JP3391155B2

JP3391155B2 - 多孔体の製造方法

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Publication number: JP3391155B2
Application number: JP17956695A
Authority: JP
Inventors: 伸二稲垣; 喜章福嶋; 有理山田
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 2003-03-31
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JPH0867578A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，触媒等の担体，炭化水
素等の吸着材，酵素等の固定担体，機能物質等の合成場
として使用可能なメソ孔を有する多孔体の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来技術】従来，触媒等の担体，炭化水素等の吸着
材，酵素等の固定担体，機能物質等の合成場として，シ
リカゲル，活性炭及びゼオライト等の無定型あるいは結
晶性の多孔体が広く用いられてきた。そして，特にゼオ
ライト等の結晶性多孔体は，均一な大きさの細孔が多数
存在するために，以下に説明する『選択的触媒反応』
や，『選択的吸着分離機能』等の『形状選択性』という
優れた性質を有する。

【０００３】まず上記『選択的触媒反応』を説明する。
即ち，上記結晶性多孔体を担体，合成場として用いた場
合，上記細孔の径より小さいサイズの反応分子のみを選
択的に反応させることができる。あるいは細孔の径より
小さいサイズの反応生成物のみを生成させることができ
る。これにより，目的とする反応分子だけを反応させた
り，反応生成物だけを生成させたりすることができる。

【０００４】次に上記『選択的吸着分離機能』を説明す
る。即ち，上記結晶性多孔体にガスを吸着，脱離する，
もしくはガスの固定を行う場合，上記細孔の径に対する
ガス分子の大小に応じて，混合気体中の特定のガスのみ
を吸着，脱離あるいは固定することができる。なお，こ
れらの選択的吸着分離機能は，細孔の径の大きさが均一
であり，結晶性が優れており，かつ不純物が少ない結晶
性多孔体ほど性能が向上する。

【０００５】しかし，上記従来の結晶性多孔体には以下
のような問題点がある。例えば，トリメチルベンゼン，
ナフタレン等の比較的大きな分子が関与する，触媒反応
の担体，上述の分子を吸着，分離するための吸着材とし
て上記結晶性多孔体を用いることは難しい。これは，上
記ゼオライト等の結晶性多孔体の細孔の径が最も大きい
もので１．３ｎｍと小さすぎるためである。

【０００６】また，比較的小さい分子の関与する反応で
あっても，場合によっては，上記同様，触媒反応等の担
体として使用することが難しい。上記の例としては，反
応ガスが高速で多孔体を通過する，排気ガス浄化触媒反
応が挙げられる。即ち，従来の結晶性多孔体は細孔径が
小さいため，反応分子が細孔内部の活性点まで到達する
のに時間がかかり，触媒の活性が充分発揮されないうち
に，多孔体の外を通過してしまう。

【０００７】そこで近年，上記問題点を解決するため
に，大きな細孔径をもったメソ多孔体が提案された。こ
のメソ多孔体は，ケイ酸塩よりなる三次元構造体によっ
て構成され，直径１．５〜１０ｎｍの均一な細孔を有し
ている。上記メソ多孔体を製造する方法としては，層状
のケイ酸塩，あるいは水ガラス，テトラエチルオルトシ
リケート，シリカ等の非層状のケイ酸塩を出発原料と
し，このケイ酸塩に界面活性剤を接触させる方法があ
る。

【０００８】以下に上記出発原料として，層状ケイ酸塩
を用いた場合の，メソ多孔体の製造方法について示す。
まず，カネマイト等の層状ケイ酸塩を界面活性剤の溶解
した水溶液中で加熱する。この工程により，界面活性剤
が層状ケイ酸塩内に導入され，層間で界面活性剤はミセ
ルを形成する。更に，層状ケイ酸塩を構成するケイ酸塩
シートが界面活性剤の周囲で折れ曲がり，部分的に結合
する。このため，上記ケイ酸塩は三次元構造を形成す
る。よって，三次元構造のケイ酸塩と界面活性剤との複
合体を得ることができる。

