JP2015520103A - 新規銅シリケート分子体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[化学式1]
R−COH
[化学式2]
R′−COOH
前記化学式1及び2のそれぞれにおいて、R及びR′のそれぞれは、独立的に、水素、または、下記のグループAから選択される一つ以上の置換基を有することができる、炭素数1〜20の線形または分枝形アルキル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルケニル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルキニル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルケニル基、炭素数3〜20のシクロアルキニル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルコキシ基、アミン基、炭素数6〜20のアリール基またはアルアルキル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アルデヒド基、アミン基、サルフェート基、バイサルフェート基、カーボネート基、バイカーボネート基、亜燐酸基、次亜燐酸基、チオル基、シアン基、チオシアン基、アンモニウム基、ヒドラジニル、ボロヒドリド基、アミド基、シラン基、アミノ基、カルバモイル基、またはウレア基である:
炭素数1〜20の線形または分枝形アルキル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルケニル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルキニル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルケニル基、炭素数3〜20のシクロアルキニル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルコキシ基、アミン基、炭素数6〜20のアリール基またはアルアルキル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アルデヒド基、アミン基、サルフェート基、バイサルフェート基、カーボネート基、バイカーボネート基、亜燐酸基、次亜燐酸基、チオル基、シアン基、チオシアン基、アンモニウム基、ヒドラジニル、ボロヒドリド基、アミド基、シラン基、アミノ基、カルバモイル基、及びウレア基からなる置換基群。
R″−OH
前記の式の中、R″は、下記のグループBから選択される一つ以上の置換基を有することができる、炭素数1〜20の線形または分枝形アルキル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルケニル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルキニル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルケニル基、炭素数3〜20のシクロアルキニル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルコキシ基、アミン基、炭素数6〜20のアリール基またはアルアルキル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アルデヒド基、アミン基、サルフェート基、バイサルフェート基、カーボネート基、バイカーボネート基、亜燐酸基、次亜燐酸基、チオル基、シアン基、チオシアン基、アンモニウム基、ヒドラジニル、ボロヒドリド基、アミド基、シラン基、アミノ基、カルバモイル基、またはウレア基である:
炭素数1〜20の線形または分枝形アルキル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルケニル基、炭素数3〜20のシクロアルケニル基、炭素数3〜20のシクロアルキニル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルキニル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルコキシ基、ハロゲン、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アルデヒド基、アミン基、サルフェート基、バイサルフェート基、カーボネート基、バイカーボネート基、亜燐酸基、次亜燐酸基、チオル基、シアン基、チオシアン基、アンモニウム基、ヒドラジニル、ボロヒドリド基、アミド基、シラン基、アミノ基、カルバモイル基及びウレア基からなる置換基群。
前記化学式において、R1〜R4は互いに独立的にそれぞれ水素、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ハロゲン族元素、C1〜C22のアルキル基またはアルコキシ基、アルアルキルまたはアリール基を示し、R1〜R4はそれぞれ一つ以上の酸素、窒素、硫黄または金属原子を含むことができるが、これに制限されるものではない。例えば、前記アルキル基または前記アルコキシ基に含まれるアルキル基はC1〜C22の線形または分枝形のアルキル基を含むものであることができるが、これに制限されるものではない。
下記の物質が使われており、購入後に追加の精製なしに使われた:
ソディウムシリケート溶液(Na2SiO3、〜14% NaOH、〜27% SiO2、Sigma−Aldrich);水酸化ナトリウム(NaOH、93−100%、Samchun);塩化ナトリウム(NaCl、99.5%、Samchun);塩化カリウム(KCl、99%、Oriental);銅(II)サルフェート・5水化物(CuSO4・5H2O、99%、Sigma−Aldrich);銅アセテート(Cu、99%);グルコース(D(+)−Glucose、ACS reagent、Sigma−Aldrich)
