JP2023173401A - 多孔質粒子及び処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた白色を呈する高品質の多孔質粒子及び前記多孔質粒子を用いた処理方法を提供する。【解決手段】メソポア珪藻土の焼成体からなる複数の細孔を有する多孔質体を含む多孔質粒子であって、ＪＩＳ Ｚ８７２２に規定される白色度が９０以上である多孔質粒子、さらには前記細孔の平均孔径が８ｎｍ±２ｎｍの範囲内であり、かつ前記細孔の形状が略円筒状であり、前記細孔が、貫通孔であり、さらに、＜１１１＞配向している結晶を含む多孔質粒子を用いて、空気や水、それに放射性物質等を処理する。【選択図】図１

Description

本発明は、多孔質粒子及び前記多孔質粒子を用いる処理方法に関する。

多孔質体は、表面積が広く、優れた濾過機能や分離機能を実現できるので、従来、これら適用について多くの改良がなされ、種々検討されている。
近年においては、メソポア珪藻土等の多孔質体を除湿等に用いたり、不純物を取り除くためのフィルター等に適用したりすることが検討されている。

特許文献１や２には、メソポア珪藻土等の多孔質体を用いて、調湿したり、水をろ過したり、消臭したりすることが記載されている。しかしながら、これらはいずれも吸湿性や吸着性はあるものの、被処理物である外気や被処理水等の影響を受け、一時的に湿度を下げたり、一時的に不純物を吸着させたりするものであり、水分や不純物の捕集蓄積機能はなく、必ずしも満足のいくものではなかった。
そのため、被処理物である外気や被処理水等の影響を受けずに、また、一時的にではなく、５０％前後の湿度に調節できるような断湿性や不純物を捕集蓄積できる不純物捕集蓄積機能を備えたものが待ち望まれていた。
なお、メソポア珪藻土資材に関しては、建築資材等において、白色を望む需要があるが、通常、メソポア珪藻土資材は、マクロポア珪藻土資材とは異なり、赤色系や黄色系の色味を有しており、１０００℃以上の温度で焼成しても良好な白色を呈するものはなく、前記需要に応じて、白色になるように添加剤（例えば酸化チタンなどの白色顔料等）が加えられたりしたが、それでも良好な白色を得ることは困難であり、多孔質部分が担持等により塞がれてしまい、本来の機能に支障をきたすなど、まだまだ満足のいくものではなかった。

特開２０２０－５５７１２号公報 特開２０１３－２５５８６２号公報

本発明は、優れた白色を呈する高品質の多孔質粒子及び前記多孔質粒子を用いた処理方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、メソポア珪藻土の焼成体からなる複数の細孔を有する多孔質体を含む多孔質粒子であって、ＪＩＳ Ｚ８７２２に規定される白色度が９０以上である多孔質粒子の創製に成功し、このような多孔質粒子が優れた白色を呈する高品質の多孔質粒子であること等を知見し、このような多孔質粒子が、上記した従来の問題を一挙に解決できるものであることを見出した。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
［１］ メソポア珪藻土の焼成体からなる複数の細孔を有する多孔質体を含む多孔質粒子であって、ＪＩＳ Ｚ８７２２に規定される白色度が９０以上であることを特徴とする多孔質粒子。
［２］ 前記細孔が貫通孔でありかつ＜１１１＞配向している結晶を含む前記［１］記載の多孔質粒子。
［３］ 前記細孔の平均孔径が８ｎｍ±２ｎｍの範囲内である前記［１］又は［２］に記載の多孔質粒子。
［４］ 前記細孔の形状が略円筒状である前記［１］～［３］のいずれかに記載の多孔質粒子。
［５］ 前記細孔の孔径と深さとの比が、１：１０～１：１０００の範囲内である前記［１］～［４］のいずれかに記載の多孔質粒子。
［６］ 平均粒径が１μｍ～１００μｍである前記［１］～［５］のいずれかに記載の多孔質粒子。
［７］ 酸化物を主成分として含む前記［１］～［６］のいずれかに記載の多孔質粒子。
［８］ 前記酸化物がＳｉＯ_２を含む前記［７］に記載の多孔質粒子。
［９］ 前記酸化物におけるＦｅ_２Ｏ_３の含有量が０．０１ａｔ％～０．５ａｔ％である前記［７］又は［８］に記載の多孔質粒子。
［１０］ 断湿材を用いて湿度を調節する方法であって、前記断湿材が前記［１］～［９］のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする方法。
［１１］ 消臭剤を用いて消臭する方法であって、前記消臭剤が前記［１］～［９］のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする方法。
［１２］ 放射性物質吸着材を用いて除染する方法であって、前記放射性物質吸着材が前記［１］～［９］のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする方法。
［１３］ 不純物吸着材を用いて水を浄化する方法であって、前記不純物吸着材が前記［１］～［９］のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする方法。
［１４］ 前記［１］～［９］のいずれかに記載の多孔質粒子を含む製品。
［１５］ 被処理物を、処理剤を用いて処理する方法であって、前記処理剤が前記［１］～［９］のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする処理方法。
［１６］ 前記処理剤が、前記多孔質粒子を前記処理剤に対し１０重量％以上含む前記［１５］記載の方法。

