JP2018030771A - Method for producing porous alumina particle material - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書は、多孔質アルミナ粒子材料の製造方法等に関する。 The present specification relates to a method for producing a porous alumina particle material.
セラミックス材料であって多孔質でかつ球状の粒子は、触媒担体等の材料として期待されている。アルミニウムの酸化物であるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）は、研磨材料、各種の耐熱性材料、耐靱性材料、耐熱衝撃性材料のほか、自動車排ガス浄化触媒等の触媒の担体等として有用である。なかでも、アルミナの多孔質粒子は、こうした用途に好適である。 Porous and spherical particles which are ceramic materials are expected as materials for catalyst carriers and the like. Alumina (Al 2 O 3 ), which is an oxide of aluminum, is useful as an abrasive material, various heat-resistant materials, tough-resistant materials, thermal shock-resistant materials, and as a carrier for catalysts such as automobile exhaust gas purification catalysts. Among these, alumina porous particles are suitable for such applications.
セラミックス基の球状粒子の製造方法としては、噴霧熱分解法が知られている。アルミナ粒子を噴霧熱分解法で合成する方法が開示されている（特許文献１）。また、固体酸化物形燃料電池に用いる酸化物粒子を、有機質としてクエン酸を含む原料溶液を用いて熱分解時にクエン酸を消失させることで粒子を多孔質化する噴霧熱分解法も開示されている（特許文献２）。 As a method for producing ceramic-based spherical particles, a spray pyrolysis method is known. A method of synthesizing alumina particles by a spray pyrolysis method is disclosed (Patent Document 1). Also disclosed is a spray pyrolysis method in which oxide particles used in solid oxide fuel cells are made porous by eliminating citric acid during pyrolysis using a raw material solution containing citric acid as an organic substance. (Patent Document 2).
しかしながら、上記のような手法が開示されているにしろ、現在、触媒担体等として好適に用いうる多孔質アルミナ粒子を製造することは困難であった。すなわち、依然としてより多孔質化することや、その比表面積を増大させることが困難であった。 However, even though the above-described method is disclosed, it has been difficult to produce porous alumina particles that can be suitably used as a catalyst carrier or the like at present. That is, it was still difficult to make it more porous and increase its specific surface area.
本明細書は、多孔質アルミナ粒子材料の製造方法及び多孔質アルミナ粒子材料を提供する。 The present specification provides a method for producing a porous alumina particle material and a porous alumina particle material.
本発明者らは、噴霧熱分解法における消失剤（焼失剤）及び分散剤としてカルボン酸を用いる原料液の調製について検討した。その結果、原料液の調製方法を工夫することで、良好な気孔率や比表面積を備えうるアルミナ多孔質粒子を噴霧熱分解法で製造できるという知見を得た。本明細書は、こうした知見に基づき以下の手段を提供する。 The present inventors have studied the preparation of a raw material liquid using a carboxylic acid as a quenching agent (burnout agent) and a dispersing agent in the spray pyrolysis method. As a result, the inventors have found that by preparing the raw material liquid preparation method, alumina porous particles that can have good porosity and specific surface area can be produced by spray pyrolysis. The present specification provides the following means based on these findings.
本明細書は、多孔質アルミナ粒子材料の製造方法であって、
不溶物として水酸化アルミニウムを含む第１の原料液に対して、カルボン酸を加えて、アルミニウム含有コロイドである第２の原料液を調製する原料液調製工程と、
前記第２の原料液の液滴を加熱して粒子化する粒子化工程と、
を備える、方法を提供する。
The present specification provides a method for producing a porous alumina particle material, comprising:
A raw material liquid preparation step of adding a carboxylic acid to the first raw material liquid containing aluminum hydroxide as an insoluble material to prepare a second raw material liquid that is an aluminum-containing colloid;
A particleizing step of heating the second raw material liquid droplets into particles;
A method is provided.
また、本明細書は、多孔質アルミナ粒子材料であって、
結晶性アルミナを含有し、相対密度が６０％以上８０％以下、比表面積が２０ｍ2／ｇ以上９０ｍ2／ｇ以下である多孔質アルミナ粒子を含む、材料を提供する。
In addition, the present specification is a porous alumina particle material,
Provided is a material comprising crystalline alumina, comprising porous alumina particles having a relative density of 60% to 80% and a specific surface area of 20 m 2 / g to 90 m 2 / g.
また、本明細書は、多孔質アルミナ粒子材料であって、
γ−アルミナを含有し、相対密度が６０％以上８０％以下、比表面積が６０ｍ2／ｇ以上である多孔質アルミナ粒子を含む、材料を提供する。
In addition, the present specification is a porous alumina particle material,
A material comprising porous alumina particles containing γ-alumina, having a relative density of 60% to 80% and a specific surface area of 60 m 2 / g or more is provided.
また、本明細書は、多孔質アルミナ粒子材料であって、
α−アルミナを含有し、相対密度が６０％以上８０％以下、比表面積が２０ｍ2／ｇ以上である多孔質アルミナ粒子を含む、材料を提供する。
In addition, the present specification is a porous alumina particle material,
There is provided a material containing porous alumina particles containing α-alumina, having a relative density of 60% or more and 80% or less and a specific surface area of 20 m 2 / g or more.
本明細書は、多孔質アルミナ粒子に関し、詳しくはその製造方法及び多孔質アルミナ粒子に関する。本明細書に開示される多孔質アルミナ粒子の製造方法によれば、不溶物として水酸化アルミニウムを含む第１の原料液に対して、カルボン酸を加えて、アルミニウム含有コロイドである第２の原料液を調製する原料液調製工程と、前記原料溶液の液滴を加熱して粒子化する粒子化工程とを備えるため、多孔質性に優れるか及び／又は比表面積が増大された多孔質アルミナ粒子を得ることができる。 The present specification relates to porous alumina particles, and more particularly to a method for producing the same and porous alumina particles. According to the method for producing porous alumina particles disclosed in the present specification, a second raw material that is an aluminum-containing colloid is obtained by adding a carboxylic acid to a first raw material liquid containing aluminum hydroxide as an insoluble matter. Porous alumina particles having excellent porosity and / or increased specific surface area because it comprises a raw material liquid preparation step for preparing a liquid and a particle formation step for heating the liquid droplets of the raw material solution into particles. Can be obtained.
すなわち、本製造方法で得られるアルミニウム含有コロイドは、不溶物である水酸化アルミニウムに対してカルボン酸を加えてコロイドとしたものである。このため、このコロイドは、比較的大きな粒子径のコロイド粒子（分散質）を有するものと考えられる。 That is, the aluminum-containing colloid obtained by this production method is a colloid obtained by adding carboxylic acid to insoluble aluminum hydroxide. For this reason, this colloid is considered to have colloidal particles (dispersoids) having a relatively large particle size.
また、このコロイドには、水酸化アルミニウムに対して、Ａｌ（ＯＨ）3に対してカルボン酸が吸着したコロイド粒子のほか、例えば、Ａｌ（ＯＨ）２（Ｒ（ＣＯＯＨ）３）１／3、Ａｌ（ＯＨ）（Ｒ（ＣＯＯＨ）3）2／3、Ａｌ（Ｒ（ＣＯＯＨ）3）3等、Ａｌ（ＯＨ）2（ＲＣＯＯＨ）1〜Ａｌ（ＯＨ）1（ＲＣＯＯＨ）2〜Ａｌ（ＲＣＯＯＨ）3など、カルボン酸の種類によっても多様な態様のアルミニウム含有化合物である分散質を含んでいるものと考えられる。 In addition to colloidal particles in which carboxylic acid is adsorbed to Al (OH) 3 with respect to aluminum hydroxide, for example, Al (OH) 2 (R (COOH) 3 ) 1/3 , Al (OH) (R (COOH) 3 ) 2/3 , Al (R (COOH) 3 ) 3 , Al (OH) 2 (RCOOH) 1 to Al (OH) 1 (RCOOH) 2 to Al (RCOOH) It is thought that the dispersoid which is an aluminum containing compound of various aspects is included depending on the kind of carboxylic acid such as 3 .
