JP2020176016A - サポナイト型粘土鉱物の合成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】アンモニアやフッ素を用いることなく、従来よりも低温で、しかも低コストでの合成が可能な、サポナイト型粘土鉱物の合成方法を提供する。【解決手段】原料として酸性マグネシウム塩、オルトケイ酸ナトリウム、及びアルミニウム塩を用い、これらの水溶液を混合後、ｐＨを９〜１２に調整し、脱塩処理を行った後、１３０〜２００℃にて加熱することによって、サポナイト型粘土鉱物を合成する。【選択図】図１
Description
本発明は、サポナイト型粘土鉱物の合成方法に関するものである。
粘土鉱物は、一般に層状のケイ酸塩であり、その層間に水や金属イオン、そして有機物も取り込むことができることから、イオン交換、触媒、湿度調整など、機能性材料として幅広い分野で用いられている。中でも、ケイ素、アルミニウム、マグネシウム、ナトリウム、酸素、水素から構成される３八面体型の層状ケイ酸塩であるサポナイトは、油類の吸着性能に優れており、洗剤の補助剤としても用いられている。
粘土鉱物の利用においては、天然品を精製して純度を高くして用いる場合と、高純度な合成品を用いる場合があるが、合成品は高純度であるものの価格が高いため、さらなる低コストで合成できることが求められている。
粘土鉱物の利用においては、天然品を精製して純度を高くして用いる場合と、高純度な合成品を用いる場合があるが、合成品は高純度であるものの価格が高いため、さらなる低コストで合成できることが求められている。
上記背景の中、サポナイトの合成に関しても開発が行われ、種々の合成方法が提案されている。
サポナイトの合成方法の１つとして、固体原料を用いて加熱溶融する方法が挙げられる。
例えば、特許文献１には、シリカ原料、アルミナ原料、マグネシウム原料、ナトリウムおよび/またはリチウム原料とフッ化物原料を、固相状態で７９０〜９３０℃により加熱溶融し、合成サポナイトを製造することが記載されている。
例えば、特許文献１には、シリカ原料、アルミナ原料、マグネシウム原料、ナトリウムおよび/またはリチウム原料とフッ化物原料を、固相状態で７９０〜９３０℃により加熱溶融し、合成サポナイトを製造することが記載されている。
また、他の方法として、原料水溶液を用いて水熱合成する方法がある。
例えば、特許文献２には、水ガラス、マグネシウム塩、アルミニウム塩の混合液から過剰のアルカリ、特にアンモニア水和ゲルを沈殿させ、副生溶解質を水洗除去した後、一価あるいは二価の陽イオン及びフッ素イオンを添加し、これを３００℃程度の水熱反応によって合成することが記載されている。
例えば、特許文献２には、水ガラス、マグネシウム塩、アルミニウム塩の混合液から過剰のアルカリ、特にアンモニア水和ゲルを沈殿させ、副生溶解質を水洗除去した後、一価あるいは二価の陽イオン及びフッ素イオンを添加し、これを３００℃程度の水熱反応によって合成することが記載されている。
また、特許文献３では、水ガラス、塩化マグネシウム、塩化アルミニウムを原料として用い、アンモニアを添加して洗浄後３００℃で水熱処理を行い、サポナイトに類似した粘土鉱物を合成している。なお、該特許文献では、フッ素イオンは特に添加しなくとも合成できるとしている。
さらに、特許文献４では、塩基性炭酸マグネシウム、ケイ酸ナトリウム、アルミン酸ナトリウムの混合液を水熱処理することで膨潤性合成サポナイト型粘土鉱物を製造している。この合成方法では、マグネシウム成分として塩基性炭酸マグネシウムを用いることにより、従来のサポナイト合成において必須成分であったフッ素イオンを含有することなく、また低温での水熱条件（１００〜３００℃、０．５〜２０時間）にてサポナイトの合成を可能とした。
上記のように、これまでに種々の方法でサポナイトが合成されている。
しかし、特許文献１に記載された方法においては、固相状態で溶融反応を行っているため加熱溶融に必要な７００℃以上という高い温度条件で行なわれており、また、フッ化物原料を必要とするという問題があった。
また、特許文献２、３に記載された方法は、マグネシウム原料に硫酸マグネシウムや塩化マグネシウムなどの安価な酸性マグネシウムを用いて水熱合成により合成するものであって、特許文献１に記載の方法に比べて低温で合成できる。しかし、特許文献２に記載の方法は、反応操作が複数段階あること、多量のアンモニアまたはアルカリを用いることから多量の副生塩を生じる。また、特許文献２，３に記載の方法ではいずれも、原料に水ガラス（ケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）の濃水溶液）を用いており、水ガラスではＳｉＯ４四面体が複雑に重合しているため、３００℃程度の高温での合成が行われていた。