本発明の多孔質粒子は、優れた白色を呈する高品質の多孔質粒子であって、前記多孔質粒子を用いた処理方法は、前記多孔質粒子の優れた捕集蓄積機能を奏する。

本発明に用いられる多孔質体の好適な実施態様の一例を模式的に示す図である。 実施例における顕微鏡像（ＴＥＭ像）を示す。 本発明の処理方法の好適な実施態様の一例を模式的に示す図である。 本発明の処理方法の好適な実施態様の一例を模式的に示す図である。

本発明の多孔質粒子は、メソポア珪藻土の焼成体からなる複数の細孔を有する多孔質体を含む多孔質粒子であって、ＪＩＳ Ｚ８７２２に規定される白色度が９０以上であれば特に限定されない。本発明においては、前記細孔が貫通孔でありかつ＜１１１＞配向している結晶を含んでいるのが好ましい。

前記多孔質粒子は、前記多孔質体を含む粒子であればそれでよく、粒子の形状等は特に限定されないし、他の多孔質体、賦形剤、結着剤又は接着剤等の添加剤などが含まれていてもよい。本発明においては、前記細孔の形状が、略円筒状であるのが好ましい。また、前記細孔の平均孔径が８ｎｍ±２ｎｍの範囲内であるのが好ましい。なお、前記貫通孔は、Ｘｅ－ＮＭＲにて確認できるものであってよい。また、前記結晶はＸ線回折装置を用いて確認できるものであってよい。また、本発明においては、前記粒子の平均粒径が１μｍ～１００μｍであるのが好ましい。このような好ましい範囲によれば、断湿性、放射性物質や不純物の捕集蓄積において、より優れた性能を発揮することができる。なお、前記平均粒径は、任意に抽出した１０個の粒子の粒径の平均値をいう。

前記多孔質体は、複数の細孔を有する多孔質体を含む多孔質粒子であって、前記細孔が貫通孔でありかつ＜１１１＞配向している結晶を含んでいるのが好ましい。また本発明においては、前記細孔の孔径と深さとの比が、１：１０～１：１０００の範囲内であるのが好ましく、１：１０～１：１００の範囲内であるのがより好ましい。前記多孔質体の好適な態様を図１に示す。図１の多孔質体は、複数の細孔を有している多孔質体であり、図１には、Ａ－Ａ’断面図とともに、前記細孔の形状が円筒状であることが示されている。前記細孔は、平均孔径が８ｎｍ±２ｎｍの範囲内であり、かつ形状が略円筒状であることがより優れた捕集蓄積機能を奏する観点から肝要である。本発明においては、前記平均孔径が８ｎｍ±２ｎｍの範囲内であるのが好ましく、前記形状が円筒状であるのも好ましい。

前記平均孔径は、任意に抽出した１０個の細孔の孔径の平均値をいう。前記孔径は、前記細孔の直径を意味し、例えば、図１に示されるｗ１をいう。前記深さは、前記細孔の深さを意味し、例えば、前記細孔が貫通孔である場合には、便宜上、前記多孔質体粒子の粒径を前記深さとしてもよい。前記深さは、例えば、図１に示されるｄ１をいう。なお、図１のｗ１は、例えば８ｎｍであり、ｄ１は、例えば５０ｎｍである。

