノリスCは乾燥状態で平均直径が約15μmの架橋ポリビニルベンジルクロライド粒子が凝集して三次元的に連続した骨格部分を形成していることがわかる。また、水銀圧入法により測定した第2のモノリスCの細孔分布曲線の乾燥状態での極大値(空孔の平均直径)は、60μmであった。また、第2のモノリスCの乾燥状態での全細孔容積は、1.4ml/gであった。
また、乾燥状態の第2のモノリスCを水で湿潤させたときの変化(膨張率)は、1.2倍であり、この膨張率から見積もった、第2のモノリスCの水湿潤状態での有機ポリマー粒子の平均直径は18μmであり、水湿潤状態での空孔の平均直径は72μmであった。
FIG. 2 shows the result of observation by SEM of the internal structure of the second monolith C containing 2.8 mol% of the cross-linking component made of the vinylbenzyl chloride / divinylbenzene copolymer thus obtained. As is apparent from FIG. 2, it can be seen that in the second monolith C, crosslinked polyvinylbenzyl chloride particles having an average diameter of about 15 μm aggregate in a dry state to form a three-dimensional continuous skeleton portion. The maximum value (average diameter of pores) in the dry state of the pore distribution curve of the second monolith C measured by the mercury intrusion method was 60 μm. Further, the total pore volume in the dry state of the second monolith C was 1.4 ml / g.
Moreover, the change (expansion rate) when the second monolith C in the dry state is wetted with water is 1.2 times, and the second monolith C in the water wet state estimated from this expansion rate is obtained. The average diameter of the organic polymer particles was 18 μm, and the average diameter of the pores in a water-wet state was 72 μm.
(第2のモノリスアニオン交換体Cの製造)
上記の方法で製造した第2のモノリスCを、厚み約15mmの円盤状に切断した。これにテトラヒドロフラン1500mlを加え、40℃で1時間加熱した後、10℃以下まで冷却し、トリメチルアミン30%水溶液140gを徐々に加え、昇温して40℃で24時間反応させた。反応終了後、生成物を取り出し、メタノール、純水の順で洗浄し、第2モノリスアニオン交換体Cを得た。得られた第2のモノリスアニオン交換体Cの直径は111mm、体積当りのアニオン交換容量は、水湿潤状態で0.65mg当量/mlであった。水湿潤状態のモノリスアニオン交換体の空孔の平均直径を、乾燥状態のモノリスの空孔の平均直径とアニオン交換基導入前後の変化(膨潤率:1.5倍)から見積もったところ、88μmであり、水湿潤状態のモノリスアニオン交換体の有機ポリマー粒子の平均直径を、乾燥状態のモノリスの有機ポリマー粒子の平均直径とアニオン交換基導入前後の変化(膨潤率)から見積もったところ、23μmであった。また、乾燥状態での全細孔容積は1.4ml/gであった。また、水を透過させた際の圧力損失の指標である差圧係数は、0.010MPa/m・LVであり、実用上要求される圧力損失と比較して、それを下回る低い圧力損失であった。
(Production of second monolith anion exchanger C)
The second monolith C produced by the above method was cut into a disk shape having a thickness of about 15 mm. To this was added 1500 ml of tetrahydrofuran, heated at 40 ° C. for 1 hour, then cooled to 10 ° C. or less, 140 g of a 30% trimethylamine aqueous solution was gradually added, and the temperature was raised and reacted at 40 ° C. for 24 hours. After completion of the reaction, the product was taken out and washed with methanol and pure water in this order to obtain a second monolith anion exchanger C. The obtained second monolith anion exchanger C had a diameter of 111 mm and an anion exchange capacity per volume of 0.65 mg equivalent / ml in a water-wet state. The average diameter of the pores of the monolith anion exchanger in the water wet state was estimated from the average diameter of the pores of the monolith in the dry state and the change before and after the introduction of the anion exchange group (swelling ratio: 1.5 times). Yes, the average diameter of the organic polymer particles of the monolith anion exchanger in the water wet state was estimated from the average diameter of the organic polymer particles of the monolith in the dry state and the change (swelling ratio) before and after the introduction of the anion exchange group, and was 23 μm. It was. Further, the total pore volume in the dry state was 1.4 ml / g. In addition, the differential pressure coefficient, which is an index of pressure loss when water is permeated, is 0.010 MPa / m · LV, which is a low pressure loss lower than that required for practical use. It was.
次に、第2モノリスアニオン交換体C中の四級アンモニウム基の分布状態を確認するため、EPMAにより塩化物イオンの分布状態を観察したところ、四級アンモニウム基がモノリスアニオン交換体表面に均一に導入されていることがわかった。また、塩化物イオンのモノリスアニオン交換体の断面(厚み)方向における分布状態をEPMAにより観察したところ、断面方向においても、四級アンモニウム基が均一に導入されていることがわかった。このことから、得られた第2のモノリスアニオン交換体Cには、四級アンモニウム基が多孔質体の表面と骨格内部に均一に導入されていることがわかった。 Next, in order to confirm the distribution state of the quaternary ammonium groups in the second monolith anion exchanger C, the distribution state of chloride ions was observed by EPMA. As a result, the quaternary ammonium groups were uniformly distributed on the surface of the monolith anion exchanger. It was found that it was introduced. Moreover, when the distribution state in the cross-section (thickness) direction of the monolith anion exchanger of chloride ions was observed by EPMA, it was found that quaternary ammonium groups were uniformly introduced also in the cross-sectional direction. From this, it was found that in the obtained second monolith anion exchanger C, quaternary ammonium groups were uniformly introduced into the surface of the porous body and inside the skeleton.
(白金族金属担持触媒4の調製)
第4のモノリスアニオン交換体Aに代えて、第2のモノリスアニオン交換体Cとすること以外は、実施例1と同様の方法で行い、白金族金属担持触媒4を得た。白金族金属担持触媒4に担持されているパラジウム粒子の平均粒子径は4.2nmであり、均一度数は2であった。また、白金族金属担持触媒4のパラジウム粒子の担持量は、乾燥状態で1.8重量%であった。
(Preparation of platinum group metal supported catalyst 4)
A platinum group metal supported catalyst 4 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the second monolith anion exchanger C was used instead of the fourth monolith anion exchanger A. The average particle diameter of the palladium particles supported on the platinum group metal supported catalyst 4 was 4.2 nm, and the degree of uniformity was 2. The supported amount of palladium particles of the platinum group metal supported catalyst 4 was 1.8% by weight in a dry state.