これに対し、特許文献４に記載された方法では、原料にケイ酸ナトリウムを用いており、低温での水熱条件（１００〜３００℃）が可能である。しかし、この方法では、マグネシウム成分として用いる塩基性炭酸マグネシウムとして、炭酸マグネシウムや水酸化マグネシウムあるいはこれらの混合物を用いると、サポナイトを高収率及び高純度で得ることができないため、高価なハイドロマグネサイトを用いるのが特に望ましいとされている。
しかし、特許文献１に記載された方法においては、固相状態で溶融反応を行っているため加熱溶融に必要な７００℃以上という高い温度条件で行なわれており、また、フッ化物原料を必要とするという問題があった。
また、特許文献２、３に記載された方法は、マグネシウム原料に硫酸マグネシウムや塩化マグネシウムなどの安価な酸性マグネシウムを用いて水熱合成により合成するものであって、特許文献１に記載の方法に比べて低温で合成できる。しかし、特許文献２に記載の方法は、反応操作が複数段階あること、多量のアンモニアまたはアルカリを用いることから多量の副生塩を生じる。また、特許文献２，３に記載の方法ではいずれも、原料に水ガラス（ケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）の濃水溶液）を用いており、水ガラスではＳｉＯ４四面体が複雑に重合しているため、３００℃程度の高温での合成が行われていた。
これに対し、特許文献４に記載された方法では、原料にケイ酸ナトリウムを用いており、低温での水熱条件（１００〜３００℃）が可能である。しかし、この方法では、マグネシウム成分として用いる塩基性炭酸マグネシウムとして、炭酸マグネシウムや水酸化マグネシウムあるいはこれらの混合物を用いると、サポナイトを高収率及び高純度で得ることができないため、高価なハイドロマグネサイトを用いるのが特に望ましいとされている。
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、アンモニアやフッ素を用いることなく、従来よりも低温で、しかも低コストでの合成が可能な、サポナイトの合成方法を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、上記目的を達成すべく検討したところ、ケイ酸原料としてオルトケイ酸ナトリウム（Ｎａ４ＳｉＯ４）を用いることにより解決しうるという知見を得た。該知見に基づき、更に検討を重ねた結果、原料に、酸性マグネシウム塩、オルトケイ酸ナトリウム、及びアルミニウム塩を用い、これらの水溶液を混合後、ｐＨを調製し、脱塩処理を行った後、１３０〜２００℃にて水熱合成することによって合成できることを見出した。以下、合成により得られたサポナイトを「サポナイト型粘土鉱物」ということとする。
本発明は、これらの知見に基づいて完成に至ったものであり、以下の通りである。
[１］原料として、酸性マグネシウム塩、オルトケイ酸ナトリウム、及びアルミニウム塩を用い、これらの水溶液を混合後、ｐＨを９〜１２に調整し、脱塩処理を行った後、１３０〜２００℃で加熱することにより、Ｘ線源としてＣｕ用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝５．２〜６．５°付近と２θ＝６０.５°付近にピークを有するとともに、２θ＝５．２〜６．５°のピークがエチレングリコール処理によって２θ＝４．３〜５．１にシフトすることを特徴とするサポナイト型粘土鉱物を合成する方法。
［２］酸性マグネシウム塩の水溶液、オルトケイ酸ナトリウムの水溶液、及びアルミニウム塩の水溶液を、Ｍｇ：Ｓｉ：Ａｌのモル比が、５．０〜６．０：６．８〜７．５：０．５〜１．２となるように混合することを特徴とする［１］に記載の方法。
[１］原料として、酸性マグネシウム塩、オルトケイ酸ナトリウム、及びアルミニウム塩を用い、これらの水溶液を混合後、ｐＨを９〜１２に調整し、脱塩処理を行った後、１３０〜２００℃で加熱することにより、Ｘ線源としてＣｕ用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝５．２〜６．５°付近と２θ＝６０.５°付近にピークを有するとともに、２θ＝５．２〜６．５°のピークがエチレングリコール処理によって２θ＝４．３〜５．１にシフトすることを特徴とするサポナイト型粘土鉱物を合成する方法。
［２］酸性マグネシウム塩の水溶液、オルトケイ酸ナトリウムの水溶液、及びアルミニウム塩の水溶液を、Ｍｇ：Ｓｉ：Ａｌのモル比が、５．０〜６．０：６．８〜７．５：０．５〜１．２となるように混合することを特徴とする［１］に記載の方法。
本発明によれば、原料として酸性マグネシウム塩、オルトケイ酸ナトリウム、及びアルミニウム塩を用いることにより、アンモニアやフッ素を用いることなく、１３０〜２００℃の低温で、しかも簡便で安価にサポナイト型粘土鉱物を合成できる方法を提供できる。