【０００９】次に，上記複合体を，上記水溶液から分離
し，洗浄及び乾燥する。最後に，上記複合体を焼成する
焼成工程を行う。これにより，上記複合体内部の界面活
性剤が除去され，細孔を形成することができ，メソ多孔
体を得ることができる。以上により得られたメソ多孔体
は，出発原料である層状ケイ酸塩を構成する各ケイ酸塩
シートが折れ曲がり，互いに部分的に結合することによ
り形成された三次元構造によって構成され，直径１．５
〜１０ｎｍの均一な細孔を有している。

【００１０】次に，出発原料として，非層状のケイ酸塩
を用いた場合の，メソ多孔体の製造方法について説明す
る。まず，水ガラスあるいはテトラエチルオルトシリケ
ート等の非層状のケイ酸塩を，あるいは無定型のシリカ
等を，界面活性剤が溶解している水溶液中で加熱する。
これにより，棒状（ミセル状）の界面活性剤の周囲にケ
イ酸塩が集合すると共に，該ケイ酸塩が重合して三次元
構造を形成する。これにより，上述の方法と同様，三次
元構造体であるケイ酸塩と界面活性剤との複合体を得る
ことができる。

【００１１】次に，上記複合体を，上記水溶液から分離
し，洗浄及び乾燥する。最後に，上記複合体中の界面活
性剤を除去し，細孔を形成する工程を行う。以上によ
り，メソ多孔体を得ることができる。以上により得られ
たメソ多孔体は，ケイ酸塩よりなる三次元構造体によっ
て構成され，直径１．５〜１０ｎｍの均一な細孔を有し
ている。

【００１２】上記いずれの方法においても，ケイ酸塩等
よりなる出発原料を，界面活性剤の溶解している水溶液
中で加熱することにより複合体を形成させる工程を有し
ている。また，これらの方法において，上記水溶液のｐ
Ｈを変化させる操作は行なわれていない。

【００１３】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来方法
で製造したメソ多孔体は，以下に説明する問題点を有す
る。即ち，上記メソ多孔体は結晶性が低く，細孔の径の
大きさにばらつきがある。このため，上述した『形状選
択性』が不良である。

【００１４】また，上記メソ多孔体は耐熱性が十分でな
い。このため，例えば，石油のクラッキング触媒や，自
動車の排気ガス浄化触媒の担体として使用することがで
きない。また，上述した焼成工程の際に，結晶構造や細
孔が壊れてしまうおそれがある。また，上記メソ多孔体
は不純物を多く含んでいる。このため，相対的にメソ多
孔体の比率が減少し機能が低下する。また，上記不純物
の多くは不定型のシリカゲルよりなるため，メソ多孔体
の結晶性がますます低下する。

【００１５】本発明は，かかる問題点に鑑み，結晶性と
耐熱性に優れ，かつ不純物を含有していない多孔体の製
造方法を提供しようとするものである。

【００１６】

【課題の解決手段】本発明は，ケイ素を含有する物質を
界面活性剤が溶解した水溶液中に分散させ，該分散液の
ｐＨを１０以上とする第一工程と，上記分散液のｐＨを
１０未満かつ温度を５０℃以上とすることにより，ケイ
素の酸化物と界面活性剤との複合体を形成する第二工程
と，上記複合体より界面活性剤を除去する第三工程とよ
りなり，上記ケイ素を含有する物質は，層状ケイ酸塩，
水ガラス，又は無定型ケイ酸ナトリウムであることを特
徴とする多孔体の製造方法にある。

【００１７】本発明において最も注目すべきことは，第
一工程において，上記分散液のｐＨを１０以上に保持
し，第二工程においては，上記分散液のｐＨを１０未満
に保持することにある。なお，上記第一工程とは，界面
活性剤が溶解した水溶液中にケイ素を含有する物質を分
散させることである。上記分散液が平衡状態となり，分
散液中の界面活性剤の濃度が一定となるまで分散液を熟
成することが好ましい。従って，上記第二工程は第一工
程において分散液中の界面活性剤の濃度が一定となった
後に行うことが好ましい。