(実施例5)
<白金族金属担持触媒5の製造>
(I工程;モノリス中間体(3)の製造)
スチレン19.9g、ジビニルベンゼン0.4g、ソルビタンモノオレエート(以下SMOと略す)1.0gおよび2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)0.26gを混合し、均一に溶解させた。次に、当該スチレン/ジビニルベンゼン/SMO/2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)混合物をTHF1.8mlを含有する180gの純水に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー(イーエムイー社製)を用いて5〜20℃の温度範囲において減圧下撹拌して、油中水滴型エマルションを得た。このエマルションを反応容器に速やかに移し、密封後静置下で60℃、24時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、イソプロパノールで抽出した後、減圧乾燥して、連続マクロポア構造を有するモノリス中間体(3)Dを製造した。水銀圧入法により測定した該モノリス中間体(3)Dのマクロポアとマクロポアが重なる部分の開口(メソポア)の乾燥状態での平均直径は56μm、乾燥状態での全細孔容積は7.5ml/gであった。
(Example 5)
<Production of platinum group metal supported catalyst 5>
(Step I; production of monolith intermediate (3))
19.9 g of styrene, 0.4 g of divinylbenzene, 1.0 g of sorbitan monooleate (hereinafter abbreviated as SMO) and 0.26 g of 2,2′-azobis (isobutyronitrile) were mixed and dissolved uniformly. Next, the styrene / divinylbenzene / SMO / 2,2′-azobis (isobutyronitrile) mixture is added to 180 g of pure water containing 1.8 ml of THF, and a vacuum stirring defoaming mixer which is a planetary stirring device. (EM Co., Ltd.) was used and stirred under reduced pressure in a temperature range of 5 to 20 ° C. to obtain a water-in-oil emulsion. The emulsion was immediately transferred to a reaction vessel, and after sealing, it was allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours. After completion of the polymerization, the content was taken out, extracted with isopropanol, and then dried under reduced pressure to produce monolith intermediate (3) D having a continuous macropore structure. The average diameter in the dry state of the opening (mesopore) where the macropores and macropores of the monolith intermediate (3) D measured by the mercury intrusion method are 56 μm, and the total pore volume in the dry state is 7.5 ml / g. Met.
(第3のモノリスDの製造)
次いで、スチレン49.0g、ジビニルベンゼン1.0g、1-デカノール50g、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.5gを混合し、均一に溶解させた(II工程)。次に上記モノリス中間体(3)Dを外径70mm、厚さ約20mmの円盤状に切断して、7.6g分取した。分取したモノリス中間体を内径90mmの反応容器に入れ、当該スチレン/ジビニルベンゼン/1-デカノール/2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)混合物に浸漬させ、減圧チャンバー中で脱泡した後、反応容器を密封し、静置下60℃で24時間重合させた。重合終了後、厚さ約30mmのモノリス状の内容物を取り出し、アセトンでソックスレー抽出した後、85℃で一夜減圧乾燥し、第3のモノリスDを得た(III工程)。
(Production of third monolith D)
Next, 49.0 g of styrene, 1.0 g of divinylbenzene, 50 g of 1-decanol, and 0.5 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) were mixed and dissolved uniformly (step II). Next, the monolith intermediate (3) D was cut into a disk shape having an outer diameter of 70 mm and a thickness of about 20 mm, and 7.6 g was collected. The separated monolith intermediate is put in a reaction vessel having an inner diameter of 90 mm, immersed in the styrene / divinylbenzene / 1-decanol / 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) mixture, and removed in a vacuum chamber. After bubbling, the reaction vessel was sealed and allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours. After completion of the polymerization, the monolith-like contents having a thickness of about 30 mm were taken out, subjected to Soxhlet extraction with acetone, and then dried under reduced pressure at 85 ° C. overnight to obtain a third monolith D (step III).
このようにして得られたスチレン/ジビニルベンゼン共重合体よりなる架橋成分を1.3モル%含有した第3のモノリスD(乾燥体)の内部構造を、SEMにより観察した結果を図3に示す。図3のSEM画像は、モノリスを任意の位置で切断して得た切断面の任意の位置における画像である。図3から明らかなように、当該モノリスは連続マクロポア構造を有しており、連続マクロポア構造体を構成する骨格が太く、また、骨格を構成する壁部の厚みが厚いものであった。 FIG. 3 shows the result of observing the internal structure of the third monolith D (dry body) containing 1.3 mol% of the cross-linking component made of the styrene / divinylbenzene copolymer by SEM. . The SEM image in FIG. 3 is an image at an arbitrary position on the cut surface obtained by cutting the monolith at an arbitrary position. As is clear from FIG. 3, the monolith has a continuous macropore structure, the skeleton constituting the continuous macropore structure is thick, and the wall portions constituting the skeleton are thick.
次ぎに、得られた第3のモノリスDを主観を排除して上記位置とは異なる位置で切断して得たSEM画像2点、計3点から壁部の厚みと断面に表れる骨格部面積を測定した。壁部の厚みは1つのSEM写真から得た8点の平均であり、骨格部面積は画像解析により求めた。なお、壁部は前述の定義のものである。また、骨格部面積は3つのSEM画像の平均で示した。この結果、乾燥状態での壁部の平均厚みは30μm、断面で表れる骨格部面積はSEM画像中28%であった。また、水銀圧入法により測定した第3のモノリスDの開口の乾燥状態での平均直径は31μm、乾燥状態での全細孔容積は2.2ml/gであった。
また、乾燥状態の第3のモノリスDを水で湿潤させたときの変化(膨張率)は、1.3倍であり、この膨張率から見積もった、第3のモノリスCの水湿潤状態での開口の平均直径は40μmであった。
Next, the SEM image obtained by cutting the obtained third monolith D at a position different from the above position excluding subjectivity, the thickness of the wall part and the skeleton part area appearing in the cross section from a total of three points. It was measured. The wall thickness was an average of 8 points obtained from one SEM photograph, and the skeleton area was determined by image analysis. The wall portion has the above definition. Moreover, the skeleton part area was shown by the average of three SEM images. As a result, the average thickness of the wall portion in the dry state was 30 μm, and the skeleton area represented by the cross section was 28% in the SEM image. Moreover, the average diameter in the dry state of the opening of the third monolith D measured by the mercury intrusion method was 31 μm, and the total pore volume in the dry state was 2.2 ml / g.
In addition, the change (expansion rate) when the third monolith D in the dry state is wetted with water is 1.3 times, and the third monolith C in the water wet state estimated from this expansion rate is obtained. The average diameter of the openings was 40 μm.