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明のサポナイト型粘土鉱物は、主な構成元素をケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ナトリウム（Ｎａ）、酸素（Ｏ）及び水素（Ｈ）とし、Ｓｉ四面体からなる四面体層とＡｌおよびＭｇからなる八面体層の組み合わせから形成された３八面体型の層状ケイ酸塩粘土鉱物である。
本発明のサポナイト型粘土鉱物は、主な構成元素をケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ナトリウム（Ｎａ）、酸素（Ｏ）及び水素（Ｈ）とし、Ｓｉ四面体からなる四面体層とＡｌおよびＭｇからなる八面体層の組み合わせから形成された３八面体型の層状ケイ酸塩粘土鉱物である。
本発明では、この層状ケイ酸塩粘土鉱物の合成原料に、酸性マグネシウム塩、オルトケイ酸ナトリウム、及びアルミニウム塩を用い、これらの水溶液から水熱反応により、Ｓｉ四面体からなる四面体層とＡｌおよびＭｇからなる八面体層を形成することによって合成するものである。
そしてこの層状ケイ酸塩粘土鉱物は、酸性マグネシウム塩の水溶液、オルトケイ酸ナトリウムの水溶液、及びアルミニウム塩の水溶液を、Ｍｇ：Ｓｉ：Ａｌのモル比が、５．０〜６．０：６．８〜７．５：０．５〜１．２となるように混合し、酸にてｐＨを９〜１２に調整し、その後脱塩処理したものを１３０〜２００℃にて加熱することにより人工的に得ることが可能である。
そしてこの層状ケイ酸塩粘土鉱物は、酸性マグネシウム塩の水溶液、オルトケイ酸ナトリウムの水溶液、及びアルミニウム塩の水溶液を、Ｍｇ：Ｓｉ：Ａｌのモル比が、５．０〜６．０：６．８〜７．５：０．５〜１．２となるように混合し、酸にてｐＨを９〜１２に調整し、その後脱塩処理したものを１３０〜２００℃にて加熱することにより人工的に得ることが可能である。
酸性マグネシウム塩としては、具体的には、例えば、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム等が好適なものとして挙げられる。
またケイ素源としてオルトケイ酸ナトリウムが用いられる。
さらにアルミニウム塩としては、アルミニウムイオンであればよく、具体的には、例えば、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム及びアルミン酸ナトリウム等のアルミニウム化合物が挙げられる。これらのケイ素源及びアルミニウム源は、上記の化合物に限定されるものではなく、それらと同効のものであれば同様に使用することができる。
またケイ素源としてオルトケイ酸ナトリウムが用いられる。
さらにアルミニウム塩としては、アルミニウムイオンであればよく、具体的には、例えば、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム及びアルミン酸ナトリウム等のアルミニウム化合物が挙げられる。これらのケイ素源及びアルミニウム源は、上記の化合物に限定されるものではなく、それらと同効のものであれば同様に使用することができる。
これらの原料を適切な水溶液に溶解させ、所定の濃度の溶液を調製する。本目的であるサポナイト型粘土鉱物を合成するには、Ｍｇ、Ｓｉ、Ａｌモル比が５．０〜６．０：６．８〜７．５：０．５〜１．２となるように混合することが必要である。溶液中の酸性マグネシウム塩の水溶液の濃度は０．１〜１ｍｏｌ／Ｌ、オルトケイ酸ナトリウムの水溶液の濃度は０．１〜１ｍｏｌ／Ｌ、アルミニウム塩の水溶液の濃度は０．０１〜０．１ｍｏｌ／Ｌであるが、好適な濃度としては、０．１〜０．６ｍｏｌ／Ｌの酸性マグネシウム塩の水溶液と、０．１〜０．６ｍｏｌ／Ｌのオルトケイ酸ナトリウムの水溶液と、０．０１〜０．０６ｍｏｌ／Ｌのアルミニウム塩の水溶液を混合することが好ましい。これらの比率及び濃度に基づいて、オルトケイ酸ナトリウムの水溶液に、酸性マグネシウム塩とアルミニウム塩を溶解させた溶液を混合し、酸又はアルカリを添加してｐＨを９〜１２に調整して、前駆体を形成した後、遠心分離、濾過、膜分離等により、溶液中の共存イオンを取り除く。この脱塩処理を行った後に回収した固形分を純水中に分散させ、再度脱塩処理によって固形分を回収し、この固形分を純水中に分散させたものが、サポナイト型粘土鉱物となる前駆体物質を含む懸濁液である。
この前駆体物質を含む懸濁液を、１３０〜２００℃で加熱することにより、サポナイト型粘土鉱物を得ることができる。
次に、本発明を実施例及び比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
（実施例１）