【００１８】上記界面活性剤は，第一工程及び第二工程
において，後述するごとく，ケイ素の酸化物よりなる三
次元構造体を形成する作用を有する。上記第一工程にお
けるケイ素を含有する物質とは，多孔体の構成物である
ケイ素の酸化物に対し，ケイ素を供給するための出発原
料である。

【００１９】上記ケイ素を含む物質としては，ケイ酸塩
等のケイ素の化合物等が挙げられる。また，上記ケイ素
を含有する物質と共に，ケイ素及び酸素以外の元素を含
む物質を上記水溶液中に分散させることもできる。ある
いは，上記ケイ素を含む物質として，ケイ素と，ケイ素
及び酸素以外の元素との複合物質を用いることもでき
る。これらの物質を用いた場合，得られる多孔体は，ケ
イ素と，上記ケイ素と酸素以外の元素との複合酸化物に
より，構成されることとなる。なお，上記ケイ素及び酸
素以外の元素としては，アルミニウム，マグネシウム等
の金属が挙げられる。

【００２０】更に，上記ケイ素を含有する物質として，
ケイ酸塩を用いることができる。これらケイ酸塩を用い
る場合には，低い温度で反応できるため第一工程及び第
二工程での分散液の温度をより低くすることができる。
上記ケイ酸塩としては，層状ケイ酸塩を使用することが
できる。又は，粉末ケイ酸ソーダ，水ガラスを使用する
ことができる。

【００２１】更に，上記層状ケイ酸塩としては，例えば
カネマイト（ＮａＨＳｉ₂Ｏ₅・３Ｈ₂Ｏ），ジケイ酸
ナトリウム結晶（Ｎａ₂Ｓｉ₂Ｏ₅），マカタイト（Ｎ
ａ₂Ｓｉ₄Ｏ₉・５Ｈ₂Ｏ），アイラアイト（Ｎａ₂Ｓ
ｉ₈Ｏ₁₇・ｘＨ₂Ｏ），マガディアイト（Ｎａ₂Ｓｉ₁₄
Ｏ₂₉・ｘＨ₂Ｏ），ケニヤアイト（Ｎａ₂Ｓｉ₂₀Ｏ₄₁・
ｘＨ₂Ｏ）等のグループより選ばれる少なくとも一種を
使用することができる。これら，層状ケイ酸塩を用いる
場合には，層同士が部分的に結合するので三次元構造体
が得られるため，第一工程及び第二工程の時間を短縮化
できる。

【００２２】上述の層状ケイ酸塩の中でも，カネマイ
ト，ジケイ酸ナトリウム結晶，マカタイトが，曲折しや
すいＳｉＯ₄単層からなる構造を有しているので，第一
工程での時間をより短縮化できるという点より好まし
い。また，上記層状ケイ酸塩におけるＳｉの一部を，Ａ
ｌ等のＳｉ以外の元素で置換した層状ケイ酸塩を使用す
ることもできる。

【００２３】また，上記層状ケイ酸塩以外のケイ酸塩と
しては，水ガラス，無定型ケイ酸ナトリウムより選ばれ
る少なくとも一種を使用することができる。

【００２４】

【００２５】上述の各種ケイ素を含有する物質を使用し
た場合，複合体は以下に示すごとく形成される。まず，
ケイ素を含有する物質として層状ケイ酸塩を用いた場
合，上記第一工程において，層状ケイ酸塩の各層の間
に，界面活性剤が入り込む。これにより界面活性剤が層
状ケイ酸塩中に導入された複合体が形成される。この
時，隣接する層状ケイ酸塩の層は互いに結合していな
い。

【００２６】その後，第二工程において，分散液のｐＨ
を１０未満とする。これにより，上記複合体中の隣接す
る層の表面に存在するシラノール基（−Ｏ−Ｈ）の脱水
縮合が生じ，各層が互いに部分的に結合する。これによ
り，ケイ酸塩よりなる三次元構造体（ハニカム構造体）
を形成し，よって，三次元構造体の内部（ハニカム構造
体の空孔部）に界面活性剤の存在する縮合体を形成す
る。

【００２７】その後，第三工程において，上記縮合体よ
り上記界面活性剤は除去され，その部分が空孔（細孔）
となる。これにより，多数の細孔を有し，シリカ骨格よ
りなる三次元構造体（ハニカム構造体）を得ることがで
きる。