(第3のモノリスアニオン交換体Dの製造)
上記の方法で製造した第3のモノリスDを、外径70mm、厚み約15mmの円盤状に切断した。これにジメトキシメタン1400ml、四塩化スズ20mlを加え、氷冷下クロロ硫酸560mlを滴下した。滴下終了後、昇温して35℃、5時間反応させ、クロロメチル基を導入した。反応終了後、母液をサイフォンで抜き出し、THF/水=2/1の混合溶媒で洗浄した後、更にTHFで洗浄した。このクロロメチル化モノリスにTHF1000mlとトリメチルアミン30%水溶液600mlを加え、60℃、6時間反応させた。反応終了後、生成物をメタノール/水混合溶媒で洗浄し、次いで純水で洗浄して、第3のモノリスアニオン交換体Dを得た。
(Production of third monolith anion exchanger D)
The third monolith D produced by the above method was cut into a disk shape having an outer diameter of 70 mm and a thickness of about 15 mm. To this, 1400 ml of dimethoxymethane and 20 ml of tin tetrachloride were added, and 560 ml of chlorosulfuric acid was added dropwise under ice cooling. After completion of the dropwise addition, the temperature was raised and reacted at 35 ° C. for 5 hours to introduce a chloromethyl group. After completion of the reaction, the mother liquor was extracted with a siphon, washed with a mixed solvent of THF / water = 2/1, and further washed with THF. To this chloromethylated monolith, 1000 ml of THF and 600 ml of a 30% trimethylamine aqueous solution were added and reacted at 60 ° C. for 6 hours. After completion of the reaction, the product was washed with a methanol / water mixed solvent and then washed with pure water to obtain a third monolith anion exchanger D.
得られた第3モノリスアニオン交換体Dのアニオン交換基導入前後の膨潤率は1.7倍であり、体積当りのアニオン交換容量は、水湿潤状態で0.60mg当量/mlであった。水湿潤状態でのモノリスアニオン交換体の開口の平均直径を、モノリスの値と水湿潤状態のモノリスアニオン交換体の膨潤率から見積もったところ54μmであった。また、モノリスと同様の方法で求めた第3モノリスアニオン交換体D(乾燥体)の骨格を構成する壁部の平均厚みは50μm、骨格部面積はSEM写真の写真領域中28%、乾燥状態での全細孔容積は、2.2ml/gであった。また、水を透過させた際の圧力損失の指標である差圧係数は、0.017MPa/m・LVであり、実用上要求される圧力損失と比較して、それを下回る低い圧力損失であった。 The resulting third monolith anion exchanger D had a swelling ratio of 1.7 times before and after the introduction of anion exchange groups, and the anion exchange capacity per volume was 0.60 mg equivalent / ml in a wet state. The average diameter of the opening of the monolith anion exchanger in the water wet state was estimated to be 54 μm from the value of the monolith and the swelling ratio of the monolith anion exchanger in the water wet state. Further, the average thickness of the wall part constituting the skeleton of the third monolith anion exchanger D (dried body) obtained by the same method as that of the monolith was 50 μm, the skeleton part area was 28% in the photographic region of the SEM photograph, and in the dry state. The total pore volume of was 2.2 ml / g. The differential pressure coefficient, which is an index of pressure loss when water is permeated, is 0.017 MPa / m · LV, which is a lower pressure loss than that required for practical use. It was.
次に、第3のモノリスアニオン交換体D中の四級アンモニウム基の分布状態を確認するため、モノリスアニオン交換体を塩酸水溶液で処理して塩化物型とした後、EPMAにより骨格表面及び骨格断面の塩化物イオンの分布状態を、観察したところ、塩化物イオンはモノリスアニオン交換体の骨格表面のみならず、骨格内部にも均一に分布しており、四級アンモニウム基がモノリスアニオン交換体中に均一に導入されていることが確認できた。 Next, in order to confirm the distribution state of the quaternary ammonium groups in the third monolith anion exchanger D, the monolith anion exchanger is treated with an aqueous hydrochloric acid solution to form a chloride form, and then the skeleton surface and the skeleton cross section by EPMA. As a result of observation of the distribution state of chloride ions, chloride ions are distributed uniformly not only on the skeleton surface of the monolith anion exchanger but also inside the skeleton, and quaternary ammonium groups are present in the monolith anion exchanger. It was confirmed that it was introduced uniformly.
(白金族金属担持触媒5の調製)
第4のモノリスアニオン交換体Aに代えて、第3のモノリスアニオン交換体Dとすること以外は、実施例1と同様の方法で行い、白金族金属担持触媒5を得た。白金族金属担持触媒5に担持されているパラジウム粒子の平均粒子径は4.5nmであり、均一度数は2であった。また、白金族金属担持触媒5のパラジウム粒子の担持量は、乾燥状態で1.9重量%であった。
(Preparation of platinum group metal supported catalyst 5)
A platinum group metal-supported catalyst 5 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the third monolith anion exchanger D was used instead of the fourth monolith anion exchanger A. The average particle diameter of the palladium particles supported on the platinum group metal supported catalyst 5 was 4.5 nm, and the degree of uniformity was 2. The supported amount of palladium particles of the platinum group metal supported catalyst 5 was 1.9% by weight in a dry state.
(実施例6)
<白金族金属担持触媒6の製造>
(I工程;モノリス中間体(5−1)の製造)
スチレン19.85g、ジビニルベンゼン0.40g、ソルビタンモノオレエート(以下SMOと略す)1.07gおよび2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)0.26gを混合し、均一に溶解させた。次に、当該スチレン/ジビニルベンゼン/SMO/2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)混合物を、THF1.8mlと180mlの純水よりなる混合液に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー(イーエムイー社製)を用いて5〜20℃の温度範囲において減圧下撹拌して、油中水滴型エマルションを得た。このエマルションを速やかに反応容器に移し、密封後静置下で60℃、24時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、メタノールで抽出した後、減圧乾燥して、連続マクロポア構造を有する架橋密度1.3モル%のモノリス中間体(5−1)Eを製造した。水銀圧入法により測定した該モノリス中間体(5−1)Eのマクロポアとマクロポアが重なる部分の開口(メソポア)の乾燥状態での平均直径は56μm、乾燥状態での全細孔容積は7.5ml/gであった。
(Example 6)
<Production of platinum group metal supported catalyst 6>
(Step I; production of monolith intermediate (5-1))
19.85 g of styrene, 0.40 g of divinylbenzene, 1.07 g of sorbitan monooleate (hereinafter abbreviated as SMO) and 0.26 g of 2,2′-azobis (isobutyronitrile) were mixed and dissolved uniformly. Next, the styrene / divinylbenzene / SMO / 2,2′-azobis (isobutyronitrile) mixture is added to a mixed solution composed of 1.8 ml of THF and 180 ml of pure water, and vacuum stirring which is a planetary stirring device. The mixture was stirred under reduced pressure in a temperature range of 5 to 20 ° C. using a defoaming mixer (manufactured by EM Corporation) to obtain a water-in-oil emulsion. This emulsion was quickly transferred to a reaction vessel and allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours in a static state after sealing. After completion of the polymerization, the content was taken out, extracted with methanol, and then dried under reduced pressure to produce a monolith intermediate (5-1) E having a continuous macropore structure and a crosslinking density of 1.3 mol%. The average diameter in the dry state of the opening (mesopore) where the macropores overlap with the macropores of the monolith intermediate (5-1) E measured by the mercury intrusion method is 56 μm, and the total pore volume in the dry state is 7.5 ml. / g.