ＭｇおよびＡｌ源として、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを純水に溶解させ、Ｍｇ濃度０．３４ｍｏｌ／ＬおよびＡｌ濃度０．０４７ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。またＳｉ源として、オルトケイ酸ナトリウムを純水に溶解させＳｉ濃度０．４１ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。オルトケイ酸ナトリウム水溶液に、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを溶解させた水溶液を添加し、溶液が均質になるまで６００ｒｐｍの速さで撹拌子を回転させ撹拌を約２時間行った。撹拌後の溶液の約半分に対してｐＨが１０．１になるまで、１ｍｏｌ／ＬのＨＣｌを４８ｍＬ添加し、一晩撹拌した。
一晩撹拌後、遠心分離によって固液を分離する。回収した固形分に純水を加え１０分間撹拌を行う。再度遠心分離により固液を分離し、回収した固形分に純水を加え、溶液の総量が２００ｍＬとなるようにした後、さらに一晩撹拌した。
撹拌後、懸濁液の約１８ｍＬをテフロン（登録商標）カップに入れ、２００℃にて７日間加熱を行った。１１０００ｒｐｍの速さで加熱後遠心分離により固液分離を行い、回収した固形分の一部をスライドガラスにペーストした後、残りの固形分を６０℃にて１日以上乾燥した。
（実施例１）
ＭｇおよびＡｌ源として、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを純水に溶解させ、Ｍｇ濃度０．３４ｍｏｌ／ＬおよびＡｌ濃度０．０４７ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。またＳｉ源として、オルトケイ酸ナトリウムを純水に溶解させＳｉ濃度０．４１ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。オルトケイ酸ナトリウム水溶液に、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを溶解させた水溶液を添加し、溶液が均質になるまで６００ｒｐｍの速さで撹拌子を回転させ撹拌を約２時間行った。撹拌後の溶液の約半分に対してｐＨが１０．１になるまで、１ｍｏｌ／ＬのＨＣｌを４８ｍＬ添加し、一晩撹拌した。
一晩撹拌後、遠心分離によって固液を分離する。回収した固形分に純水を加え１０分間撹拌を行う。再度遠心分離により固液を分離し、回収した固形分に純水を加え、溶液の総量が２００ｍＬとなるようにした後、さらに一晩撹拌した。
撹拌後、懸濁液の約１８ｍＬをテフロン（登録商標）カップに入れ、２００℃にて７日間加熱を行った。１１０００ｒｐｍの速さで加熱後遠心分離により固液分離を行い、回収した固形分の一部をスライドガラスにペーストした後、残りの固形分を６０℃にて１日以上乾燥した。
実施例１にて得られた生成物について、蛍光Ｘ線による生成物の組成分析を行った。得られた生成物の化学組成は以下の結果であった。
Ｍｇ5.7 (Ｓｉ7.5, Ａｌ0.5) Ｏ20(ＯＨ)4
Ｍｇ5.7 (Ｓｉ7.5, Ａｌ0.5) Ｏ20(ＯＨ)4
実施例１にて得られた生成物について、粉末Ｘ線回折測定を行った。
図１に得られた生成物の粉末Ｘ線回折図形を示す。図１（ａ）に見られるように、２θ＝６.０°にピークが見られ、このピークはエチレングリコール処理によって２θ＝５.０°に移動した。また、図１（ｂ）に見られるように、２θ＝６０.７°にピークが見られた。
化学組成および粉末Ｘ線回折の結果から、実施例１の物質はサポナイト型粘土鉱物であることが確認された。
図１に得られた生成物の粉末Ｘ線回折図形を示す。図１（ａ）に見られるように、２θ＝６.０°にピークが見られ、このピークはエチレングリコール処理によって２θ＝５.０°に移動した。また、図１（ｂ）に見られるように、２θ＝６０.７°にピークが見られた。
化学組成および粉末Ｘ線回折の結果から、実施例１の物質はサポナイト型粘土鉱物であることが確認された。
（実施例２）
ＭｇおよびＡｌ源として、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを純水に溶解させ、Ｍｇ濃度０．３４ｍｏｌ／ＬおよびＡｌ濃度０．０４７ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。またＳｉ源として、オルトケイ酸ナトリウムを純水に溶解させＳｉ濃度０．４１ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。オルトケイ酸ナトリウム水溶液に、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを溶解させた水溶液を添加し、溶液が均質になるまで６００ｒｐｍの速さで撹拌子を回転させ撹拌を約２時間行った。撹拌後の溶液の約半分に対してｐＨが１０．１になるまで、１ｍｏｌ／ＬのＨＣｌを４８ｍＬ添加し、一晩撹拌した。