【００２８】次に，ケイ素を含有する物質として層状ケ
イ酸塩以外の物質を用いた場合，上記第一工程におい
て，界面活性剤が水溶液中でミセル（棒状）を形成し，
しかもこのミセルが規則正しく配列する。そして，上記
配列した界面活性剤の周囲に，上記ケイ素を含有する物
質が集合する。

【００２９】その後，第二工程において，上記分散液の
ｐＨを１０未満かつ温度を５０℃以上とする。これによ
り，上記ケイ素を含有する物質がＯＨ基を有するケイ素
の酸化物に変化する。次に，上記ＯＨ基が縮合すること
により，ケイ素の酸化物が重合する。上記ケイ素の酸化
物の重合は界面活性剤の周囲で生じるため，上記ケイ素
の酸化物の重合物は全体として三次元構造体（ハニカム
構造体）となる。更に，上記重合物は中（ハニカム構造
体の空孔部）に，上記界面活性剤の存在する複合体であ
る。

【００３０】その後，第三工程において，上記複合体よ
り界面活性剤は除去され，その部分が空孔（細孔）とな
る。これにより，多数の細孔を有し，ケイ素の酸化物，
あるいはケイ素とケイ素以外の元素とからなる複合酸化
物よりなる三次元構造体（ハニカム構造体）を得ること
ができる。

【００３１】更に，上記ケイ素を含有する物質として，
二層以上の構造を有する層状ケイ酸塩を用いた場合，以
下のごとく各層の折れ曲がりを可能とすることができ
る。即ち，上記界面活性剤の水溶液に層状ケイ酸塩を分
散させると共に熟成を行うが，この際，上記水溶液をア
ルカリ性に保持する。これにより，上記層状ケイ酸塩の
Ｓｉ−Ｏ結合が緩み，層が折れ曲がる。この折れ曲がり
に伴い，各層の間に界面活性剤が導入され，上記のごと
く，上記層状ケイ酸塩が三次元構造体（ハニカム構造
体）を形成することができる。

【００３２】なお，上記三次元構造体を形成した層状ケ
イ酸塩を水溶液より取り出し，洗浄もしくは，ｐＨを１
０未満にした水溶液に分散することにより，層状ケイ酸
塩のＳｉ−Ｏ結合を強固とすることもできる。

【００３３】次に，上記界面活性剤としては，例えばア
ルキルトリメチルアンモニウム，ジメチルジアルキルア
ンモニウム，アルキルアンモニウム，ベンジルトリメチ
ルアンモニウム等の，末端にアンモニウム基を有する物
質を使用することができる。あるいは，末端にスルホン
基（−Ｏ−ＳＯ₃−），カルボキシル基（−ＣＯＯ
−），リン酸基（−Ｏ−ＰＯ₃−）等を有する化合物の
グループより選ばれる少なくとも一種を使用することが
できる。

【００３４】次に，上記第一工程は，例えば界面活性剤
の希薄水溶液中にケイ素を含有する物質を分散させるこ
とにより行うことが好ましい。この場合の界面活性剤の
希薄水溶液の濃度は，０．０５〜１Ｍ（ｍｏｌ／リット
ル，以下同様）であることが好ましい。上記濃度が０．
０５Ｍよりも薄い場合には，上述の界面活性剤の上記作
用が不十分となるおそれがある。また，ケイ素を含有す
る物質として層状ケイ酸塩を用いた場合には，層状ケイ
酸塩の層間の拡幅が不十分となり，界面活性剤／三次元
ケイ酸塩複合体が得られず，多孔体の細孔と結晶構造と
を構成するために必要な三次元構造体が十分形成されな
いおそれがある。

【００３５】一方，１Ｍよりも濃い場合には，界面活性
剤の一部が未反応のまま水溶液中に残留し，無駄になる
おそれがある。例えば，層状ケイ酸塩では，層状ケイ酸
塩に対する界面活性剤イオンの入り込む部分は大略決ま
っているため，必要とされるイオンの量に上限があるた
めである。