銅シリケート SCuS−10(hollow)の合成
Na2SiO3,CuSO4、NaOH、KCl、NaCl、及びDDW(脱イオン性蒸溜水)で構成されるゲルは用意されており、その中で、SiO2:CuSO4:Na2O:KCl:NaCl:H2Oに関するゲルのモル比が2.8:1:2.2:7.4:5:400であった。ゲルは次のように用意された。Siソース溶液の製造:Na2SiO3の5〜20g内に、NaOH溶液(NaOHの0.2〜4g及びDDWの20〜35g)、KCl溶液(KClの5〜10g及びDDWの20〜35g)、及びNaCl溶液(NaCのl5〜15g及びDDWの20〜30g)を撹拌しながら連続的に添加された。Cuソース溶液はDDW(20〜60g)にCuSO4または銅アセテート(1〜6g)を溶解することで用意された。このような二つの溶液は共に混合され、常温で14時間の間エイジングされた。エイジング後、理想的なAM−6分子体のシード結晶0.1〜0.5gが添加された。ゲルは50−mlテフロン−ラインド(Teflon−lined)オートクレーブ(autoclave)に伝達され、オートクレーブは安定的な条件下で1〜5日の間200〜250℃で加熱された。オートクレーブは、その後、オーブンから取り出され、流水で常温で冷却された。反応混合物はプラスチック円錐形チューブに伝達され、固形粒子は遠心分離によって収集され、十分な量のDDWで洗浄され、1時間の間100℃で乾燥させた。3〜4gの紫色の銅シリケートSCuS−10(hollow)試料を収得した。前記銅シリケートSCuS−10(hollow)試料は一般式(NaKCu)4CuSi5O13.xH2Oで表示されることができる。
銅シリケートSCuS−10の合成
Na2SiO3、CuSO4、NaOH、KCl、NaCl、グルコース、及びDDW(脱イオン性蒸溜水)で構成されるゲルは用意されており、ここでSiO2:CuSO4:Na2O:KCl:NaCl:グルコース:H2Oに関するゲルのモル比が2.4:1:2:7.4:5.3:0.2:400であった。ゲルは次のように用意された。Siソース溶液の製造:Na2SiO3の5〜20g内に、NaOH溶液(NaOHの0.2〜4g及びDDWの20〜35g)、KCl溶液(KClの5〜10g及びDDWの20〜35g)、NaCl溶液(NaCのl5〜15g及びDDWの20〜30g)及びグルコース溶液(グルコースの0.2〜4g及びDDWの5〜20g)を撹拌しながら連続的に添加された。Cuソース溶液はDDW(20〜60g)にCuSO4または銅アセテート(1〜6g)を溶解することで用意された。このような二つの溶液は共に混合され、常温で14時間の間エイジングされた。ゲルは50−mlテフロン−ラインド(Teflon−lined)オートクレーブ(autoclave)に伝達され、オートクレーブは安定的な条件下で1〜5日の間200〜250℃で加熱された。オートクレーブはその後にオーブンから取り出され、流水で常温で冷却された。反応混合物はプラスチック円錐形チューブに伝達され、固形粒子は遠心分離によって収集され、十分な量のDDWで洗浄され、1時間の間 100℃で乾燥させた。3〜5gの銅シリケートSCuS−10試料を収得し、前記銅シリケートSCuS−10は一般式(NaKCu)4CuSi5O13.xH2Oで表示されることができる。
銅シリケートCuSH−1の合成
比較例として、従来の公知された銅シリケートCuSH−1(Copper Silicate Houston−1)は従来の方法によって製造されることができる。
【図1】本願の一実施の形態によって、銅ソースとしてCuSO4.5H2Oを使って合成された新規銅シリケート分子体として中空(hollow)を有する銅シリケート分子体SCuS−10の結晶に対して測定されたSEMイメージを示す。
【図2a〜図2d】本願の一実施の形態によって、銅ソースとして酢酸銅を使って合成された新規銅シリケート分子体として中空(hollow)を有する銅シリケート分子体SCuS−10の結晶に対して測定されたSEMイメージを示す。
【図3】本願の一実施の形態によって、銅ソースとしてCuSO4.5H2Oを使って還元剤としてグルコースの存在下で合成された中空を有しない新規銅シリケート分子体SCuS−10の結晶に対して測定されたSEMイメージを示す。
【図4】本願のETS−10、SCuS−10(hollow)及びSCuS−10試料の粉末X−線回折パターンを示す。
【図5】銅ソースとしてCuSO4.5H2Oを使って合成したCuSH−1結晶(比較例)のSEMイメージを示す。
【図6】銅ソースとしてCuSO4.5H2Oを使って合成したCuSH−1結晶(比較例)の粉末X−線回折スペクトラムを示す。
Claims (29)
- シリカのソース、銅のソース、アルカリ金属のソース、塩基及び水を含む反応混合物を水熱反応させて、銅シリケート分子体を形成することを含み、ここで前記反応混合物は酸化剤を含まないものである、銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記反応混合物のpHは8〜12である、請求項1に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記水熱反応の温度は100℃〜300℃である、請求項1または2に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記反応混合物がシード(seed)結晶を追加に含むものである、請求項1から3の何れか一項に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記反応混合物を水熱反応させる前に熟成(aging)させることを追加に含む、請求項1に