(第5−1のモノリスEの製造)
次いで、スチレン58.8g、ジビニルベンゼン1.2g、1-デカノール150g、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.5gを混合し、均一に溶解させた(II工程)。次に上記モノリス中間体(5−1)Eを直径70mm、厚さ約30mmの円盤状に切断して8.1gを分取した。分取したモノリス中間体(5−1)を内径89mmの反応容器に入れ、当該スチレン/ジビニルベンゼン/1-デカノール/2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)混合物に浸漬させ、減圧チャンバー中で脱泡した後、反応容器を密封し、静置下60℃で24時間重合させた。重合終了後、厚さ約60mmのモノリス状の内容物を取り出し、アセトンでソックスレー抽出した後、85℃で一夜減圧乾燥し、第5−1のモノリスEを得た(III工程)。
(Manufacture of 5-1 Monolith E)
Next, 58.8 g of styrene, 1.2 g of divinylbenzene, 150 g of 1-decanol, and 0.5 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) were mixed and dissolved uniformly (step II). Next, the monolith intermediate (5-1) E was cut into a disk shape having a diameter of 70 mm and a thickness of about 30 mm to obtain 8.1 g. The separated monolith intermediate (5-1) is placed in a reaction vessel having an inner diameter of 89 mm and immersed in the styrene / divinylbenzene / 1-decanol / 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) mixture. After defoaming in a vacuum chamber, the reaction vessel was sealed and allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours. After completion of the polymerization, the monolith-like contents having a thickness of about 60 mm were taken out, subjected to Soxhlet extraction with acetone, and then dried under reduced pressure at 85 ° C. overnight to obtain 5-1 monolith E (step III).
このようにして得られたスチレン/ジビニルベンゼン共重合体よりなる架橋成分を1.3モル%含有した第5−1のモノリスE(乾燥体)の内部構造を、SEMにより観察した結果を図9に示す。当該第5−1のモノリスEは連続マクロポア構造を有しており、連続マクロポア構造体を構成する骨格相の表面は、平均粒子径3μmの粒子体で被覆され、粒子被覆率は70%であった。また、粒径3〜5μmの粒子体が全体の粒子体に占める割合は90%であった。また、水銀圧入法により測定した当該第5−1のモノリスEの開口の乾燥状態での平均直径は27μm、乾燥状態での全細孔容積は3.1ml/gであった。
また、乾燥状態の第5−1のモノリスEを水で湿潤させたときの変化(膨張率)は、1.2倍であり、この膨張率から見積もった、第5−1のモノリスEの水湿潤状態での開口の平均直径は32μmであり、骨格相の表面を被覆する粒子体の平均粒子径は4μmであった。
FIG. 9 shows the result of observing the internal structure of the 5-1 monolith E (dry body) containing 1.3 mol% of the cross-linking component composed of the styrene / divinylbenzene copolymer obtained by SEM as described above. Shown in The 5-1 monolith E has a continuous macropore structure, and the surface of the skeleton phase constituting the continuous macropore structure is coated with particles having an average particle diameter of 3 μm, and the particle coverage is 70%. It was. Moreover, the ratio for which the particle body with a particle size of 3-5 micrometers occupied to the whole particle body was 90%. Moreover, the average diameter in the dry state of the opening of the 5-1 monolith E measured by the mercury intrusion method was 27 μm, and the total pore volume in the dry state was 3.1 ml / g.
The change (expansion rate) when the 5-1 monolith E in the dry state was wetted with water was 1.2 times, and the water of the 5-1 monolith E estimated from this expansion rate The average diameter of the openings in the wet state was 32 μm, and the average particle diameter of the particles covering the surface of the skeleton phase was 4 μm.
(第5−1のモノリスアニオン交換体Eの製造)
上記の方法で製造した第5−1のモノリスEを、直径70mm、厚み約15mmの円盤状に切断した。これにジメトキシメタン1400ml、四塩化スズ20mlを加え、氷冷下クロロ硫酸560mlを滴下した。滴下終了後、昇温して35℃で5時間反応させ、クロロメチル基を導入した。反応終了後、母液をサイフォンで抜き出し、THF/水=2/1の混合溶媒で洗浄した後、更にTHFで洗浄した。このクロロメチル化モノリスにTHF1000mlとトリメチルアミン30%水溶液600mlを加え、60℃、6時間反応させた。反応終了後、生成物をメタノール/水混合溶媒で洗浄し、次いで純水で洗浄して、第5−1のモノリスアニオン交換体Eを単離した。
(Production of 5-1 Monolith Anion Exchanger E)
The 5-1 monolith E produced by the above method was cut into a disk shape having a diameter of 70 mm and a thickness of about 15 mm. To this, 1400 ml of dimethoxymethane and 20 ml of tin tetrachloride were added, and 560 ml of chlorosulfuric acid was added dropwise under ice cooling. After completion of the dropping, the temperature was raised and the reaction was carried out at 35 ° C. for 5 hours to introduce a chloromethyl group. After completion of the reaction, the mother liquor was extracted with a siphon, washed with a mixed solvent of THF / water = 2/1, and further washed with THF. To this chloromethylated monolith, 1000 ml of THF and 600 ml of a 30% trimethylamine aqueous solution were added and reacted at 60 ° C. for 6 hours. After completion of the reaction, the product was washed with a methanol / water mixed solvent and then with pure water to isolate the 5-1 monolith anion exchanger E.
得られた第5−1のモノリスアニオン交換体Eのアニオン交換基導入前後の膨潤率は1.7倍であり、体積当りのアニオン交換容量は水湿潤状態で0.40mg当量/mlであった。水湿潤状態での第5−1のモノリスアニオン交換体Eの開口の平均直径を、第5−1のモノリスEの値とアニオン交換基導入前後の第5−1のモノリスアニオン交換体Eの膨潤率から見積もったところ46μmであり、同様の方法で求めた被覆粒子の平均粒径は5μmであった。なお、全粒子体等による骨格表面の粒子被覆率は70%であり、また、粒径5〜8μmの粒子体が全体の粒子体に占める割合は90%であった。また、第5−1のモノリスアニオン交換体Eの乾燥状態での全細孔容積は3.1ml/gであった。 The swelling ratio before and after introduction of the anion exchange group of the obtained 5-1 monolith anion exchanger E was 1.7 times, and the anion exchange capacity per volume was 0.40 mg equivalent / ml in a wet state with water. . The average diameter of the opening of the 5-1 monolith anion exchanger E in the wet state of water is the value of the 5-1 monolith E and the swelling of the 5-1 monolith anion exchanger E before and after the introduction of the anion exchange group When estimated from the rate, it was 46 μm, and the average particle diameter of the coated particles determined by the same method was 5 μm. In addition, the particle | grain coverage of the skeleton surface by all the particle bodies etc. was 70%, and the ratio for which the particle body of a particle size of 5-8 micrometers occupied in the whole particle body was 90%. The total pore volume in the dry state of the 5-1 monolith anion exchanger E was 3.1 ml / g.