こうした態様のアルミニウム含有コロイドである第２の原料液を液滴として蒸発〜熱分解することで、液滴表面や内部での焼結の進行が抑制されて液滴表面及び液滴内部においても空隙を形成されやすくなるものと考えられる。 By evaporating and thermally decomposing the second raw material liquid, which is an aluminum-containing colloid of such an aspect, as droplets, the progress of sintering on the surface of the droplets and inside is suppressed, and voids are also formed on the droplet surface and inside the droplets. This is considered to be easier to form.
また、本明細書に開示される多孔質アルミナ粒子材料は、高い多孔質性や比表面積が求められる多孔質アルミナ粒子として好適に用いることができる。 Moreover, the porous alumina particle material disclosed in the present specification can be suitably used as porous alumina particles for which high porosity and specific surface area are required.
いか、本明細書に開示される製造方法及び多孔質アルミナ粒子材料の種々の実施形態について適宜図面を参照しながら説明する。図１は、本製造方法の概要を示す図である。 Various embodiments of the production method and porous alumina particle material disclosed in this specification will be described with reference to the drawings as appropriate. FIG. 1 is a diagram showing an outline of the present manufacturing method.
（多孔質アルミナ粒子材料の製造方法）
本明細書に開示される多孔質アルミナ粒子材料の製造方法は、アルミニウム含有コロイドである原料液調製工程と、この原料液の液滴を加熱して粒子化する粒子化工程と、を備えることができる。さらに、本製造方法は、粒子を加熱して結晶化を促進する結晶化工程を備えることができる。
(Method for producing porous alumina particle material)
The method for producing a porous alumina particle material disclosed in the present specification includes a raw material liquid preparation step that is an aluminum-containing colloid, and a particle formation step in which droplets of the raw material liquid are heated to form particles. it can. Furthermore, this manufacturing method can be equipped with the crystallization process which heats particle | grains and accelerates | stimulates crystallization.
本製造方法は、いわゆる噴霧熱分解法と称される粉末合成方法を利用する。すなわち、得ようとする粉末の原料を含む溶液又は分散液を、適切な手段で液滴とし、この液滴を加熱することで、液体を蒸発させて、少なくとも部分的に原料を熱分解するとともに粒子化する方法である。なお、噴霧熱分解法の本製造方法への適用については後段で詳述する。 This production method uses a powder synthesis method called a so-called spray pyrolysis method. That is, the solution or dispersion containing the raw material of the powder to be obtained is formed into droplets by appropriate means, and the droplet is heated to evaporate the liquid and at least partially pyrolyze the raw material. It is a method of making particles. The application of the spray pyrolysis method to this production method will be described in detail later.
（原料液調製工程）
原料液調製工程は、第１の原料液から第２の原料液を調製する工程である。第２の原料液を、噴霧熱分解法に供することができる。
(Raw material preparation process)
The raw material liquid preparation step is a step of preparing a second raw material liquid from the first raw material liquid. The second raw material liquid can be subjected to a spray pyrolysis method.
（第１の原料液）
第１の原料液は、不溶物として水酸化アルミニウムを含む液体とすることができる。かかる第１の原料液は、種々の方法によって準備することができる。例えば、概して、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）は、水に不溶であるが、水酸化アルミニウムを水に投入した水であってもよい。
(First raw material liquid)
The first raw material liquid can be a liquid containing aluminum hydroxide as an insoluble material. Such a first raw material liquid can be prepared by various methods. For example, aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) is generally insoluble in water, but may be water in which aluminum hydroxide is added to water.
また、第１の原料液は、アルミニウム塩を溶解した液体のｐＨを調整して水酸化アルミニウムを析出させて調製してもよい。この第１の原料液においては、水酸化アルミニウムを、ゲル状の沈殿物として含むことになる。さらにまた、第１の原料液は、別途準備した水酸化アルミニウムゲルを水等に投入して調製してもよいし、水等に投入するとゲル化するように予め調製された水酸化アルミニウムゲル粉末（商業的に入手可能である。）を水に投入して調製してもよい。 The first raw material liquid may be prepared by adjusting the pH of a liquid in which an aluminum salt is dissolved to precipitate aluminum hydroxide. This first raw material liquid contains aluminum hydroxide as a gel-like precipitate. Furthermore, the first raw material liquid may be prepared by introducing separately prepared aluminum hydroxide gel into water or the like, or an aluminum hydroxide gel powder prepared in advance so as to be gelled when introduced into water or the like. (Commercially available) may be prepared by pouring into water.
第１の原料液は、操作性やその後の第２の原料液の調製を考慮すると、アルミニウム塩から生成させたゲル状の水酸化アルミニウムを含むことが好ましい。こうした水酸化アルミニウムを含むことで、カルボン酸の添加により、噴霧熱分解法による多孔質粒子化に適したアルミニウム含有コロイドを形成することができて、消失剤としてのカルボン酸含有量を多孔質化に好適に多様な形態で分散が可能であること、比較的大きなコロイド粒子を形成可能であることから、多孔質性及び／又は比表面積の制御が容易になる。 In consideration of operability and subsequent preparation of the second raw material liquid, the first raw material liquid preferably contains gelled aluminum hydroxide generated from an aluminum salt. By including such aluminum hydroxide, it is possible to form an aluminum-containing colloid suitable for porous particle formation by spray pyrolysis method by adding carboxylic acid, and to make the carboxylic acid content as a quenching agent porous In addition, since it is possible to disperse in various forms, and relatively large colloidal particles can be formed, it is easy to control the porosity and / or specific surface area.
第１の原料液は水酸化アルミニウムを保持又は分散する液体は、例えば、水又は水と相溶する有機溶媒との混液である。有機溶媒としては、メタノール、エタノールなどの炭素数１〜４程度の低級アルコール、アセトニトリル、ＤＭＳＯ等が挙げられる。なお、かかる混液は、水を主体とすることが好ましく、すなわち、水を体積％で５０％超含み、例えば、６０体積％以上、また例えば、７０体積％以上、また例えば、８０体積％以上、さらに例えば、９０体積％以上、さらにまた例えば、９５体積％以上とすることができる。 The first raw material liquid that holds or disperses aluminum hydroxide is, for example, water or a mixed liquid with an organic solvent compatible with water. Examples of the organic solvent include lower alcohols having about 1 to 4 carbon atoms such as methanol and ethanol, acetonitrile, DMSO and the like. In addition, it is preferable that such a mixed liquid mainly contains water, that is, contains more than 50% by volume of water, for example, 60% by volume or more, for example, 70% by volume or more, for example, 80% by volume or more, Further, for example, it can be 90% by volume or more, and further, for example, 95% by volume or more.
第１の原料液に含まれる水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）の濃度は特に限定しないが、０．０５Ｍ以上５Ｍ以下とすることができ、また例えば、０．０５Ｍ以上２Ｍ以下とすることができる。さらに例えば、０．１Ｍ以上１．５Ｍ以下とすることができる。 The concentration of aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) contained in the first raw material liquid is not particularly limited, but can be 0.05M or more and 5M or less, for example, 0.05M or more and 2M or less. Can do. Furthermore, for example, it can be set to 0.1 M or more and 1.5 M or less.