一晩撹拌後、遠心分離によって固液を分離する。回収した固形分に純水を加え１０分間撹拌を行う。再度遠心分離により固液を分離し、回収した固形分に純水を加え、溶液の総量が２００ｍＬとなるようにした後、さらに一晩撹拌した。
撹拌後、懸濁液の約１８ｍＬをテフロンカップに入れ、２００℃にて２日間加熱を行った。１１０００ｒｐｍの速さで加熱後遠心分離により固液分離を行い、回収した固形分の一部をスライドガラスにペーストした後、残りの固形分を６０℃にて１日以上乾燥した。
ＭｇおよびＡｌ源として、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを純水に溶解させ、Ｍｇ濃度０．３４ｍｏｌ／ＬおよびＡｌ濃度０．０４７ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。またＳｉ源として、オルトケイ酸ナトリウムを純水に溶解させＳｉ濃度０．４１ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。オルトケイ酸ナトリウム水溶液に、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを溶解させた水溶液を添加し、溶液が均質になるまで６００ｒｐｍの速さで撹拌子を回転させ撹拌を約２時間行った。撹拌後の溶液の約半分に対してｐＨが１０．１になるまで、１ｍｏｌ／ＬのＨＣｌを４８ｍＬ添加し、一晩撹拌した。
一晩撹拌後、遠心分離によって固液を分離する。回収した固形分に純水を加え１０分間撹拌を行う。再度遠心分離により固液を分離し、回収した固形分に純水を加え、溶液の総量が２００ｍＬとなるようにした後、さらに一晩撹拌した。
撹拌後、懸濁液の約１８ｍＬをテフロンカップに入れ、２００℃にて２日間加熱を行った。１１０００ｒｐｍの速さで加熱後遠心分離により固液分離を行い、回収した固形分の一部をスライドガラスにペーストした後、残りの固形分を６０℃にて１日以上乾燥した。
実施例２にて得られた生成物について、蛍光Ｘ線による生成物の組成分析を行った。得られた生成物の化学組成は以下の結果であった。
Ｍｇ5.7 (Ｓｉ7.5, Ａｌ0.5) Ｏ20(ＯＨ)4
Ｍｇ5.7 (Ｓｉ7.5, Ａｌ0.5) Ｏ20(ＯＨ)4
実施例２にて得られた生成物について、粉末Ｘ線回折測定を行った。
図２に得られた生成物の粉末Ｘ線回折図形を示す。図２（ａ）に見られるように、２θ＝６.０°にピークが見られ、このピークはエチレングリコール処理によって２θ＝５.０°に移動した。また、図２（ｂ）に見られるように２θ＝６０.７°にピークが見られた。
化学組成および粉末Ｘ線回折の結果から、実施例２の物質はサポナイト型粘土鉱物であることが確認された。
図２に得られた生成物の粉末Ｘ線回折図形を示す。図２（ａ）に見られるように、２θ＝６.０°にピークが見られ、このピークはエチレングリコール処理によって２θ＝５.０°に移動した。また、図２（ｂ）に見られるように２θ＝６０.７°にピークが見られた。
化学組成および粉末Ｘ線回折の結果から、実施例２の物質はサポナイト型粘土鉱物であることが確認された。
（実施例３）
ＭｇおよびＡｌ源として、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを純水に溶解させ、Ｍｇ濃度０．３４ｍｏｌ／ＬおよびＡｌ濃度０．０４７ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。またＳｉ源として、オルトケイ酸ナトリウムを純水に溶解させＳｉ濃度０．４１ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。オルトケイ酸ナトリウム水溶液に、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを溶解させた水溶液を添加し、溶液が均質になるまで６００ｒｐｍの速さで撹拌子を回転させ撹拌を約２時間行った。撹拌後の溶液の約６分の１に対して、撹拌後ｐＨが１２．０になるまで、１ｍｏｌ／ＬのＨＣｌを１３．５ｍＬ添加し、一晩撹拌した。
一晩撹拌後、遠心分離によって固液を分離する。回収した固形分に純水を加え１０分間撹拌を行う。再度遠心分離により固液を分離し、回収した固形分に純水を加え、溶液の総量が２００ｍＬとなるようにした後、さらに一晩撹拌した。
撹拌後、懸濁液の約１８ｍＬをテフロンカップに入れ、１３０℃にて７日間加熱を行った。１１０００ｒｐｍの速さで加熱後遠心分離により固液分離を行い、回収した固形分の一部をスライドガラスにペーストした後、残りの固形分を６０℃にて１日以上乾燥した。