【００３６】また，ケイ素を含有する物質の分散量は，
濃度０．１Ｍの界面活性剤水溶液１０００ｍリットルに
対して，１０〜２００ｇが好ましい。ケイ素を含有する
物質が１０ｇ未満の場合には，上述と同様に界面活性剤
の一部が無駄になるおそれがある。また，水溶液のｐＨ
が低いため，水酸化ナトリウム等の添加量が増大し，材
料コストの増加を招くおそれがある。

【００３７】一方，２００ｇよりも多い場合には，水溶
液のｐＨが上昇し，ケイ素を含有する物質の溶解量が増
大してしまうおそれがある。この場合には，水溶液より
取出し可能なケイ素の酸化物と界面活性剤との複合体の
分量が減少し，収率が低下するおそれがある。なお，上
記第一工程において，分散液の熟成は界面活性剤の濃度
が一定になるまで行うことが好ましい。

【００３８】また，上記第一工程において，ケイ素を含
有する物質と界面活性剤を含有する水溶液（分散液）を
加熱することは，界面活性剤の上記作用（例えば，層状
ケイ酸塩中への界面活性剤の導入）が促進されるため好
ましい。そして，上記水溶液の加熱温度は４０℃〜１０
０℃であることが好ましい。

【００３９】上記温度が４０℃未満の場合には，界面活
性剤の上記作用を呈する速度が遅く，第一工程の時間が
長くなるおそれがある。また，上記水溶液を１００℃よ
り高く加熱するには，オートクレーブ等の特殊な設備が
必要であるため，設備コスト等が高くなるおそれがあ
る。

【００４０】なお，層状ケイ酸塩以外のケイ酸塩を用い
た場合には，上記加熱によりケイ酸塩の集合体の一部が
重合し，界面活性剤／三次元ケイ素酸化物複合体が一部
形成されることがあるため，上記加熱はより好ましい。

【００４１】上記第一工程において，上記分散液のｐＨ
が１０未満に低下した場合には，後述するごとく界面活
性剤の上記作用が低下し，結晶性の低い多孔体しか得ら
れないおそれがある。なお，上記分散液のｐＨは，１１
〜１２．５に保持することが一層好ましい。上記範囲に
分散液のｐＨを保持することにより，界面活性剤の上記
作用が最も向上する。また，後述するケイ素を含有する
物質の，分散液への溶解を最小限に食い止めることがで
きる。

【００４２】また，上記ｐＨの調整に当たっては，例え
ば１規定の水酸化ナトリウム水溶液を適宜添加すること
によって行う。また層状ケイ酸塩として，カネマイト５
０ｇ，界面活性剤としてアルキルトリメチルアンモニウ
ムの０．１Ｍ水溶液に分散させた場合には，そのままで
水溶液のｐＨが１１．５となる。この場合には，特に水
溶液に対して，操作を加える必要がない。

【００４３】次に，上記第一工程の後に行う第二工程に
おいては，水溶液のｐＨを１０未満かつ温度を５０℃以
上に保持する。上記第二工程により，界面活性剤と三次
元構造体のケイ素の酸化物よりなる複合体を得ることが
できる。そして，上記第二工程における分散液の熟成
は，分散液のｐＨを調整し，ｐＨが安定するまで行うこ
とが好ましい。

【００４４】即ち，後述するシラノール基の脱水縮合は
中性領域，しかも高温において，最も早く進行する。従
って，上記分散液のｐＨを１０未満に下げ，かつ温度を
５０℃以上とすることにより，複合体内に脱水縮合によ
る強固な三次元構造体が形成される。これにより，耐熱
性に優れた多孔体を得ることができる。

【００４５】なお，上記第二工程は，例えば２規定塩酸
水溶液を適宜添加することによって行う。また，上記第
二工程において分散液のｐＨは，６〜８．５の範囲に保
持することが一層好ましい。上記ｐＨが６未満である場
合には，界面活性剤と水素イオンとの置換が発生する。
この場合には，三次元構造体を形成する前に，層間ある
いは空隙が縮まり，細孔が崩壊するおそれがある。