第１の原料液をアルミニウム塩から調製するとき、アルミニウム塩としては、特に限定しないで、水溶性のアルミニウム塩を用いることができる。例えば、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、シュウ酸アルミニウム、リン酸アルミニウム等のほか、アルミニウムセカンダリーブチレート等、さらにはアルミニウムイソプロピレート等も挙げられる。アルミニウム塩の濃度は、既に説明した水酸化アルミニウムのモル濃度が得られる濃度とすることができる。 When the first raw material liquid is prepared from an aluminum salt, the aluminum salt is not particularly limited, and a water-soluble aluminum salt can be used. For example, in addition to aluminum chloride, aluminum nitrate, aluminum sulfate, aluminum lactate, aluminum acetate, aluminum oxalate, aluminum phosphate and the like, aluminum secondary butyrate and the like, and aluminum isopropylate and the like can be mentioned. The concentration of the aluminum salt can be a concentration at which the molar concentration of aluminum hydroxide already described can be obtained.
第１の原料液を、アルミニウム塩から調製するとき、ｐＨは、アンモニアなどのアルカリを用いて、アルミニウム塩溶液のｐＨを４以上１１以下程度に調整することができる。こうすることで、水酸化アルミニウムのゲル状沈殿を析出させることができる。アンモニアなどのアルカリの添加量は、特に限定しない。例えば、アルミニウム塩（アルミニウム）に対してアンモニアを添加するとき、アルミニウム１モルに対してアンモニアは２モル以上８モル以下程度とすることができる。また、例えば、３モル以上６モル以下程度とすることもできる。 When the first raw material solution is prepared from an aluminum salt, the pH of the aluminum salt solution can be adjusted to about 4 or more and 11 or less using an alkali such as ammonia. By carrying out like this, the gel-like precipitation of aluminum hydroxide can be deposited. The amount of alkali such as ammonia added is not particularly limited. For example, when ammonia is added to an aluminum salt (aluminum), the ammonia can be about 2 to 8 moles per mole of aluminum. Further, for example, it may be about 3 mol or more and 6 mol or less.
（第２の原料液）
第２の原料液は、第１の原料液に対して、カルボン酸を加えて、不溶物である水酸化アルミニウムを、コロイド粒子として分散させたコロイド溶液として調製することができる。第２の原料液では、ゲル状の沈殿として生成した水酸化アルミニウムに、カルボン酸が吸着して、その結果、粒子間に反発力を生じさせて、コロイド粒子として分散させることができるようになるほか、カルボン酸が水酸化物イオンを一部置換したアルミニウム含有化合物も含む多様な分散質（コロイド粒子）を含むことになる。
(Second raw material liquid)
The second raw material liquid can be prepared as a colloidal solution in which carboxylic acid is added to the first raw material liquid and aluminum hydroxide which is an insoluble substance is dispersed as colloidal particles. In the second raw material liquid, the carboxylic acid is adsorbed on the aluminum hydroxide produced as a gel-like precipitate, and as a result, a repulsive force is generated between the particles and can be dispersed as colloidal particles. In addition, various dispersoids (colloid particles) including an aluminum-containing compound in which carboxylic acid partially substitutes hydroxide ions are included.
また、カルボン酸は、加熱により消失して粒子に孔部を形成することができる。したがって、不溶物として生成させた水酸化アルミニウム粒子に対してカルボン酸を用いてアルミニウム含有コロイドを調製することは、比較的な大きな水酸化アルミニウムコロイド粒子を生成させることができることと、アルミニウムイオンと消失剤との多様な形態で分散させうることから、多孔質アルミナ粒子材料製造のための噴霧熱分解に好適な原料液を調製することができる。 Also, the carboxylic acid can disappear by heating and form pores in the particles. Therefore, preparing aluminum-containing colloids using carboxylic acid for aluminum hydroxide particles produced as insolubles can produce relatively large aluminum hydroxide colloid particles, and aluminum ions and disappearance. Since it can be dispersed in various forms with the agent, a raw material liquid suitable for spray pyrolysis for producing porous alumina particle material can be prepared.
第２の原料液中には、こうしたアルミニウム含有コロイド粒子が多数形成される。このため、第２の原料液から形成する液滴が高濃度にかつ多様な形態でカルボン酸を含有することができることとなり、得られるアルミナ粒子の多孔質性や比表面積増大に寄与することができる。 Many such aluminum-containing colloidal particles are formed in the second raw material liquid. For this reason, the droplets formed from the second raw material liquid can contain carboxylic acid at a high concentration and in various forms, which can contribute to increase the porosity and specific surface area of the resulting alumina particles. .
カルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸などのモノカルボン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、負又はループ酸、マレイン酸、リンゴ酸などのジカルボン酸、クエン酸、アコニット酸などのトリカルボン酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸などのα−ヒドロキシカルボン酸などが挙げられる。あるいは、ＥＤＴＡ又はその塩であってもよい。好ましくは、α−ヒドロキシカルボン酸を用いることができる。より好ましくは、かつ２価、クエン酸などの、α−ヒドロキシトリカルボン酸である。 Examples of carboxylic acids include monocarboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, and lactic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, negative or loop acid, maleic acid, malic acid, and other dicarboxylic acids such as citric acid. Examples thereof include tricarboxylic acids such as acid and aconitic acid, and α-hydroxycarboxylic acids such as lactic acid, malic acid and citric acid. Alternatively, EDTA or a salt thereof may be used. Preferably, α-hydroxycarboxylic acid can be used. More preferred are α-hydroxytricarboxylic acids such as divalent and citric acid.
水酸化アルミニウムコロイドの形成は、第１の原料液に対してカルボン酸を添加して、ゲル状の沈殿が消失していって液体が徐々に澄明になることで確認できる。特に限定するものではないが、ゲル状沈殿がおおよそなくなり、液体がほとんど澄明〜澄明になるまでカルボン酸を添加することが好ましい。 The formation of the aluminum hydroxide colloid can be confirmed by adding carboxylic acid to the first raw material liquid, the gel-like precipitate disappears and the liquid gradually becomes clear. Although not particularly limited, it is preferable to add the carboxylic acid until the gel-like precipitate is almost eliminated and the liquid becomes almost clear to clear.
カルボン酸の量は、多孔質性及び比表面積にも影響する。本製造方法によれば、水酸化アルミニウムをカルボン酸によりコロイドとするため、多量のカルボン酸とともに水酸化アルミニウムを第２の原料液に分散させることができる。したがって、多孔質性や比表面積の設計自由度が向上している。 The amount of carboxylic acid also affects the porosity and specific surface area. According to this production method, since aluminum hydroxide is colloidal with carboxylic acid, aluminum hydroxide can be dispersed in the second raw material liquid together with a large amount of carboxylic acid. Therefore, the degree of freedom in designing the porosity and specific surface area is improved.
カルボン酸の添加量は特に限定するものではなく、用いるカルボン酸の種類や意図する多孔質性及び／又は比表面積にもよるが、概して、第１の原料液中のアルミニウム（アルミニウム塩）に対して当量比で、１以上４以下程度とすることができる。また、例えば、１以上３以下程度とすることもできる。なお、アルミニウムは三価であるため、アルミニウム１モルに対して当量比で１のカルボン酸は、酢酸であれば３モルであり、クエン酸であれば１モルとなる。 The amount of carboxylic acid to be added is not particularly limited, and generally depends on the type of carboxylic acid used and the intended porosity and / or specific surface area, but is generally based on aluminum (aluminum salt) in the first raw material liquid. The equivalent ratio can be about 1 or more and 4 or less. For example, it can also be set to about 1 or more and 3 or less. Since aluminum is trivalent, the equivalent ratio of 1 carboxylic acid to 1 mol of aluminum is 3 mol for acetic acid and 1 mol for citric acid.