ＭｇおよびＡｌ源として、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを純水に溶解させ、Ｍｇ濃度０．３４ｍｏｌ／ＬおよびＡｌ濃度０．０４７ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。またＳｉ源として、オルトケイ酸ナトリウムを純水に溶解させＳｉ濃度０．４１ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。オルトケイ酸ナトリウム水溶液に、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを溶解させた水溶液を添加し、溶液が均質になるまで６００ｒｐｍの速さで撹拌子を回転させ撹拌を約２時間行った。撹拌後の溶液の約６分の１に対して、撹拌後ｐＨが１２．０になるまで、１ｍｏｌ／ＬのＨＣｌを１３．５ｍＬ添加し、一晩撹拌した。
一晩撹拌後、遠心分離によって固液を分離する。回収した固形分に純水を加え１０分間撹拌を行う。再度遠心分離により固液を分離し、回収した固形分に純水を加え、溶液の総量が２００ｍＬとなるようにした後、さらに一晩撹拌した。
撹拌後、懸濁液の約１８ｍＬをテフロンカップに入れ、１３０℃にて７日間加熱を行った。１１０００ｒｐｍの速さで加熱後遠心分離により固液分離を行い、回収した固形分の一部をスライドガラスにペーストした後、残りの固形分を６０℃にて１日以上乾燥した。
実施例３にて得られた生成物について、蛍光Ｘ線による生成物の組成分析を行った。得られた生成物の化学組成は以下の結果であった。
Ｍｇ5.7 (Ｓｉ7.5, Ａｌ0.5) Ｏ20(ＯＨ)4
Ｍｇ5.7 (Ｓｉ7.5, Ａｌ0.5) Ｏ20(ＯＨ)4
実施例３にて得られた生成物について、粉末Ｘ線回折測定を行った。
図３に得られた生成物の粉末Ｘ線回折図形を示す。図３（ａ）、（ｂ）に見られるように、２θ＝５．３°にピークが見られ、このピークはエチレングリコール処理によって２θ＝４．５°に移動した。また、図３（ｃ）に見られるように、２θ＝６０．５°にピークが見られた。
化学組成および粉末Ｘ線回折の結果から、実施例３の物質はサポナイト型粘土鉱物であることが確認された。
図３に得られた生成物の粉末Ｘ線回折図形を示す。図３（ａ）、（ｂ）に見られるように、２θ＝５．３°にピークが見られ、このピークはエチレングリコール処理によって２θ＝４．５°に移動した。また、図３（ｃ）に見られるように、２θ＝６０．５°にピークが見られた。
化学組成および粉末Ｘ線回折の結果から、実施例３の物質はサポナイト型粘土鉱物であることが確認された。
（比較例）
ＭｇおよびＡｌ源として、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを純水に溶解させ、Ｍｇ濃度０．３４ｍｏｌ／ＬおよびＡｌ濃度０．０４７ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。またＳｉ源として、オルトケイ酸ナトリウムを純水に溶解させＳｉ濃度０．４１ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。オルトケイ酸ナトリウム水溶液に、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを溶解させた水溶液を添加し、溶液が均質になるまで６００ｒｐｍの速さで撹拌子を回転させ撹拌を約２時間行った。撹拌後の溶液の約６分の１に対して、撹拌後ｐＨが８．９となるように、１ｍｏｌ／ＬのＨＣｌを１６．５ｍＬと１ｍｏｌ／ＬのＮａＯＨを０．６ｍＬ添加し、一晩撹拌した。
一晩撹拌後、遠心分離によって固液を分離する。回収した固形分に純水を加え１０分間撹拌を行う。再度遠心分離により固液を分離し、回収した固形分に純水を加え、溶液の総量が８０ｍＬとなるようにした後、さらに一晩撹拌した。
撹拌後、懸濁液の約１８ｍＬをテフロンカップに入れ、２００℃にて７日間加熱を行った。１１０００ｒｐｍの速さで加熱後遠心分離により固液分離を行い、回収した固形分の一部をスライドガラスにペーストした後、残りの固形分を６０℃にて１日以上乾燥した。
ＭｇおよびＡｌ源として、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを純水に溶解させ、Ｍｇ濃度０．３４ｍｏｌ／ＬおよびＡｌ濃度０．０４７ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。またＳｉ源として、オルトケイ酸ナトリウムを純水に溶解させＳｉ濃度０．４１ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。オルトケイ酸ナトリウム水溶液に、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを溶解させた水溶液を添加し、溶液が均質になるまで６００ｒｐｍの速さで撹拌子を回転させ撹拌を約２時間行った。撹拌後の溶液の約６分の１に対して、撹拌後ｐＨが８．９となるように、１ｍｏｌ／ＬのＨＣｌを１６．５ｍＬと１ｍｏｌ／ＬのＮａＯＨを０．６ｍＬ添加し、一晩撹拌した。