【００４６】また，上記第二工程における分散液の温度
を５０℃以上に保持することにより，上記シラノール基
の脱水縮合を一層促進することができる。なお，温度を
５０℃以上に保持する場合には，３時間以上保持するこ
とが好ましい。３時間よりも短い場合には，シラノール
基の脱水縮合反応が完了せず，十分安定した三次元構造
体が得られないおそれがある。

【００４７】分散液より上記複合体を濾過，乾燥する。
その後，上記第三工程を行う。上記第三工程において，
上記複合体より界面活性剤を除去する。上記界面活性剤
の除去する方法としては，例えば，上記複合体を焼成す
る焼成法，あるいはイオン交換を利用するイオン交換法
が挙げられる。

【００４８】上記焼成法においては，上記複合体中の界
面活性剤が，燃焼により分解除去される。そして，上記
焼成における焼成温度は５００℃〜１０００℃であるこ
とが好ましい。焼成温度が５００℃未満の場合には，界
面活性剤の燃焼が不十分となり，カーボン等が残留した
多孔体が得られるおそれがある。一方，焼成温度が１０
００℃を越える場合には，多孔体の結晶構造を構成する
三次元構造体が崩れ，多孔体の結晶性等が不良となるお
それがある。

【００４９】上記イオン交換法においては，上記複合体
中の界面活性剤を水素イオンによりイオン交換すること
により，上記界面活性剤を複合体中より除去する。な
お，上記界面活性剤が除去されたことにより生じる空孔
（細孔）中には水素イオンが残存するが，水素イオンの
イオン半径は，０．１ｎｍ以下で，メソ多孔体の細孔径
（１．５〜１０ｎｍ）に対し十分小さい。このため，上
記水素イオンによる細孔の閉塞という問題は生じない。

【００５０】なお，上記イオン交換法の具体例として
は，酸性液体中に上記複合体を浸漬する方法が挙げられ
る。例えば，エタノールに塩酸を添加した液体中に，上
記複合体を浸漬することにより，該複合体中の界面活性
剤と塩酸より放出された水素イオンとがイオン交換され
る。なお，上記第三工程で焼成を行うと，ケイ酸塩はケ
イ素の酸化物に変化して，ケイ素の酸化物からなる多孔
体が得られる。また，上記第三工程でイオン交換を行う
と，ケイ酸塩はそのままの状態を維持してケイ酸塩から
なる多孔体が得られる。

【００５１】次に，上記第一工程と第二工程との間に，
上記水溶液中の水溶成分を除去する水溶成分除去工程を
行うことが好ましい。即ち，上記第一工程においては，
ケイ素を含有する物質の水溶成分の一部が溶解し，ケイ
酸イオンとなっている。

【００５２】上記ケイ酸イオンは水溶液のｐＨが中性付
近となると，不定形シリカゲルとなって析出する性質を
有する。上記シリカゲルは均一な細孔を持たず，また結
晶性の低い物質である。このため，上記シリカゲルが複
合体中に混入すると，多孔体全体の結晶性が低下するお
それがある。それ故，このようなシリカゲル等を生成す
る水溶成分を除去するのである。

【００５３】上記水溶成分除去工程は例えば以下のよう
に行う。即ち，第一工程の終了後，上記水溶液より，固
形分（原料が層状ケイ酸塩の場合には，界面活性剤と上
記ケイ酸塩との複合体，原料が層状ケイ酸塩以外のケイ
素を有する物質の場合には，界面活性剤とケイ素を含有
する物質の集合体との複合体）を分離する。分離した固
形分を蒸留水に再び分散し，分散液とする。その後，上
記分散液に対して，上述したごとく，分散液のｐＨを１
０未満とし，第二工程を行う。なお，上記固形分の分離
は，例えば，濾過，遠心分離により行うことができる。

【００５４】なお，上述の第二工程及び水溶成分除去工
程を共に行うことによって一層優れた多孔体を得ること
ができる。そして，上記製造方法によって製造された多
孔体は，例えば，排気ガス浄化触媒担体，プラスチック
の油化触媒担体，石油精製触媒担体，メタンガス吸蔵
材，各種溶剤回収用吸収材，キャニスター用吸着材，調
湿材として使用することができる。