こうして調製した第２の原料液は、上記したように、各種態様のコロイド粒子を含むアルミニウム含有コロイドとなっている。このため、第２の原料液は、アルミニウムもカルボン酸も第２の原料液内において良好に分散して含まれている。 The second raw material liquid thus prepared is an aluminum-containing colloid containing colloidal particles of various aspects as described above. For this reason, the second raw material liquid contains both aluminum and carboxylic acid in a well dispersed manner in the second raw material liquid.
（粒子化工程）
粒子化工程は、第２の原料液の液滴を、加熱して粒子化することができる。粒子化工程は、第２の原料液を適当な液滴形成手段により液滴とし、当該液滴を加熱して液体を蒸発させるとともに第２の原料中の原料を熱分解して、アルミナを含む粒子を生成することができる。粒子化工程は、いわゆる噴霧熱分解法に準じて実施することができる。
(Particulation process)
In the granulating step, the droplets of the second raw material liquid can be heated to be granulated. In the particle forming step, the second raw material liquid is formed into droplets by appropriate droplet forming means, the droplets are heated to evaporate the liquid, and the raw material in the second raw material is pyrolyzed to contain alumina. Particles can be generated. The particle formation step can be performed according to a so-called spray pyrolysis method.
第２の原料液から得られる液滴は、比較的大きく、かつ各種態様のコロイド粒子を含むアルミニウム含有コロイドである。すなわち、第２の原料液のアルミニウム含有コロイドは、水溶性であるアルミニウム塩に対してカルボン酸を供給して得られるアルミニウム−カルボン酸キレートよりも大きな粒子となっている。このため、粒子化工程における温度、ガス流量、霧化などの各種条件や、その後の焼成工程における温度条件によって、所望の比表面積や相対密度の制御が可能となっている。 The droplets obtained from the second raw material liquid are aluminum-containing colloids that are relatively large and contain colloidal particles of various modes. That is, the aluminum-containing colloid of the second raw material liquid is a larger particle than the aluminum-carboxylic acid chelate obtained by supplying carboxylic acid to a water-soluble aluminum salt. For this reason, desired specific surface area and relative density can be controlled by various conditions such as the temperature, gas flow rate, atomization, etc. in the particle forming process and the temperature conditions in the subsequent firing process.
粒子化工程で用いる液滴化手段は、特に限定しないで、公知の噴霧熱分解法に適用されている手段を用いることができる。したがって、特に限定しないで、スプレーノズル、超音波霧化手段、静電霧化手段等を適宜選択して用いることができる。 The droplet forming means used in the particle forming step is not particularly limited, and means applied to a known spray pyrolysis method can be used. Therefore, there is no particular limitation, and a spray nozzle, ultrasonic atomizing means, electrostatic atomizing means and the like can be appropriately selected and used.
また、粒子化工程では、各種熱源を利用した加熱炉を用いることができる。加熱炉についても特に限定しないで公知の噴霧熱分解法に適用される赤外線加熱炉、マイクロ波加熱炉、抵抗加熱炉などの各種の加熱炉を適宜用いることができる。 In the granulating step, a heating furnace using various heat sources can be used. The heating furnace is not particularly limited, and various heating furnaces such as an infrared heating furnace, a microwave heating furnace, and a resistance heating furnace applied to a known spray pyrolysis method can be appropriately used.
粒子化工程における、第２の原料液における原料濃度のほか、温度、ガスの種類及びガス流量等については、粒径制御、組成制御、粒子構造制御及び生産性の観点から適宜設定することができる。例えば、温度は、一定温度であってもよいが、加熱炉の導入部から排出部までの間を、徐々に昇温する形態を採ることができる。典型的には、液滴の乾燥から熱分解を意図した温度設定とすることができる。液滴の乾燥のためには、おおよそ、２００℃〜６００℃程度の温度を設定することができる。また、例えば、熱分解のためには、６００℃〜１６００℃程度の温度を設定することができる。 In addition to the raw material concentration in the second raw material liquid in the particle forming step, the temperature, the type of gas, the gas flow rate, and the like can be appropriately set from the viewpoints of particle size control, composition control, particle structure control, and productivity. . For example, the temperature may be a constant temperature, but a mode in which the temperature is gradually raised from the introduction part to the discharge part of the heating furnace can be adopted. Typically, the temperature can be set from drying of the droplets to thermal decomposition. For drying the droplets, a temperature of about 200 ° C. to 600 ° C. can be set. For example, a temperature of about 600 ° C. to 1600 ° C. can be set for thermal decomposition.
一例としては、加熱炉全体で、２００℃〜１０００℃、また例えば、２００℃〜８００℃の範囲で加熱するような加熱形態とし、これらの温度範囲を、２以上の、より好ましくは３以上の、さらに好ましくは４以上の異なる温度（例えば、２００℃、４００℃、６００℃及び８００℃など）に制御した熱源を配置して加熱することが好ましい。 As an example, it is set as the heating form which heats in the range of 200 to 1000 degreeC, for example, 200 to 800 degreeC in the whole heating furnace, These temperature ranges are 2 or more, More preferably, 3 or more More preferably, it is preferable to heat by arranging a heat source controlled at four or more different temperatures (for example, 200 ° C., 400 ° C., 600 ° C., and 800 ° C.).
また、ガスについては、アルミナ生成の観点から、酸素を含んだ酸化性ガス、典型的には空気を用いることができる。その流量は、公知の噴霧熱分解法に準じて設定することができるが、例えば、２Ｌ／分〜１０Ｌ／分、また、例えば、３Ｌ／分〜７Ｌ／分の範囲で適宜設定することができる。 As the gas, an oxidizing gas containing oxygen, typically air, can be used from the viewpoint of producing alumina. The flow rate can be set in accordance with a known spray pyrolysis method, and can be appropriately set within a range of, for example, 2 L / min to 10 L / min, for example, 3 L / min to 7 L / min. .
粒子化工程によって得られた粒子は、少なくとも一部にアルミナ粒子を含むことができる。また、少なくとも一部は、カルボン酸が消失したことによる多孔質あるいは中空状の粒子となっている。また、アルミナは、非晶質であってもよいし結晶質であってもよい。アルミナの生成やその種類（結晶性や、結晶型）や多孔性については、粒子化工程における温度条件やガス流通条件によって適宜制御することができる。 The particles obtained by the particle forming step can contain alumina particles at least partially. At least a part of the particles are porous or hollow particles resulting from the disappearance of the carboxylic acid. Alumina may be amorphous or crystalline. The generation of alumina, its type (crystallinity, crystal type), and porosity can be appropriately controlled by temperature conditions and gas flow conditions in the particle formation process.
粒子化工程で得られた粒子は、公知の捕捉手段で適宜捕捉される。こうした捕捉手段も、噴霧熱分解法において一般的に用いられる捕捉手段を適宜採用することができる。 The particles obtained in the granulating step are appropriately captured by a known capturing means. As such a capturing means, a capturing means generally used in the spray pyrolysis method can be appropriately employed.
（焼成工程）
粒子化工程で得られた粒子について、アルミナの結晶性や結晶型、多孔質性や比表面積などの粒子特性をさらに確実にするには、追加の焼成工程を行うことが好ましい。焼成工程は、例えば、粒子化工程で得られた粒子を加熱してアルミナの結晶化を促進する結晶化工程として実施してもよいし、カルボン酸を完全に消失させて多孔質性を向上させる及び／又は比表面積を増大させる工程として実施してもよい。
(Baking process)
In order to further ensure the particle characteristics such as the crystallinity, crystal type, porosity and specific surface area of alumina, it is preferable to perform an additional baking step. The firing step may be performed, for example, as a crystallization step in which the particles obtained in the particle formation step are heated to promote crystallization of alumina, or the carboxylic acid is completely eliminated to improve the porosity. And / or as a step of increasing the specific surface area.