また、水を透過させた際の圧力損失の指標である差圧係数は、0.012MPa/m・LVであり、実用上支障のない低い圧力損失であった。 The differential pressure coefficient, which is an index of pressure loss when water is permeated, is 0.012 MPa / m · LV, which is a low pressure loss that does not cause any practical problems.
次に、第5−1のモノリスアニオン交換体E中の四級アンモニウム基の分布状態を確認するため、第5−1のモノリスアニオン交換体Eを塩酸水溶液で処理して塩化物形とした後、EPMAにより骨格表面及び骨格断面の塩化物アニオンの分布状態を観察したところ、塩化物アニオンはモノリスアニオン交換体の骨格表面のみならず、骨格内部にも均一に分布しており、四級アンモニウム基が第5−1のモノリスアニオン交換体E中に均一に導入されていることが確認できた。 Next, in order to confirm the distribution state of the quaternary ammonium group in the 5-1 monolith anion exchanger E, the 5-1 monolith anion exchanger E was treated with an aqueous hydrochloric acid solution to form a chloride form. The distribution of chloride anions on the skeleton surface and skeleton cross section was observed by EPMA. Chloride anions were uniformly distributed not only in the skeleton surface of the monolith anion exchanger but also in the skeleton. Was uniformly introduced into the 5-1 monolith anion exchanger E.
(白金族金属担持触媒6の調製)
第4のモノリスアニオン交換体Aに代えて、第5−1のモノリスアニオン交換体Eとすること以外は、実施例1と同様の方法で行い、白金族金属担持触媒6を得た。白金族金属担持触媒6に担持されているパラジウム粒子の平均粒子径は4.2nmであり、均一度数は2であった。また、白金族金属担持触媒6のパラジウム粒子の担持量は、乾燥状態で2.1重量%であった。
(Preparation of platinum group metal supported catalyst 6)
A platinum group metal-supported catalyst 6 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the 5-1 monolith anion exchanger E was used instead of the fourth monolith anion exchanger A. The average particle diameter of the palladium particles supported on the platinum group metal-supported catalyst 6 was 4.2 nm, and the uniformity number was 2. The supported amount of palladium particles of the platinum group metal supported catalyst 6 was 2.1% by weight in a dry state.
(実施例7)
<白金族金属担持触媒7の製造>
(I工程;モノリス中間体(5−2)の製造)
スチレン9.33g、ジビニルベンゼン0.14g、ソルビタンモノオレエート(以下SMOと略す)0.50gおよび2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)0.26gを混合し、均一に溶解させた。次に,当該スチレン/ジビニルベンゼン/SMO/2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)混合物を180gの純水に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー(イーエムイー社製)を用いて5〜20℃の温度範囲において減圧下撹拌して、油中水滴型エマルションを得た。このエマルションを反応容器に速やかに移し、密封後静置下で60℃、24時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、イソプロパノールで抽出した後、減圧乾燥して、連続マクロポア構造を有する架橋密度1.0モル%のモノリス中間体(5−2)Fを製造した。該モノリス中間体(5−2)Fのマクロポアとマクロポアが重なる部分の開口(メソポア)の乾燥状態での平均直径は28μm、乾燥状態での全細孔容積は17.2ml/gであった。
(Example 7)
<Manufacture of platinum group metal supported catalyst 7>
(Step I; production of monolith intermediate (5-2))
9.33 g of styrene, 0.14 g of divinylbenzene, 0.50 g of sorbitan monooleate (hereinafter abbreviated as SMO) and 0.26 g of 2,2′-azobis (isobutyronitrile) were mixed and dissolved uniformly. Next, the styrene / divinylbenzene / SMO / 2,2′-azobis (isobutyronitrile) mixture is added to 180 g of pure water, and a vacuum stirring defoaming mixer (manufactured by EM Corp.) which is a planetary stirring device. Was used under reduced pressure in a temperature range of 5 to 20 ° C. to obtain a water-in-oil emulsion. The emulsion was immediately transferred to a reaction vessel, and after sealing, it was allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours. After completion of the polymerization, the content was taken out, extracted with isopropanol, and then dried under reduced pressure to produce a monolith intermediate (5-2) F having a continuous macropore structure and a crosslink density of 1.0 mol%. The average diameter in the dry state of the opening (mesopore) where the macropores of the monolith intermediate (5-2) F overlap each other was 28 μm, and the total pore volume in the dry state was 17.2 ml / g.
(第5−2のモノリスFの製造)
ビニルベンジルクロライド39.4g、ジビニルベンゼン0.6g、1-ブタノール60g、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.4gを混合し、均一に溶解させた(II工程)。重合開始剤として用いた2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)の10時間半減温度は、51℃であった。モノリス中間体(5−2)Fの架橋密度1.0モル%に対して、II工程で用いたビニルベンジルクロライドとジビニルベンゼンの合計量に対するジビニルベンゼンの使用量は1.4モル%であった。次に上記モノリス中間体(5−2)Fを外径70mm、厚さ約20mmの円盤状に切断して、2.9g分取した。分取したモノリス中間体(5−2)Fを内径73mmの反応容器に入れ、当該スチレン/ジビニルベンゼン/1-ブタノール/2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)混合物に浸漬させ、減圧チャンバー中で脱泡した後、反応容器を密封し、静置下60℃で24時間重合させた。重合終了後、厚さ約30mmのモノリス状の内容物を取り出し、アセトンでソックスレー抽出した後、85℃で一夜減圧乾燥し、第5−2のモノリスFを得た(III工程)。
(Production of Monolith F of No. 5-2)
39.4 g of vinylbenzyl chloride, 0.6 g of divinylbenzene, 60 g of 1-butanol, and 0.4 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) were mixed and dissolved uniformly (step II). The 10-hour half-life temperature of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) used as the polymerization initiator was 51 ° C. The amount of divinylbenzene used relative to the total amount of vinylbenzyl chloride and divinylbenzene used in Step II was 1.4 mol%, relative to the crosslink density of 1.0 mol% of monolith intermediate (5-2) F. . Next, the monolith intermediate (5-2) F was cut into a disk shape having an outer diameter of 70 mm and a thickness of about 20 mm, and 2.9 g was obtained. The separated monolith intermediate (5-2) F is placed in a reaction vessel having an inner diameter of 73 mm and immersed in the styrene / divinylbenzene / 1-butanol / 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) mixture. After defoaming in a vacuum chamber, the reaction vessel was sealed and allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours. After completion of the polymerization, the monolith-like contents having a thickness of about 30 mm were taken out, subjected to Soxhlet extraction with acetone, and then dried under reduced pressure at 85 ° C. overnight to obtain No. 5-2 monolith F (step III).