前記多孔質粒子の構成材料は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、本発明においては、酸化物を主成分として含むのが好ましい。前記酸化物は、ＳｉＯ_２を含むのが好ましく、また、Ａｌ_２Ｏ_３を含むのも好ましい。また、本発明においては、前記酸化物におけるＦｅ_２Ｏ_３の含有量が組成比で０．５ａｔ％以下であるのが好ましく、０．１ａｔ％以下であるのがより好ましい。前記酸化物におけるＦｅ_２Ｏ_３の含有量の下限は特に限定されないが、例えば０．０１ａｔ％である。このような好ましいＦｅ_２Ｏ_３の含有量の前記酸化物を主成分として含む前記多孔質粒子は、例えば雨季と乾季とを有する熱帯モンスーン気候下のメソポア珪藻土層の一定の深さの区画から抽出されるメソポア珪藻土を焼成及び粒子状に整粒することにより、容易に得ることができる。なお、前記焼成及び前記整粒の手段及び順序等は本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の手段等が好適に用いられ、これら条件等も適宜設定されてよい。

前記多孔質粒子は、前記細孔を５以上含むのが好ましく、このような好ましい範囲によれば、捕集蓄積機能をより優れたものとすることができる。

本発明においては、前記多孔質粒子のＪＩＳ Ｚ８７２２に規定される白色度が９０以上であるが、このような白色度を有する前記多孔質粒子は、例えば、上記したように、前記多孔質粒子のＦｅ_２Ｏ_３の含有量を０．５ａｔ％以下とすることにより、容易に得ることができる。また、好適な前記多孔質粒子は、例えば、タイ等のメソポア珪藻土層において、ＳＥＭ又はＴＥＭ等の顕微鏡にて測定される、前記細孔の平均孔径が８ｎｍ±２ｎｍの範囲内であり、前記細孔の形状が略円筒状であり、前記細孔の孔径と深さとの比が、１：１０～１：１０００の範囲内となる多孔質体が含まれるメソポア珪藻土層の区画から、所定のメソポア珪藻土を常法に従い取り出し、ついで公知の手段を用いて焼成及び粒子状に整粒することにより、容易に得ることが可能である。なお、タイなどのメソポア珪藻土層において、前記区画が存在し、かつ前記区画にて容易に前記細孔の平均孔径が８ｎｍ±２ｎｍの範囲内であり、前記細孔の形状が略円筒状である前記多孔質体を含む前記多孔質粒子を取り出せることは、本発明者らによる新知見である。

前記多孔質粒子はそのままで又はさらに例えばバインダー等の添加剤や溶媒等と混合され、断湿材、消臭剤、放射性物質吸着材又は不純物吸着材等の製品として用いることができる。前記混合手段は公知の手段であってよい。なお、このような処理方法も本発明に包含される。前記多孔質粒子は、断湿材、消臭剤、放射性物質吸着材又は不純物吸着材において、１０重量％以上含まれるのが好ましく、このような好ましい範囲によれば、前記捕集蓄積機能をより良好なものとすることができる。

（実施例１）
タイの一定の深さにあるメソポア珪藻土層において、図２に示されるように、顕微鏡（ＴＥＭ）にて測定される、前記細孔の平均孔径が８ｎｍ±２ｎｍの範囲内であり、前記細孔の形状が円筒状であり、前記細孔の孔径と深さとの比が、１：１０～１：１０００の範囲内となる多孔質体が得られるメソポア珪藻土層の区画から、メソポア珪藻土を取り出し、ついで６６０℃で焼成及び１０μｍに整粒することにより、本発明の多孔質粒子を得た。なお、得られた多孔質粒子は、Ｘｅ－ＮＭＲにて細孔解析を実施したところ細孔壁面の形状は真っ直ぐに貫通された形状であり、貫通孔を有していた。また、Ｘ線回折装置を用いて多孔質粒子の結晶性につき評価したところ＜１１１＞配向している結晶であることがわかった。また、白度計（ＪＩＳ Ｚ８７２２）にて１０箇所以上の複数地点で計測したところ、いずれも８０以上であり、かつ平均で９０以上であり、きれいで且つ良好な白色を有していた。また、得られた多孔質粒子のＦｅ_２Ｏ_３の含有量を測定したところ、０．５ａｔ％以下であった。