例えば、結晶化工程を実施する場合には、得ようとするアルミナの結晶形態に合わせて焼成温度を設定することができる。例えば、γ−アルミナを主要な結晶形とする場合には、８５０℃以上１１００℃未満程度することができる。また、α−アルミナを主要な結晶形とする場合には、１１００℃以上１４００℃以下程度、より好適には、１１５０℃以上１２００℃以下程度とすることができる。また、焼成時間も適宜設定できるが、例えば、１時間から３、４時間以下程度、典型的には２、３時間以内とすることができる。 For example, when performing a crystallization process, a calcination temperature can be set according to the crystal form of the alumina to be obtained. For example, when γ-alumina is used as the main crystal form, the temperature can be set to about 850 ° C. or more and less than 1100 ° C. When α-alumina is used as the main crystal form, it can be set to about 1100 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower, more preferably about 1150 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower. Moreover, although baking time can also be set suitably, for example, it is about 1 to 3, 4 hours or less, typically within 2 or 3 hours.
多孔質性向上や比表面積の増大のためには、４００℃以上８００℃以下程度で必要な時間行えばよい。 In order to improve the porosity and increase the specific surface area, a necessary time may be performed at a temperature of about 400 ° C. to 800 ° C.
本製造方法によれば、各種態様でアルミニウムを含有するアルミニウム含有コロイドである第２の原料液を調製することができる。このため、第２の原料液、すなわち、液滴から多孔質性及び／又は比表面積に優れた粒子を得ることができる。したがって、後述する本明細書に開示される多孔質アルミナ粒子材料のような多孔質性及び／又は比表面積、すなわち、所望の多孔質性及び／又は比表面積の多孔質アルミナ粒子材料を製造することができる。 According to this manufacturing method, the 2nd raw material liquid which is an aluminum containing colloid which contains aluminum in various aspects can be prepared. For this reason, particles having excellent porosity and / or specific surface area can be obtained from the second raw material liquid, that is, droplets. Therefore, producing a porous alumina particle material having a desired porosity and / or specific surface area, such as a porous alumina particle material disclosed in the present specification to be described later. Can do.
なお、本製造方法においては、粒子化工程後のいずれかの段階で、得られた粒子の凝集状態を解除するための粒子の解砕工程を実施してもよい。こうした解砕工程は、通常の粉砕のほか、液相中での超音波破砕であってもよい。 In this production method, a particle crushing step for releasing the agglomerated state of the obtained particles may be performed at any stage after the particle forming step. Such a crushing step may be ultrasonic crushing in a liquid phase in addition to normal crushing.
（多孔質アルミナ粒子材料）
本明細書に開示される多孔質アルミナ粒子材料は、結晶性アルミナを含有し、２０ｍ2／ｇ以上９０ｍ2／ｇ以下の比表面積と、６０％以上８０％以下の相対密度を有することができる。本製造方法によれば、水酸化アルミニウム濃度やカルボン酸濃度を制御して多孔質性や比表面積を調整できるからである。
(Porous alumina particle material)
The porous alumina particle material disclosed in the present specification contains crystalline alumina, and can have a specific surface area of 20 m 2 / g or more and 90 m 2 / g or less and a relative density of 60% or more and 80% or less. . This is because according to this production method, the porosity and specific surface area can be adjusted by controlling the aluminum hydroxide concentration and the carboxylic acid concentration.
本明細書に開示される多孔質アルミナ粒子材料は、γ−アルミナを含有し、相対密度が６０％以上８０％以下である多孔質アルミナ粒子を含むことができる。かかる材料は、従来のアルミナの用途に好適である。特に、触媒担体など、比表面積、多孔質性が求められる材料に有用である。 The porous alumina particle material disclosed in the present specification can contain porous alumina particles containing γ-alumina and having a relative density of 60% or more and 80% or less. Such materials are suitable for conventional alumina applications. In particular, it is useful for materials that require specific surface area and porosity, such as catalyst carriers.
本材料は、γ−アルミナ（相）を有している。γ−アルミナは、Ｘ線回折スペクトルにより確認することができる。また、本材料は、相対密度が６０％以上８０％以下である。こうした相対密度の範囲であると、本材料の多孔質アルミナ粒子の有する孔構造（多孔質性、中空性等）は好適である。また、例えば、相対密度は、６０％以上７０％以下であってもよい。本明細書において、相対密度は、アルミナの真密度（３．７ｇ／ｃｍ3）に対する、本材料に関して窒素吸着等温線から導き出される細孔容積（Ｖｐ（ｃｍ3／ｇ））から得られる本材料の密度とアルミナの真密度から得られる本材料の密度（ρ＝１／（（１／３．７）＋Ｖｐ） （ｇ／ｃｍ3））の比率として算出することができる。 This material has γ-alumina (phase). γ-alumina can be confirmed by an X-ray diffraction spectrum. Moreover, this material has a relative density of 60% or more and 80% or less. Within such a relative density range, the pore structure (porous property, hollow property, etc.) of the porous alumina particles of the present material is suitable. For example, the relative density may be 60% or more and 70% or less. In this specification, the relative density is the material obtained from the pore volume (Vp (cm 3 / g)) derived from the nitrogen adsorption isotherm for the material relative to the true density of alumina (3.7 g / cm 3 ). And the density of the present material obtained from the true density of alumina (ρ = 1 / ((1 / 3.7) + Vp) (g / cm 3 )).
また、本材料の比表面積は、４０ｍ2／ｇ以上であってもよく、５０ｍ2／ｇ以上とすることができ、また、例えば、６０ｍ2／ｇ以上とすることもでき、また例えば、８０ｍ2／ｇ以上とすることができる。非表面積が４０ｍ2／ｇ以上、または５０ｍ2／ｇ以上、または６０ｍ2／ｇ以上、または８０ｍ2／ｇ以上であると、触媒担体や固体酸化物形燃料電池等に用いるのに十分な表面積を有しているといえる。なお、比表面積の測定は、ガスとして窒素、装置として吸着等温線測定装置（ベルソープミニ、日本ベル製）を用い、測定条件を０．１〜０．５ｋＰａ、５点測定して得ることができる。すなわち、これらの点に直線外挿し、傾きから比表面積の値を得ることができる。なお、その他の測定条件は、使用する装置のデフォルト設定で測定することができる。 The specific surface area of the material may be 40 m 2 / g or more, can be 50 m 2 / g or more, and can be, for example, 60 m 2 / g or more. 2 / g or more. When the non-surface area is 40 m 2 / g or more, 50 m 2 / g or more, 60 m 2 / g or more, or 80 m 2 / g or more, the surface area sufficient for use in a catalyst carrier or a solid oxide fuel cell It can be said that it has. The measurement of the specific surface area can be obtained by measuring the measurement conditions at 0.1 to 0.5 kPa and 5 points using nitrogen as a gas and an adsorption isotherm measuring device (Bell Soap Mini, manufactured by Nippon Bell) as a device. it can. That is, the value of the specific surface area can be obtained from the inclination by linear extrapolation to these points. Other measurement conditions can be measured with the default settings of the apparatus used.