このようにして得られたビニルベンジルクロライド/ジビニルベンゼン共重合体よりなる第5−2のモノリスF(乾燥体)の内部構造を、SEMにより観察したところ、第5−2のモノリスFは共連続構造を有しており、共連続構造体を構成する骨格相の表面は、平均粒子径10μmの粒子体で被覆され、全粒子体等による粒子被覆率は100%であった。また、粒径6〜12μmの粒子体が全体の粒子体に占める割合は80%であった。 The internal structure of the 5-2 monolith F (dried product) made of the vinylbenzyl chloride / divinylbenzene copolymer thus obtained was observed by SEM. The 5-2 monolith F was co-continuous. The surface of the skeletal phase that has a structure and constitutes the co-continuous structure was coated with particles having an average particle diameter of 10 μm, and the particle coverage by all particles was 100%. Moreover, the ratio for which the particle body with a particle size of 6-12 micrometers occupied to the whole particle body was 80%.
また、水銀圧入法により測定した第5−2のモノリスFの開口(空孔)の乾燥状態での平均直径は29μm、乾燥状態での全細孔容積は2.1ml/gであった。
また、乾燥状態の第5−2のモノリスFを水で湿潤させたときの変化(膨張率)は、1.2倍であり、この膨張率から見積もった、第5−2のモノリスFの水湿潤状態での開口(空孔)の平均直径は34μmであり、骨格相の表面を被覆する粒子体の平均粒子径は12μmであった。
Moreover, the average diameter in the dry state of the opening (hole) of the 5-2 monolith F measured by mercury porosimetry was 29 μm, and the total pore volume in the dry state was 2.1 ml / g.
The change (expansion coefficient) when the dried monolith F-2 is wet with water is 1.2 times, and the water of the 5-2 monolith F estimated from this expansion coefficient is 1.2 times. The average diameter of the openings (holes) in the wet state was 34 μm, and the average particle diameter of the particles covering the surface of the skeletal phase was 12 μm.
(第5−2のモノリスアニオン交換体Fの製造)
上記の方法で製造した第5−2のモノリスFを、外径70mm、厚み約15mmの円盤状に切断した。第5−2のモノリスFの重量は17.9gであった。これにテトラヒドロフラン1500mlを加え、40℃で1時間加熱した後、10℃以下まで冷却し、トリメチルアミン30%水溶液114.5gを徐々に加え、昇温して40℃で24時間反応させた。反応終了後、メタノールで洗浄してテトラヒドロフランを除き、更に純水で洗浄して第5−2のモノリスアニオン交換体Fを得た。
(Production of Monolith Anion Exchanger F of No. 5-2)
The 5-2 monolith F manufactured by the above method was cut into a disk shape having an outer diameter of 70 mm and a thickness of about 15 mm. The weight of the 5-2 monolith F was 17.9 g. To this was added 1500 ml of tetrahydrofuran, heated at 40 ° C. for 1 hour, cooled to 10 ° C. or lower, gradually added 114.5 g of a 30% trimethylamine aqueous solution, heated to react at 40 ° C. for 24 hours. After completion of the reaction, the mixture was washed with methanol to remove tetrahydrofuran, and further washed with pure water to obtain a 5-2 monolith anion exchanger F.
得られた第5−2のモノリスアニオン交換体Fのアニオン交換基導入前後の膨潤率は2.0倍であり、体積当りのアニオン交換容量は、水湿潤状態で0.32mg当量/mlであった。水湿潤状態での第5−2のモノリスアニオン交換体Fの連続細孔の平均直径を、第5−2のモノリスFの値とアニオン交換基導入前後の第5−2のモノリスアニオン交換体Fの膨潤率から見積もったところ58μmであり、同様の方法で求めた突起体の平均径は20μm、粒子被覆率は100%であった。また、第5−2のモノリスアニオン交換体Fの乾燥状態での全細孔容積は2.1ml/gであった。なお、水を透過させた際の圧力損失の指標である差圧係数は、0.041MPa/m・LVであり、実用上要求される圧力損失と比較して、それを下回る低い圧力損失であった。また、粒径12〜24μmの粒子体が全体の粒子体に占める割合は80%であった。 The swelling ratio of the obtained 5-2 monolith anion exchanger F before and after introduction of the anion exchange group was 2.0 times, and the anion exchange capacity per volume was 0.32 mg equivalent / ml in a wet state. It was. The average diameter of the continuous pores of the 5-2 monolith anion exchanger F in the water-wet state is the value of the 5-2 monolith F and the 5-2 monolith anion exchanger F before and after introduction of the anion exchange group. The average diameter of the protrusions determined by the same method was 20 μm and the particle coverage was 100%. The total pore volume in the dry state of the 5-2 monolith anion exchanger F was 2.1 ml / g. The differential pressure coefficient, which is an index of pressure loss when water is permeated, is 0.041 MPa / m · LV, which is a lower pressure loss than that required for practical use. It was. Moreover, the ratio for which the particle body with a particle size of 12-24 micrometers occupied to the whole particle body was 80%.
次に、第5−2のモノリスアニオン交換体F中の四級アンモニウム基の分布状態を確認するため、第5−2のモノリスアニオン交換体を塩酸水溶液で処理して塩化物形とした後、EPMAにより骨格表面及び骨格断面の塩化物アニオンの分布状態を観察したところ、塩化物アニオンは第5−2のモノリスアニオン交換体Fの骨格表面のみならず、骨格内部にも均一に分布しており、四級アンモニウム基が第5−2のモノリスアニオン交換体中に均一に導入されていることが確認できた。 Next, in order to confirm the distribution state of the quaternary ammonium group in the 5-2 monolith anion exchanger F, after treating the 5-2 monolith anion exchanger with an aqueous hydrochloric acid solution into a chloride form, When the distribution state of the chloride anion on the skeleton surface and the skeleton cross section was observed by EPMA, the chloride anion was uniformly distributed not only in the skeleton surface of the 5-2 monolith anion exchanger F but also in the skeleton. It was confirmed that quaternary ammonium groups were uniformly introduced into the 5-2 monolith anion exchanger.
(白金族金属担持触媒7の調製)
第4のモノリスアニオン交換体Aに代えて、第5−2のモノリスアニオン交換体Fとすること以外は、実施例1と同様の方法で行い、白金族金属担持触媒7を得た。白金族金属担持触媒7に担持されているパラジウム粒子の平均粒子径は4.1nmであり、均一度数は2であった。また、白金族金属担持触媒7のパラジウム粒子の担持量は、乾燥状態で2.0重量%であった。
(Preparation of platinum group metal supported catalyst 7)
A platinum group metal supported catalyst 7 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the 5-2 monolith anion exchanger F was used instead of the fourth monolith anion exchanger A. The average particle diameter of the palladium particles supported on the platinum group metal supported catalyst 7 was 4.1 nm, and the degree of uniformity was 2. The supported amount of palladium particles of the platinum group metal supported catalyst 7 was 2.0% by weight in a dry state.