一晩撹拌後、遠心分離によって固液を分離する。回収した固形分に純水を加え１０分間撹拌を行う。再度遠心分離により固液を分離し、回収した固形分に純水を加え、溶液の総量が８０ｍＬとなるようにした後、さらに一晩撹拌した。
撹拌後、懸濁液の約１８ｍＬをテフロンカップに入れ、２００℃にて７日間加熱を行った。１１０００ｒｐｍの速さで加熱後遠心分離により固液分離を行い、回収した固形分の一部をスライドガラスにペーストした後、残りの固形分を６０℃にて１日以上乾燥した。
比較例にて得られた生成物について、粉末Ｘ線回折測定を行った。図４に得られた生成物の粉末Ｘ線回折図形を示す。
図４に見られるように、粉末Ｘ線回折図形によってピークが確認できなかったため、サポナイト型粘土鉱物が合成されていないことが確認された。
図４に見られるように、粉末Ｘ線回折図形によってピークが確認できなかったため、サポナイト型粘土鉱物が合成されていないことが確認された。
（実施例４）
次にサポナイト型粘土鉱物が生成する加熱時のｐＨの範囲を調べるため、以下の実験を行った。
ＭｇおよびＡｌ源として、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを純水に溶解させ、Ｍｇ濃度０．３４ｍｏｌ／ＬおよびＡｌ濃度０．０４７ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。またＳｉ源として、オルトケイ酸ナトリウムを純水に溶解させＳｉ濃度０．４１ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。オルトケイ酸ナトリウム水溶液に、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを溶解させた水溶液を添加し、溶液が均質になるまで６００ｒｐｍの速さで撹拌子を回転させ撹拌を約２時間行った。撹拌後の溶液をいくつかのビーカーに分け、それぞれに異なる量の１ｍｏｌ／ＬのＨＣｌと１ｍｏｌ／ＬのＮａＯＨを加え、ｐＨを２．８、８．３、８．９、９．３、９．８、１０．１、１１．４、１２．０、１３．１とし、一晩撹拌した。
一晩撹拌後、遠心分離によって固液を分離する。回収した固形分に純水を加え１０分間撹拌を行う。再度遠心分離により固液を分離し、回収した固形分に純水を加え、溶液の総量が８０〜２３０ｍＬとなるようにした後、さらに一晩撹拌した。
撹拌後、懸濁液の約１８ｍＬをテフロンカップに入れ、２００℃にて７日間加熱を行った。加熱後１１０００ｒｐｍの速さで遠心分離により固液分離を行い、回収した固形分の一部をスライドガラスにペーストした後、残りの固形分を６０℃にて１日以上乾燥した。
次にサポナイト型粘土鉱物が生成する加熱時のｐＨの範囲を調べるため、以下の実験を行った。
ＭｇおよびＡｌ源として、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを純水に溶解させ、Ｍｇ濃度０．３４ｍｏｌ／ＬおよびＡｌ濃度０．０４７ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。またＳｉ源として、オルトケイ酸ナトリウムを純水に溶解させＳｉ濃度０．４１ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。オルトケイ酸ナトリウム水溶液に、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを溶解させた水溶液を添加し、溶液が均質になるまで６００ｒｐｍの速さで撹拌子を回転させ撹拌を約２時間行った。撹拌後の溶液をいくつかのビーカーに分け、それぞれに異なる量の１ｍｏｌ／ＬのＨＣｌと１ｍｏｌ／ＬのＮａＯＨを加え、ｐＨを２．８、８．３、８．９、９．３、９．８、１０．１、１１．４、１２．０、１３．１とし、一晩撹拌した。
一晩撹拌後、遠心分離によって固液を分離する。回収した固形分に純水を加え１０分間撹拌を行う。再度遠心分離により固液を分離し、回収した固形分に純水を加え、溶液の総量が８０〜２３０ｍＬとなるようにした後、さらに一晩撹拌した。
撹拌後、懸濁液の約１８ｍＬをテフロンカップに入れ、２００℃にて７日間加熱を行った。加熱後１１０００ｒｐｍの速さで遠心分離により固液分離を行い、回収した固形分の一部をスライドガラスにペーストした後、残りの固形分を６０℃にて１日以上乾燥した。
得られた生成物について、それぞれ粉末Ｘ線回折測定を行った。その結果、ｐＨが９．３、９．８、１０．１、１１．４、１２．０ではサポナイト型粘土鉱物が生成していたが、ｐＨが２．８、８．３、８．９、１３．１のときにはサポナイト型粘土鉱物は生成していなかった。
この結果より、溶液を混合した際にサポナイト型粘土鉱物が生成するｐＨの範囲は９〜１２であることが示された。