また、本明細書に開示される他の多孔質アルミナ粒子材料は、α−アルミナを含有していてもよい。α−アルミナは、Ｘ線回折スペクトルにより確認することができる。また、この材料においても、相対密度が６０％以上８０％以下であることが好ましい。また、例えば、６０％以上７０％以下であってもよい。さらに、この材料は比表面積が２０ｍ2／ｇ以上であってもよい。また、４０ｍ2／ｇ以上、または５０ｍ2／ｇ以上、または６０ｍ2／ｇ以上であってもよい。比表面積は大きいほど、反応面積や担持面積を確保できるため高性能を発揮できる。 Moreover, the other porous alumina particle material disclosed in this specification may contain α-alumina. α-alumina can be confirmed by an X-ray diffraction spectrum. Also in this material, the relative density is preferably 60% or more and 80% or less. For example, it may be 60% or more and 70% or less. Further, this material may have a specific surface area of 20 m 2 / g or more. Moreover, 40 m < 2 > / g or more, 50 m < 2 > / g or more, or 60 m < 2 > / g or more may be sufficient. The larger the specific surface area, the higher the performance because the reaction area and the supporting area can be secured.
なお、以上の説明に基づいて、本明細書には、以下の手段が含まれる。
（１）多孔質アルミナ粒子材料の製造方法であって、
不溶物として水酸化アルミニウムを含む第１の原料液に対して、カルボン酸を加えて、アルミニウム含有コロイドである第２の原料液を調製する原料液調製工程と、
前記第２の原料液の液滴を加熱して粒子化する粒子化工程と、
を備える、方法。
（２）前記水酸化アルミニウムはゲル状の水酸化アルミニウムである、（１）に記載の方法。
（３）前記カルボン酸は、酢酸、クエン酸、シュウ酸及びリンゴ酸からなる群から選択される１種又は２種以上である、（１）又は（２）に記載の方法。
（４）前記カルボン酸は、クエン酸である、（３）に記載の方法。
（５）前記第２の原料液はほぼ透明である、（１）〜（４）のいずれかに記載の方法。
（６）前記原料液調製工程は、アルミニウム塩を溶解した前記液体のｐＨを調整して水酸化アルミニウムを析出させて前記第１の原料液を調製することを含む、（１）〜（５）のいずれかに記載の方法。
（７）前記原料液調製工程は、前記カルボン酸を、前記第１の原料液中のアルミニウムに対してモル比で１以上２以下加えることを含む、（１）〜（６）のいずれかに記載の方法。
（８）前記粒子化工程で得られた前記粒子を加熱してアルミナの結晶化を促進する結晶化工程をさらに備える、（１）〜（７）のいずれかに記載の方法。
（９）多孔質アルミナ粒子材料であって、
結晶性アルミナを含有し、相対密度が６０％以上８０％以下、比表面積が２０ｍ2／ｇ以上９０ｍ2／ｇ以下である多孔質アルミナ粒子を含む、材料。
（１０）多孔質アルミナ粒子材料であって、
γ−アルミナを含有し、相対密度が６０％以上８０％以下、比表面積が６０ｍ2／ｇ以上である多孔質アルミナ粒子を含む、材料。
（１１）多孔質アルミナ粒子材料であって、
α−アルミナを含有し、相対密度が６０％以上８０％以下、比表面積が２０ｍ2／ｇ以上である多孔質アルミナ粒子を含む、材料。
Based on the above description, the present specification includes the following means.
(1) A method for producing a porous alumina particle material,
A raw material liquid preparation step of adding a carboxylic acid to the first raw material liquid containing aluminum hydroxide as an insoluble material to prepare a second raw material liquid that is an aluminum-containing colloid;
A particleizing step of heating the second raw material liquid droplets into particles;
A method comprising:
(2) The method according to (1), wherein the aluminum hydroxide is gelled aluminum hydroxide.
(3) The method according to (1) or (2), wherein the carboxylic acid is one or more selected from the group consisting of acetic acid, citric acid, oxalic acid, and malic acid.
(4) The method according to (3), wherein the carboxylic acid is citric acid.
(5) The method according to any one of (1) to (4), wherein the second raw material liquid is substantially transparent.
(6) The raw material liquid preparation step includes adjusting the pH of the liquid in which an aluminum salt is dissolved to precipitate aluminum hydroxide to prepare the first raw material liquid (1) to (5) The method in any one of.
(7) The raw material liquid preparing step includes adding the carboxylic acid in a molar ratio of 1 or more and 2 or less with respect to aluminum in the first raw material liquid. The method described.
(8) The method according to any one of (1) to (7), further comprising a crystallization step of heating the particles obtained in the particle formation step to promote crystallization of alumina.
(9) A porous alumina particle material,
A material comprising crystalline alumina, comprising porous alumina particles having a relative density of 60% to 80% and a specific surface area of 20 m 2 / g to 90 m 2 / g.
(10) A porous alumina particle material,
A material comprising porous alumina particles containing γ-alumina, having a relative density of 60% to 80% and a specific surface area of 60 m 2 / g or more.
(11) A porous alumina particle material,
A material comprising α-alumina, porous alumina particles having a relative density of 60% to 80% and a specific surface area of 20 m 2 / g or more.
以下の実施例は、本明細書の開示を具現化して説明するものであるが、本明細書の開示を限定するものではない。 The following examples embody and describe the disclosure of the present specification, but do not limit the disclosure of the present specification.
（噴霧熱分解法による多孔質アルミナ粒子材料の合成）
多孔質アルミナ粒子材料を図２に示すスキームに従い合成した。
(Synthesis of porous alumina particles by spray pyrolysis)
Porous alumina particle material was synthesized according to the scheme shown in FIG.
（１）原料溶液の調製
（実施例試料１）
原料として、硝酸アルミニウム９水和物（Ａｌ（ＮＯ3）3・９Ｈ2Ｏ）について以下の表に示す濃度の液を調製し、以下の濃度となるようにアンモニア水を添加して、ゲル状の水酸化アルミニウムの沈殿を生じさせた後、クエン酸水溶液をアルミニウム１モルに対して以下の表に示す濃度となるように撹拌しつつ徐々に添加して、アルミニウム含有コロイドを含有する透明な液とした。
(1) Preparation of raw material solution (Example sample 1)
As a raw material, a solution having the concentration shown in the following table was prepared for aluminum nitrate nonahydrate (Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O), and ammonia water was added to the following concentration to form a gel. After the precipitation of aluminum hydroxide, a citric acid aqueous solution was gradually added with stirring to a concentration shown in the following table with respect to 1 mol of aluminum, and a transparent liquid containing an aluminum-containing colloid It was.
（比較例試料１〜４）
実施例試料１と同様の原料を用いて以下の表に示す濃度の液を調製し、比較例試料１〜３については、クエン酸水溶液を以下の表に示すモル比となるように添加し、次いで、比較例１及び２については、アンモニア水を以下の表に示す濃度となるように添加して中和した（ｐＨ１０）。また、比較例３については、アンモニア水を添加しなかった。さらに、比較例４については、クエン酸溶液もアンモニア水も添加しなかった。
(Comparative Example Samples 1-4)
A liquid having the concentration shown in the following table was prepared using the same raw materials as in Example Sample 1, and for Comparative Samples 1 to 3, an aqueous citric acid solution was added so as to have a molar ratio shown in the following table. Next, with respect to Comparative Examples 1 and 2, ammonia water was added to neutralize so as to have a concentration shown in the following table (pH 10). Moreover, about the comparative example 3, ammonia water was not added. Furthermore, for Comparative Example 4, neither citric acid solution nor aqueous ammonia was added.