得られた多孔質粒子に粘土を混ぜ、ついで水を用いて、ろくろにて図３に示される多孔質粒子からなる容器を作製した。容器内の湿度と外気の湿度とを測定した。結果を表１に示す。なお、前記細孔の平均孔径が８ｎｍ±２ｎｍの範囲内ではない、他の吸放湿材からなる容器を用いて、上記と同様に容器内の湿度と外気の湿度とを測定し、これを比較例１とした。

表１から明らかなように、比較例品では５０％前後の湿度が外気の湿度変化によって６０％近くまで上昇したが、本発明品は、外気の影響を受けることなく、５０％前後の湿度を維持しており、外気からの水分を良好に捕集蓄積しており、優れた断湿性を有することがわかった。

（実施例２）
実施例１と同様にして、図４に示されるように、マカロニ状のろ過材を作製し、ネットに入れ、フィルターを作製した。セシウムを含有させた試験水を、作製したフィルターに対して流し込み、ろ過材におけるセシウムの捕集蓄積機能を評価した。なお、比較例２としてゼオライトフィルターを用いた。評価結果を表２に示す。

表２から明らかなように、比較例品ではセシウムの捕集蓄積機能は特に確認できなかったが、本発明品では、セシウムが大量に捕集蓄積されており、本発明の多孔質粒子が放射性物質の捕集蓄積性に優れていることがわかった。このような捕集蓄積機能は、ゼオライトフィルターや他のメソポーラスフィルター（平均孔径８ｎｍ±２ｎｍの範囲外のもの及び非円柱状細孔のものを含む）では確認できず、本発明特有の効果である。

本発明の多孔質粒子は、例えば断湿材、消臭剤、放射性物質吸着材又は不純物吸着材として好適に用いられ、空気や水の処理等に好適に用いられる。

１ 多孔質体
２ 細孔
ｄ１ 孔径
ｄ２ 深さ
３ 容器
３ａ 容器のフタ
３ｂ 容器本体
４ 水路管
５ 被処理水（Ｗ）
６ ネット
７ マカロニ状のろ過材

Claims (16)

1. メソポア珪藻土の焼成体からなる複数の細孔を有する多孔質体を含む多孔質粒子であって、ＪＩＳ Ｚ８７２２に規定される白色度が９０以上であることを特徴とする多孔質粒子。
2. 前記細孔が貫通孔でありかつ＜１１１＞配向している結晶を含む請求項１記載の多孔質粒子。
3. 前記細孔の平均孔径が８ｎｍ±２ｎｍの範囲内である請求項１又は２に記載の多孔質粒子。
4. 前記細孔の形状が略円筒状である請求項１～３のいずれかに記載の多孔質粒子。
5. 前記細孔の孔径と深さとの比が、１：１０～１：１０００の範囲内である請求項１～４のいずれかに記載の多孔質粒子。
6. 平均粒径が１μｍ～１００μｍである請求項１～５のいずれかに記載の多孔質粒子。
7. 酸化物を主成分として含む請求項１～６のいずれかに記載の多孔質粒子。
8. 前記酸化物がＳｉＯ_２を含む請求項７に記載の多孔質粒子。
9. 前記酸化物におけるＦｅ_２Ｏ_３の含有量が０．０１ａｔ％～０．５ａｔ％である請求項７又は８に記載の多孔質粒子。
10. 断湿材を用いて湿度を調節する方法であって、前記断湿材が請求項１～９のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする方法。
11. 消臭剤を用いて消臭する方法であって、前記消臭剤が請求項１～９のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする方法。
12. 放射性物質吸着材を用いて除染する方法であって、前記放射性物質吸着材が請求項１～９のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする方法。
13. 不純物吸着材を用いて水を浄化する方法であって、前記不純物吸着材が請求項１～９のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする方法。
14. 請求項１～９のいずれかに記載の多孔質粒子を含む製品。
15. 被処理物を、処理剤を用いて処理する方法であって、前記処理剤が請求項１～９のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする処理方法。
16. 前記処理剤が、前記多孔質粒子を前記処理剤に対し１０重量％以上含む請求項１５記載の方法。