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記銅シリケート分子体はETS−10構造を有するものである、請求項1から5の何れか一項に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記銅シリケート分子体の結晶は中空(hollow)を有するものである、請求項1から6の何れか一項に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記反応混合物が還元剤を追加に含むものである、請求項1から7の何れか一項に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記還元剤は、有機還元剤、無機還元剤、またはこれらの組み合わせを含むものである、請求項8に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記有機還元剤は、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アルデヒド基、アミン基、サルフェート基、バイサルフェート基、カーボネート基、バイカーボネート基、亜燐酸基、次亜燐酸基、チオル基、シアン基、チオシアン基、サルファード基、バイサルファード基、アンモニウム基、ヒドラジニル、ボロヒドリド基、アミド基、シラン基、アミノ基、カルバモイル基、ウレア基、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される作用基を有する有機還元剤を1種以上含むものである、請求項9に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記有機還元剤は、炭素数1〜20を有するカルボキシル酸及びその誘導体、炭素数1〜20を有するジカルボキシル酸及びその誘導体、炭素数1〜20を有するポリカルボキシル酸及びその誘導体、炭素数1〜20を有するアミノ酸及びその誘導体、炭素数1〜20を有する1価または多価アルコール、炭素数1〜20を有するアルデヒド係化合物及びその誘導体、炭素数1〜20を有するカルバモイル酸及びその誘導体、アミノ酸及びその誘導体、ボロン酸、ボラン系化合物、ヒドラジン系化合物、シラン係化合物、ヒドロキシラクトン系化合物、ヒドロキノン系化合物、有機酸のアンモニウム塩、カーボネート系化合物、アミド係化合物、アミン係化合物、ヒドロキシアミン系化合物、アンモニア及びアンモニア前駆物質、ウレア及びウレア前駆物質、ウレア加水分解生成物、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるものを含むものである、請求項9に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記有機還元剤は、下記の化学式1または化学式2に表示されるものを含むものである、請求項9に記載の銅シリケート分子体の製造方法:
[化学式1]
R−COH
[化学式2]
R′−COOH
前記化学式1及び2のそれぞれにおいて、R及びR′のそれぞれは独立的に、水素、または下記のグループAから選択される一つ以上の置換基を有することができる、炭素数1〜20の線形または分枝形アルキル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルケニル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルキニル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルケニル基、炭素数3〜20のシクロアルキニル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルコキシ基、アミン基、炭素数6〜20のアリール基またはアルアルキル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アルデヒド基、アミン基、サルフェート基、バイサルフェート基、カーボネート基、バイカーボネート基、亜燐酸基、次亜燐酸基、チオル基、シアン基、チオシアン基、アンモニウム基、ヒドラジニル、ボロヒドリド基、アミド基、シラン基、アミノ基、カルバモイル基、またはウレア基である:
[グループA]
炭素数1〜20の線形または分枝形アルキル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルケニル基、炭素数3〜20のシクロアルケニル基、炭素数3〜20のシクロアルキニル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルキニル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルコキシ基、ハロゲン、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アルデヒド基、アミン基、サルフェート基、バイサルフェート基、カーボネート基、バイカーボネート基、亜燐酸基、次亜燐酸基、チオル基、シアン基、チオシアン基、アンモニウム基、ヒドラジニル、ボロヒドリド基、アミド基、シラン基、アミノ基、カルバモイル基及びウレア基からなる置換基群。 - 前記有機還元剤は、下記の化学式3に表示されるものを含むものである、請求項9に記載の銅シリケート分子体の製造方法:
[化学式3]
R″−OH