（２）噴霧熱分解
調製した実施例試料１及び比較例試料１〜４について、超音波霧化装置を備える噴霧熱分解装置を用いて、入口から順に２００℃、４００℃、６００℃及び８００℃の熱源を備えるに全長１２０ｃｍの加熱炉に、キャリアガスとして空気を５Ｌ／分で供給して、噴霧熱分解による粒子合成を行った。
(2) Spray pyrolysis For the prepared Example Sample 1 and Comparative Example Samples 1-4, 200 ° C., 400 ° C., 600 ° C. and 800 ° C. in order from the inlet using a spray pyrolysis device equipped with an ultrasonic atomizer. In order to provide the heat source, air was supplied at a rate of 5 L / min to a heating furnace having a total length of 120 cm, and particles were synthesized by spray pyrolysis.
噴霧熱分解装置の捕集部にて各材料（アルミナ前駆体）を捕集後、各材料の一部を、さらに、９００℃、２時間、空気下で焼成して白色粉末を得た。また、各材料の他の一部を、１１１０℃、２時間、空気下で焼成して白色粉末を得た。 After collecting each material (alumina precursor) in the collection part of the spray pyrolysis apparatus, a part of each material was further baked in the air at 900 ° C. for 2 hours to obtain a white powder. Further, another part of each material was baked under air at 1110 ° C. for 2 hours to obtain a white powder.
本実施例では、実施例１で合成した各材料を、Ｘ線回折法、ＳＥＭ観察並びに比表面積及び相対密度にて評価した。なお、比表面積については、ガスとして窒素、装置として吸着等温線測定装置（ベルソープミニ、日本ベル製）を用い、測定条件を０．１〜０．５ｋＰａ、５点測定して得た。すなわち、これらの点に直線外挿し、傾きから比表面積の値を得た。なお、その他の測定条件は、使用する装置のデフォルト設定で測定した。また、相対密度は、アルミナの真密度（３．７ｇ／ｃｍ3）に対する、各試料に関して取得した窒素吸着等温線から導き出される細孔容積（Ｖｐ（ｃｍ3／ｇ））から得られる本材料の密度とアルミナの真密度から得られる本材料の密度（ρ＝１／（（１／３．７）＋Ｖｐ） （ｇ／ｃｍ3））の比率として算出した。 In this example, each material synthesized in Example 1 was evaluated by X-ray diffraction method, SEM observation, specific surface area and relative density. In addition, about the specific surface area, it measured by measuring 0.1-0.5 kPa and 5 points | pieces, using nitrogen as gas and using an adsorption isotherm measuring apparatus (Bell Soap Mini, Nippon Bell) as an apparatus. That is, the surface area was extrapolated to these points and the specific surface area was obtained from the slope. The other measurement conditions were measured with the default settings of the apparatus used. The relative density of the material obtained from the pore volume (Vp (cm 3 / g)) derived from the nitrogen adsorption isotherm obtained for each sample with respect to the true density of alumina (3.7 g / cm 3 ). The density of the present material obtained from the density and the true density of alumina (ρ = 1 / ((1 / 3.7) + Vp) (g / cm 3 )) was calculated.
（１）９００℃、２時間焼成条件による多孔質アルミナ粒子材料の評価
（Ｘ線回折スペクトル）
実施例１で合成した実施例試料１及び比較例試料１〜４について、Ｘ線回折スペクトルを取得した。結果を図３に示す。図３に示すように、全ての材料について、γ相を確認できるとともに、他の相を確認できなかった。したがって、９００℃、２時間の焼成によって、ほぼ完全にγ−アルミナを得ることができることがわかった。
(1) Evaluation of porous alumina particle material under conditions of firing at 900 ° C. for 2 hours (X-ray diffraction spectrum)
X-ray diffraction spectra were obtained for Example Sample 1 and Comparative Samples 1-4 synthesized in Example 1. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 3, the γ phase could be confirmed for all materials, and other phases could not be confirmed. Therefore, it was found that γ-alumina can be obtained almost completely by firing at 900 ° C. for 2 hours.
（ＳＥＭ観察）
ＳＥＭ観察の結果を図４に示す。図４に示すように、いずれの材料も真球に近い球状粒子であることがわかった。
(SEM observation)
The result of SEM observation is shown in FIG. As shown in FIG. 4, it was found that all materials were spherical particles close to a true sphere.
（比表面積及び相対密度）
相対密度及び比表面積の測定結果を表２及び図５に示す。実施例試料１は、８０ｍ2／ｇを超える比表面積を有するとともに、その相対密度も約６０％であった。すなわち、比較例１〜４に比較して高い比表面積を有する一方、低い相対密度を有していた。このことは、実施例試料１の原料液においては、沈殿させた水酸化アルミニウムにクエン酸を添加してアルミニウム含有コロイドを形成したためと考えられた。
(Specific surface area and relative density)
The measurement results of relative density and specific surface area are shown in Table 2 and FIG. Example Sample 1 had a specific surface area of more than 80 m 2 / g and a relative density of about 60%. That is, while having a high specific surface area compared with Comparative Examples 1-4, it had a low relative density. This was considered to be because in the raw material solution of Example Sample 1, citric acid was added to the precipitated aluminum hydroxide to form an aluminum-containing colloid.
これに対して、クエン酸を用いるがアンモニアで中和した比較例試料１及び２では、相対密度も８０％を超え多孔質性に劣るとともに、比表面積も１５〜３０ｍ2／ｇしかなかった。また、クエン酸のみを用いた比較例試料３では、相対密度が９０％であり、比表面積は１５ｍ2／ｇ程度であった。さらに、クエン酸もアンモニアも含まない比較例試料４は、相対密度は８０％程度であり、比表面積は４０ｍ2／ｇであり、比較例試料１〜３よりも相対密度も比表面積も良好であった。比較例試料１〜３と４とを対比すると、多孔質アルミナ粒子の製造にあたっては、比較例試料１〜３のようなクエン酸とアンモニアの使用は逆効果であることを示唆している。 On the other hand, in Comparative Samples 1 and 2 using citric acid but neutralized with ammonia, the relative density exceeded 80% and the porosity was inferior, and the specific surface area was only 15 to 30 m 2 / g. In Comparative Sample 3 using only citric acid, the relative density was 90% and the specific surface area was about 15 m 2 / g. Furthermore, the comparative sample 4 containing neither citric acid nor ammonia has a relative density of about 80% and a specific surface area of 40 m 2 / g. The relative density and the specific surface area are better than those of the comparative samples 1 to 3. there were. Comparing Comparative Samples 1 to 3 and 4 suggests that in the production of porous alumina particles, the use of citric acid and ammonia as in Comparative Samples 1 to 3 is counterproductive.
以上のことから、実施例試料１によれば、水酸化アルミニウム（不溶物）に対してクエン酸を供給して形成した比較的大きく、かつ多様な形態でアルミニウムを含有するコロイド粒子を含むコロイド溶液となっていたため、液滴の乾燥〜熱分解の過程において、液滴表面及び液滴内部においても空隙を形成されやすくなっていたと考えられる。一方、比較例試料１、２では、予め十分にクエン酸が供給されているため、アンモニアを加えた後においても微細かつ均一なコロイド粒子が形成されており、液滴の乾燥〜熱分解の過程において、焼結が進行しやすく、細孔が少なくなったものと考えられた。 From the above, according to Example Sample 1, a colloid solution containing colloidal particles containing aluminum in a relatively large and various form formed by supplying citric acid to aluminum hydroxide (insoluble matter). Therefore, it is considered that voids were easily formed on the surface of the droplet and inside the droplet in the process of drying and pyrolysis of the droplet. On the other hand, in Comparative Samples 1 and 2, since citric acid was sufficiently supplied in advance, fine and uniform colloidal particles were formed even after adding ammonia, and the process of drying and pyrolysis of droplets , It was considered that the sintering proceeded easily and the number of pores was reduced.