(実施例8)
<白金族金属担持触媒8の製造>
(I工程;モノリス中間体(6)の製造)
スチレン19.9g、ジビニルベンゼン0.4g、ソルビタンモノオレエート(以下SMOと略す)1.1gおよび2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)0.26gを混合し、均一に溶解させた。次に、当該スチレン/ジビニルベンゼン/SMO/2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)混合物を、THF1.8mlと180mlの純水よりなる混合液に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー(イーエムイー社製)を用いて5〜20℃の温度範囲において減圧下撹拌して、油中水滴型エマルションを得た。このエマルションを速やかに反応容器に移し、密封後静置下で60℃、24時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、メタノールで抽出した後、減圧乾燥して、連続マクロポア構造を有する架橋密度1.3モル%のモノリス中間体(6)Gを製造した。水銀圧入法により測定した該モノリス中間体(6)Gのマクロポアとマクロポアが重なる部分の開口(メソポア)の乾燥状態での平均直径は56μm、乾燥状態での全細孔容積は7.5ml/gであった。
(Example 8)
<Manufacture of platinum group metal supported catalyst 8>
(Step I; production of monolith intermediate (6))
19.9 g of styrene, 0.4 g of divinylbenzene, 1.1 g of sorbitan monooleate (hereinafter abbreviated as SMO) and 0.26 g of 2,2′-azobis (isobutyronitrile) were mixed and dissolved uniformly. Next, the styrene / divinylbenzene / SMO / 2,2′-azobis (isobutyronitrile) mixture is added to a mixed solution composed of 1.8 ml of THF and 180 ml of pure water, and vacuum stirring which is a planetary stirring device. The mixture was stirred under reduced pressure in a temperature range of 5 to 20 ° C. using a defoaming mixer (manufactured by EM Corporation) to obtain a water-in-oil emulsion. This emulsion was quickly transferred to a reaction vessel and allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours in a static state after sealing. After completion of the polymerization, the content was taken out, extracted with methanol, and then dried under reduced pressure to produce a monolith intermediate (6) G having a continuous macropore structure and a crosslinking density of 1.3 mol%. The average diameter in the dry state of the opening (mesopore) of the portion where the macropores and macropores of the monolith intermediate (6) G measured by mercury porosimetry is 56 μm, and the total pore volume in the dry state is 7.5 ml / g. Met.
(第6のモノリスGの製造)
次いで、スチレン59.4g、ジビニルベンゼン0.6g、1-オクタノール50g、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.5gを混合し、均一に溶解させた(II工程)。次に上記モノリス中間体(6)Gを直径70mm、厚さ約30mmの円盤状に切断して7.7gを分取した。分取したモノリス中間体(6)Gを内径89mmの反応容器に入れ、当該スチレン/ジビニルベンゼン/1-オクタノール/2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)混合物に浸漬させ、減圧チャンバー中で脱泡した後、反応容器を密封し、静置下60℃で24時間重合させた。重合終了後、厚さ約60mmのモノリス状の内容物を取り出し、アセトンでソックスレー抽出した後、85℃で一夜減圧乾燥し、第6のモノリスGを得た(III工程)。
(Production of sixth monolith G)
Next, 59.4 g of styrene, 0.6 g of divinylbenzene, 50 g of 1-octanol, 0.5 g of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) were mixed and dissolved uniformly (step II). Next, the monolith intermediate (6) G was cut into a disk shape having a diameter of 70 mm and a thickness of about 30 mm to obtain 7.7 g. The separated monolith intermediate (6) G is put in a reaction vessel having an inner diameter of 89 mm, immersed in the styrene / divinylbenzene / 1-octanol / 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) mixture, and the pressure is reduced. After defoaming in the chamber, the reaction vessel was sealed and allowed to polymerize at 60 ° C. for 24 hours. After completion of the polymerization, the monolith-like contents having a thickness of about 60 mm were taken out, soxhlet extracted with acetone, and then dried under reduced pressure at 85 ° C. overnight to obtain a sixth monolith G (step III).
このようにして得られたスチレン/ジビニルベンゼン共重合体よりなる架橋成分を0.6モル%含有した第6のモノリスG(乾燥体)の内部構造を、SEMにより観察した結果を図11に示す。当該第6のモノリスGは連続マクロポア構造を有しており、連続マクロポア構造体を構成する骨格部にもハニカム状の多孔構造が導入されていた。水銀圧入法により測定した当該第6のモノリスGの開口の乾燥状態での平均直径は35μm、乾燥状態での全細孔容積は1.7ml/g、乾燥状態での比表面積は55.2m2/gであった。
また、乾燥状態の第6のモノリスGを水で湿潤させたときの変化(膨張率)は、1.3倍であり、この膨張率から見積もった、第6のモノリスGの水湿潤状態での開口の平均直径は46μmであった。
FIG. 11 shows the result of observing the internal structure of the sixth monolith G (dried product) containing 0.6 mol% of the crosslinking component made of the styrene / divinylbenzene copolymer obtained by SEM as described above. . The sixth monolith G has a continuous macropore structure, and a honeycomb-like porous structure was also introduced into the skeleton part constituting the continuous macropore structure. The average diameter in the dry state of the opening of the sixth monolith G measured by the mercury intrusion method is 35 μm, the total pore volume in the dry state is 1.7 ml / g, and the specific surface area in the dry state is 55.2 m 2. / g.
In addition, the change (expansion rate) when the sixth monolith G in the dry state was wetted with water was 1.3 times, and the sixth monolith G in the water wet state estimated from this expansion rate was obtained. The average diameter of the openings was 46 μm.
(第6のモノリスアニオン交換体Gの製造)
上記の方法で製造した第6のモノリスGを、直径70mm、厚み約15mmの円盤状に切断した。これにジメトキシメタン1400ml、四塩化スズ40mlを加え、氷冷下クロロ硫酸560mlを滴下した。滴下終了後、昇温して35℃で5時間反応させ、クロロメチル基を導入した。反応終了後、母液をサイフォンで抜き出し、THF/水=2/1の混合溶媒で洗浄した後、更にTHFで洗浄した。このクロロメチル化モノリスにTHF1000mlとトリメチルアミン30%水溶液600mlを加え、60℃、6時間反応させた。反応終了後、生成物をメタノール/水混合溶媒で洗浄し、次いで純水で洗浄して、第6のモノリスアニオン交換体Gを得た。
(Production of sixth monolith anion exchanger G)
The sixth monolith G manufactured by the above method was cut into a disk shape having a diameter of 70 mm and a thickness of about 15 mm. To this, 1400 ml of dimethoxymethane and 40 ml of tin tetrachloride were added, and 560 ml of chlorosulfuric acid was added dropwise under ice cooling. After completion of the dropping, the temperature was raised and the reaction was carried out at 35 ° C. for 5 hours to introduce a chloromethyl group. After completion of the reaction, the mother liquor was extracted with a siphon, washed with a mixed solvent of THF / water = 2/1, and further washed with THF. To this chloromethylated monolith, 1000 ml of THF and 600 ml of a 30% trimethylamine aqueous solution were added and reacted at 60 ° C. for 6 hours. After completion of the reaction, the product was washed with a methanol / water mixed solvent and then washed with pure water to obtain a sixth monolith anion exchanger G.