前記の式の中、R″は、下記のグループBから選択される一つ以上の置換基を有することができる、炭素数1〜20の線形または分枝形アルキル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルケニル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルキニル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルケニル基、炭素数3〜20のシクロアルキニル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルコキシ基、アミン基、炭素数6〜20のアリール基またはアルアルキル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アルデヒド基、アミン基、サルフェート基、バイサルフェート基、カーボネート基、バイカーボネート基、亜燐酸基、次亜燐酸基、チオル基、シアン基、チオシアン基、アンモニウム基、ヒドラジニル、ボロヒドリド基、アミド基、シラン基、アミノ基、カルバモイル基、またはウレア基である:
[グループB]
炭素数1〜20の線形または分枝形アルキル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルケニル基、炭素数3〜20のシクロアルケニル基、炭素数3〜20のシクロアルキニル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルキニル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基、炭素数1〜20の線形または分枝形アルコキシ基、ハロゲン、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アルデヒド基、アミン基、サルフェート基、バイサルフェート基、カーボネート基、バイカーボネート基、亜燐酸基、次亜燐酸基、チオル基、シアン基、チオシアン基、アンモニウム基、ヒドラジニル、ボロヒドリド基、アミド基、シラン基、アミノ基、カルバモイル基及びウレア基からなる置換基群。 - 前記有機還元剤は糖化合物を含むものである、請求項9に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記無機還元剤は、無機酸、金属のハロゲン塩、金属のチオサルフェート塩、金属のサルフェート塩、金属のバイサルフェート塩、亜鐵酸塩、金属の亜硫酸塩、水素化金属、金属ボロヒドリド、金属のアンモニウム塩、金属の過硫酸塩、金属の過ヨード酸塩、次亜燐酸、次亜燐酸アンモニウム、金属の次亜燐酸塩、金属のエチレンジアミンテトラアセト酸塩、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるものを含むものである、請求項9に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記シリカのソース、前記塩基、前記アルカリ金属のソース及び水を含む第1の溶液を準備する段階:
前記銅のソースとしてCu2+含有化合物、及び水を含む第2の溶液を準備する段階:
前記第1の溶液、及び前記第2の溶液を混合して収得された前記反応混合物を水熱反応させて銅シリケート分子体を形成する段階:
を含む、請求項1に記載の銅シリケート分子体の製造方法。 - 前記第1の溶液は還元剤を追加に含むものである、請求項16に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記反応混合物を水熱反応させる前に熟成(aging)させることを追加に含む、請求項16に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記反応混合物は、前記シリカのソースから由来されるSiO2:前記銅のソースから由来されるCuO:前記塩基:前記アルカリ金属のソース:水(H2O)のモル比が、1〜10:1〜10:1〜20:1〜20:30〜700である、請求項1から18の何れか1項に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記反応混合物は、前記シリカのソースから由来されるSiO2:前記銅のソースから由来されるCuO:前記還元剤:前記塩基:前記アルカリ金属のソース:水(H2O)のモル比が、1〜10:1〜10:1〜20:1〜20:1〜20:30〜700である、請求項8または請求項17に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記シリカのソースは、アルカリ金属またはアルカリ土金属のシリケート塩、コロイドシリカ、シリカハイドロゲル、ケイ酸(silicic acid)、発煙シリカ(fumed silica)、テトラアルキルオルソシリケート、シリコーン水酸化物及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるものを含むものである、請求項1から21の何れか一項に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記銅のソースは銅の酸化物または塩を含むものである、請求項1から22の何れか一項に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記塩基はアルカリ金属またはアルカリ土金属を含有する化合物を含むものである、請求項1に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- 前記アルカリ金属のソースはアルカリ金属の塩を含有するものである、請求項1から24の何れか一項に記載の銅シリケート分子体の製造方法。
- ETS−10の結晶構造を有する、銅シリケート分子体。
- 前記銅シリケート分子体は、請求項1から25の何れか一項に記載の製造方法によって製造されるものである、請求項26に記載の銅シリケート分子体。
- ETS−10の結晶構造を有する銅シリケート分子体の結晶。
- 前記結晶に中空(hollow)を有するものである、請求項28に記載の銅シリケート分子体の結晶。
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