さらに、クエン酸のみを添加した比較例試料３でも、液滴中には、均一にアルミニウムとクエン酸とが含まれた結果、焼結が進行しやすく多孔質性が低くなったものと考えられた。また、無添加である比較例試料４では、分解の過程で水酸化アルミニウムが生成し、二次粒子内に複雑な微細構造を形成したためと考えられる。 Further, even in Comparative Sample 3 to which only citric acid was added, it was considered that as a result of uniformly containing aluminum and citric acid in the droplet, sintering was likely to proceed and the porosity was low. It was. In addition, it is considered that in the comparative sample 4 which is not added, aluminum hydroxide was generated during the decomposition process, and a complicated fine structure was formed in the secondary particles.
（２）１１００℃、２時間焼成条件による多孔質アルミナ粒子材料の評価
（Ｘ線回折スペクトル）
（１）と同様に、実施例１で合成した実施例試料１及び比較例試料１〜４について、Ｘ線回折スペクトルを取得した。結果を図６に示す。図６に示すように、全ての材料について、α相を確認できたが、α相よりも少ないがγ相も確認した。したがって、１１００℃、２時間の焼成によって、概ねα−アルミナ相を得ることはできることがわかった。
(2) Evaluation of porous alumina particle material by firing conditions at 1100 ° C. for 2 hours (X-ray diffraction spectrum)
Similar to (1), X-ray diffraction spectra were obtained for Example Sample 1 and Comparative Samples 1 to 4 synthesized in Example 1. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 6, the α phase was confirmed for all the materials, but the γ phase was also confirmed although it was smaller than the α phase. Therefore, it was found that an α-alumina phase can be obtained roughly by firing at 1100 ° C. for 2 hours.
（ＳＥＭ観察）
結果を図７に示す。図７に示すように、ＳＥＭ観察により、いずれの材料も真球に近い球状粒子であることがわかった。
(SEM observation)
The results are shown in FIG. As shown in FIG. 7, it was found by SEM observation that all the materials were spherical particles close to a true sphere.
（比表面積及び相対密度）
結果を表２及び図８に示す。実施例試料１は、２０ｍ2／ｇを超える比表面積を有するとともに、その相対密度も約７０％であった。すなわち、（１）と同様に、比較例１〜４に比較して高い比表面積を有する一方、低い相対密度を有していた。このことは、実施例試料１の原料液においては、クエン酸が有効に不溶物の水酸化アルミニウムに対して供給された結果、多様な形態でアルミニウムを含有するコロイド粒子を含むアルミニウム含有コロイドになったためと考えられた。また、（１）との比較から、１１００℃、２時間焼成により、粒子内部での焼結が進行して相対密度が増大し、比表面積が減少したものと考えられた。
(Specific surface area and relative density)
The results are shown in Table 2 and FIG. Example Sample 1 had a specific surface area exceeding 20 m 2 / g and a relative density of about 70%. That is, similarly to (1), while having a high specific surface area compared with Comparative Examples 1-4, it had a low relative density. This is because, in the raw material liquid of Example Sample 1, citric acid was effectively supplied to insoluble aluminum hydroxide, resulting in an aluminum-containing colloid including colloidal particles containing aluminum in various forms. It was thought that it was because of. Further, from comparison with (1), it was considered that sintering within the particles progressed by firing at 1100 ° C. for 2 hours, the relative density increased, and the specific surface area decreased.
また、（１）と同様、クエン酸を用いるがアンモニアで中和した比較例試料１及び２では、相対密度も約９０％を超え多孔質性に劣るとともに、比表面積も１０ｍ2／ｇを下回る結果となった。また、クエン酸のみを用いた比較例試料３でも同程度であった。一方、クエン酸もアンモニアも含まない比較例試料４は、相対密度は８０％程度であり、比表面積も２０ｍ2／ｇであり、比較例試料１〜３よりも相対密度も比表面積も良好であった。これらの結果から、（１）と同様、多孔質アルミナ粒子の製造にあたっては、比較例試料１〜３のようなクエン酸とアンモニアの使用は逆効果であることを示唆している。 Further, as in (1), in Comparative Samples 1 and 2 using citric acid but neutralized with ammonia, the relative density exceeds about 90% and the porosity is inferior, and the specific surface area is also less than 10 m 2 / g. As a result. The same result was obtained for Comparative Sample 3 using only citric acid. On the other hand, the comparative sample 4 containing neither citric acid nor ammonia has a relative density of about 80% and a specific surface area of 20 m 2 / g. The relative density and the specific surface area are better than those of the comparative samples 1 to 3. there were. From these results, as in (1), in the production of porous alumina particles, it is suggested that the use of citric acid and ammonia as in Comparative Examples 1 to 3 is counterproductive.
以上の（１）及び（２）で得られた実施例試料１の９００℃及び１１００℃の各焼成結果と、比較例試料４の各焼成結果と、を対比すると、クエン酸を含有する実施例試料１では、噴霧熱分解後の焼成温度によって、相対密度及び比表面積が大きく変化するのに対し（すなわち、１１００℃で焼成すると緻密化が進行する。）、クエン酸を含有しない比較例試料４では、そのような傾向が少ない。このことから、実施例試料１においては、噴霧熱分解後の焼成工程によっても、比表面積や相対密度を調整可能であることがわかった。また、実施例試料１においては、噴霧熱分解における温度設定によっても、容易に比表面積や相対密度を調整可能であることがわかった。 When each baking result of 900 degreeC and 1100 degreeC of the Example sample 1 obtained by the above (1) and (2) and each baking result of the comparative example sample 4 are contrasted, the Example which contains a citric acid In Sample 1, the relative density and specific surface area vary greatly depending on the firing temperature after spray pyrolysis (that is, densification proceeds when fired at 1100 ° C.), but Comparative Sample 4 containing no citric acid. Then, such a tendency is few. From this, it was found that in Example Sample 1, the specific surface area and the relative density can be adjusted also by the baking step after spray pyrolysis. Moreover, in Example sample 1, it turned out that a specific surface area and a relative density can be adjusted easily also by the temperature setting in spray pyrolysis.
Claims (11)
不溶物として水酸化アルミニウムを含む第１の原料液に対して、カルボン酸を加えて、アルミニウム含有コロイドである第２の原料液を調製する原料液調製工程と、
前記第２の原料液の液滴を加熱して粒子化する粒子化工程と、
を備える、方法。 A method for producing a porous alumina particle material, comprising:
A raw material liquid preparation step of adding a carboxylic acid to the first raw material liquid containing aluminum hydroxide as an insoluble material to prepare a second raw material liquid that is an aluminum-containing colloid;
A particleizing step of heating the second raw material liquid droplets into particles;
A method comprising:
結晶性アルミナを含有し、相対密度が６０％以上８０％以下、比表面積が２０ｍ2／ｇ以上８０ｍ2／ｇ以下である多孔質アルミナ粒子を含む、材料。 A porous alumina particle material,
A material comprising crystalline alumina, comprising porous alumina particles having a relative density of 60% or more and 80% or less and a specific surface area of 20 m 2 / g or more and 80 m 2 / g or less.
γ−アルミナを含有し、相対密度が６０％以上８０％以下、比表面積が６０ｍ2／ｇ以上である多孔質アルミナ粒子を含む、材料。 A porous alumina particle material,
A material comprising porous alumina particles containing γ-alumina, having a relative density of 60% to 80% and a specific surface area of 60 m 2 / g or more.
α−アルミナを含有し、相対密度が６０％以上８０％以下、比表面積が２０ｍ2／ｇ以上である多孔質アルミナ粒子を含む、材料。 A porous alumina particle material,
A material comprising α-alumina, porous alumina particles having a relative density of 60% to 80% and a specific surface area of 20 m 2 / g or more.
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