この結果より、溶液を混合した際にサポナイト型粘土鉱物が生成するｐＨの範囲は９〜１２であることが示された。
（実施例５）
さらにサポナイト型粘土鉱物が生成する加熱時の温度の範囲を調べるため、以下の実験を行った。
ＭｇおよびＡｌ源として、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを純水に溶解させ、Ｍｇ濃度０．３４ｍｏｌ／ＬおよびＡｌ濃度０．０４７ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。またＳｉ源として、オルトケイ酸ナトリウムを純水に溶解させＳｉ濃度０．４１ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。オルトケイ酸ナトリウム水溶液に、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを溶解させた水溶液を添加し、溶液が均質になるまで６００ｒｐｍの速さで撹拌子を回転させ撹拌を約２時間行った。撹拌後の溶液をいくつかのビーカーに分けて、それぞれに１ｍｏｌ／ＬのＨＣｌを加えて、ｐＨを１０〜１２とし、一晩撹拌した。
一晩撹拌後、遠心分離によって固液を分離する。回収した固形分に純水を加え１０分間撹拌を行う。再度遠心分離により固液を分離し、回収した固形分に純水を加え、溶液の総量が８０〜２３０ｍＬとなるようにした後、さらに一晩撹拌した。
撹拌後、懸濁液の約１８ｍＬをテフロンカップに入れ、１３０〜２００℃にて７日間加熱を行った。加熱後１１０００ｒｐｍの速さで遠心分離により固液分離を行い、回収した固形分の一部をスライドガラスにペーストした後、残りの固形分を６０℃にて１日以上乾燥した。
さらにサポナイト型粘土鉱物が生成する加熱時の温度の範囲を調べるため、以下の実験を行った。
ＭｇおよびＡｌ源として、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを純水に溶解させ、Ｍｇ濃度０．３４ｍｏｌ／ＬおよびＡｌ濃度０．０４７ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。またＳｉ源として、オルトケイ酸ナトリウムを純水に溶解させＳｉ濃度０．４１ｍｏｌ／Ｌの水溶液１７５ｍＬを用いた。オルトケイ酸ナトリウム水溶液に、塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを溶解させた水溶液を添加し、溶液が均質になるまで６００ｒｐｍの速さで撹拌子を回転させ撹拌を約２時間行った。撹拌後の溶液をいくつかのビーカーに分けて、それぞれに１ｍｏｌ／ＬのＨＣｌを加えて、ｐＨを１０〜１２とし、一晩撹拌した。
一晩撹拌後、遠心分離によって固液を分離する。回収した固形分に純水を加え１０分間撹拌を行う。再度遠心分離により固液を分離し、回収した固形分に純水を加え、溶液の総量が８０〜２３０ｍＬとなるようにした後、さらに一晩撹拌した。
撹拌後、懸濁液の約１８ｍＬをテフロンカップに入れ、１３０〜２００℃にて７日間加熱を行った。加熱後１１０００ｒｐｍの速さで遠心分離により固液分離を行い、回収した固形分の一部をスライドガラスにペーストした後、残りの固形分を６０℃にて１日以上乾燥した。
得られた生成物について、それぞれ粉末Ｘ線回折測定を行った。その結果、温度が１３０、１４０、１５０、１８０、２００℃ではサポナイト型粘土鉱物が生成していたが、温度が１００、１２０℃ではサポナイト型粘土鉱物は生成していなかった。
この結果より、懸濁液を加熱した際にサポナイト型粘土鉱物が生成する温度の範囲は１３０〜２００℃であることが示された。
この結果より、懸濁液を加熱した際にサポナイト型粘土鉱物が生成する温度の範囲は１３０〜２００℃であることが示された。
Claims (2)
- 原料として、酸性マグネシウム塩、オルトケイ酸ナトリウム及びアルミニウム塩を用い、これらの水溶液を混合後、ｐＨを９〜１２に調整し、脱塩処理を行った後、１３０〜２００℃で加熱することにより、Ｘ線源としてＣｕ用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝５．２〜６．５°付近と２θ＝６０.５°付近にピークを有するとともに、２θ＝５．２〜６．５°のピークがエチレングリコール処理によって２θ＝４．３〜５．１にシフトすることを特徴とするサポナイト型粘土鉱物を合成する方法。
- 酸性マグネシウム塩の水溶液、オルトケイ酸ナトリウムの水溶液、及びアルミニウム塩の水溶液を、Ｍｇ：Ｓｉ：Ａｌのモル比が、５．０〜６．０：６．８〜７．５：０．５〜１．２となるように混合することを特徴とする請求項１に記載の方法。
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