得られた第6のモノリスアニオン交換体Gのアニオン交換基導入前後の膨潤率は1.5倍であり、体積当りのアニオン交換容量は水湿潤状態で0.75mg当量/mlであった。水湿潤状態での第6のモノリスアニオン交換体Gの開口の平均直径を、第6のモノリスGの値とアニオン交換基導入前後の第6のモノリスアニオン交換体Gの膨潤率から見積もったところ53μmであった。第6のモノリスアニオン交換体Gの乾燥状態での全細孔容積は1.7ml/gであり、比表面積は55.2m2/gであった。 The swelling ratio of the obtained sixth monolith anion exchanger G before and after the introduction of anion exchange groups was 1.5 times, and the anion exchange capacity per volume was 0.75 mg equivalent / ml in a water-wet state. The average diameter of the openings of the sixth monolith anion exchanger G in the water-wet state was estimated from the value of the sixth monolith G and the swelling ratio of the sixth monolith anion exchanger G before and after the introduction of the anion exchange group. Met. The total pore volume in the dry state of the sixth monolith anion exchanger G was 1.7 ml / g, and the specific surface area was 55.2 m 2 / g.
次に、第6のモノリスアニオン交換体G中の四級アンモニウム基の分布状態を確認するため、第6のモノリスアニオン交換体Gを塩酸水溶液で処理して塩化物形とした後、EPMAにより骨格表面及び骨格断面の塩化物アニオンの分布状態を観察したところ、塩化物アニオンは第6のモノリスアニオン交換体Gの骨格表面のみならず、骨格内部にも均一に分布しており、四級アンモニウム基がモノリスアニオン交換体中に均一に導入されていることが確認できた。 Next, in order to confirm the distribution state of the quaternary ammonium groups in the sixth monolith anion exchanger G, the sixth monolith anion exchanger G is treated with an aqueous hydrochloric acid solution to form a chloride form, and then the skeleton is formed by EPMA. Observation of the distribution state of chloride anions on the surface and the cross section of the skeleton revealed that the chloride anions were uniformly distributed not only on the skeleton surface of the sixth monolith anion exchanger G but also inside the skeleton. It was confirmed that was uniformly introduced into the monolith anion exchanger.
なお、水を透過させた際の圧力損失の指標である差圧係数は、0.016MPa/m・LVであり、実用上支障のない低い圧力損失であった。 The differential pressure coefficient, which is an index of the pressure loss when water is permeated, is 0.016 MPa / m · LV, which is a low pressure loss that has no practical problem.
(白金族金属担持触媒8の調製)
第4のモノリスアニオン交換体Aに代えて、第6のモノリスアニオン交換体Gとすること以外は、実施例1と同様の方法で行い、白金族金属担持触媒8を得た。白金族金属担持触媒8に担持されているパラジウム粒子の平均粒子径は4.4nmであり、均一度数2はであった。また、白金族金属担持触媒8のパラジウム粒子の担持量は、乾燥状態で2.4重量%であった。
(Preparation of platinum group metal supported catalyst 8)
A platinum group metal supported catalyst 8 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the sixth monolith anion exchanger G was used instead of the fourth monolith anion exchanger A. The average particle diameter of the palladium particles supported on the platinum group metal supported catalyst 8 was 4.4 nm, and the degree of uniformity was 2. Further, the supported amount of palladium particles of the platinum group metal supported catalyst 8 was 2.4% by weight in a dry state.
(実施例9〜15)
(白金族金属担持触媒9〜15の調製)
表5に示すように、実施例1で製造した第4のモノリスA、実施例3で製造した第1のモノリスB、実施例4で製造した第2のモノリスC、実施例5で製造した第3のモノリスD、実施例6で製造した第5−1のモノリスE、実施例7で製造した第5−2のモノリスF、及び実施例8で製造した第6のモノリスGを、水膨潤状態で直径30mm、厚さ15mmの円柱状に切り出した。
次いで、耐圧容器に、水膨潤状態のモノリスと、実施例1で用いたパラジウムナノコロイド溶液(パラジウム4重量%)5mlを入れ、密封した。密封した耐圧容器を、40℃の恒温槽の中に入れた。耐圧容器内に二酸化炭素を、25MPaになるまで導入した。25MPaになったところで導入を止め、その状態で1時間保持した。1時間経過後、耐圧容器を開放して二酸化炭素を放出した。耐圧容器内から、パラジウムが担持されたモノリスを取り出し、白金族金属担持触媒9〜15を得た。
得られた白金族金属担持触媒に担持されているパラジウム粒子の平均粒子径、、均一度数及び乾燥状態での担持量を表5に示す。
(Examples 9 to 15)
(Preparation of platinum group metal supported catalysts 9 to 15)
As shown in Table 5, the fourth monolith A manufactured in Example 1, the first monolith B manufactured in Example 3, the second monolith C manufactured in Example 4, and the first monolith C manufactured in Example 5. 3 monolith D, the 5-1 monolith E produced in Example 6, the 5-2 monolith F produced in Example 7, and the sixth monolith G produced in Example 8 were swollen in water. Was cut into a cylindrical shape having a diameter of 30 mm and a thickness of 15 mm.
Next, the water-swelled monolith and 5 ml of the palladium nanocolloid solution (4% by weight of palladium) used in Example 1 were placed in a pressure vessel and sealed. The sealed pressure vessel was placed in a constant temperature bath at 40 ° C. Carbon dioxide was introduced into the pressure vessel until it reached 25 MPa. The introduction was stopped when the pressure reached 25 MPa, and the state was maintained for 1 hour. After 1 hour, the pressure vessel was opened to release carbon dioxide. The monolith carrying palladium was taken out from the pressure vessel, and platinum group metal supported catalysts 9 to 15 were obtained.
Table 5 shows the average particle diameter, the degree of uniformity, and the amount supported in the dry state of the palladium particles supported on the obtained platinum group metal supported catalyst.
1 骨格相
2 空孔相
10 モノリス
11 画像領域
12 断面で表れる骨格部
13 マクロポア
21 骨格表面
22 突起体
30 モノリス(モノリスイオン交換体)
31 マクロポア
32 開口
33 内層部
34 表層部
35 気相部(気泡部)
36 壁部(骨格部)
37 細孔
DESCRIPTION OF
31
36 Wall (skeleton)
37 pores
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