【００５５】

【作用及び効果】本発明の多孔体の製造方法は，上述の
第一工程〜第三工程よりなる。上記第一工程において，
分散液のｐＨを１０以上とし，第二工程においては，分
散液のｐＨを１０未満かつ温度を５０℃以上とする。

【００５６】上記第一工程及び第二工程においては，以
下の機構により上述した複合体が得られる。まず，ケイ
素を含有する物質として層状ケイ酸塩を用いた場合，上
記第一工程で，層状ケイ酸塩の層同士の間に，界面活性
剤が入り込む。これにより界面活性剤が層状ケイ酸塩中
に導入された複合体が形成される。その後，第二工程に
おいて，上記複合体中のシラノール基の脱水縮合が生
じ，層同士が部分的に結合する。これにより，ケイ酸塩
よりなる三次元構造体が形成され，更に該三次元構造体
と界面活性剤とよりなる複合体が形成される。

【００５７】上記ケイ素を含有する物質として層状ケイ
酸塩以外の物質を用いた場合，上記第一工程で，配列し
た界面活性剤の周囲に上記ケイ素を含有する物質が集合
する。その後，第二工程において，上記ケイ素を含有す
る物質より，ＯＨ基を有するケイ素の酸化物が形成され
る。更に上記ＯＨ基が縮合してケイ素の酸化物同士が重
合する。ケイ素の酸化物の重合物より，三次元構造体
（ハニカム構造体）が形成され，更に上記重合物中（ハ
ニカム構造体の空孔部）に界面活性剤が存在する複合体
が形成される。

【００５８】その後，第三工程において上記複合体より
界面活性剤は除去され，界面活性剤が除去された部分が
空孔（細孔）となる。以上により，多数の細孔を有し，
ケイ素を含む酸化物の骨格よりなる三次元構造体（ハニ
カム構造体）を得ることができる。そして，上記三次元
構造体が最終的な多孔体の結晶構造を構成する。

【００５９】従って，上記界面活性剤の作用が不十分で
ある場合には，層状ケイ酸塩の各層の間が充分拡幅され
ない。あるいは，ミセル状の界面活性剤の規則的な集合
体が形成されにくくなる。以上により，三次元構造体の
形成がうまくいかない。この場合に得られた多孔体は，
結晶性が低い。また，特に三次元構造体の形成が不十分
な部分は，最終的に多孔体となった場合，非晶質とな
る。

【００６０】そして，上記第一工程における界面活性剤
の作用は，分散液のｐＨが上がるほど活発になる。即
ち，原料のケイ素を含有する物質が層状ケイ酸塩の場
合，該層状ケイ酸塩の各層の間への置換は，相手が水素
イオンであっても発生する。よって，分散液中に水素イ
オンが多い場合には，界面活性剤イオンとのイオン交換
よりも，水素イオンとのイオン交換のほうが多く発生す
る。この場合，界面活性剤が層状ケイ酸塩内に入り込み
難くなるため，層状ケイ酸塩の層間の拡幅が発生し難く
なる。従って，三次元構造体の形成が起こりにくくな
る。

【００６１】また，ケイ素を含有する物質が層状ケイ酸
塩以外の物質である場合，分散液中に水素イオンが多い
場合には，界面活性剤が棒状のミセルを形成し難くな
る。そのため，ケイ素を含有する物質はランダムに分散
し，三次元構造体の形成が起こり難くなる。

【００６２】また，上記第二工程においては，上記分散
液はｐＨが１０未満かつ温度が５０℃以上とする。ケイ
素を含有する物質として層状ケイ酸塩を用いた場合，第
一工程で得られた上記複合体は，上述したごとく，イオ
ン交換によって導入された界面活性剤の近傍で，シート
状のシリケートが折れ曲がり，該シリケートがシラノー
ル基の脱水縮合により部分的に結合した構造を有してい
る。

【００６３】これにより，三次元構造体が複合体内に形
成され，該三次元構造体が熱的に安定な多孔体の結晶構
造を構成する。上記ケイ素を含有する物質として層状ケ
イ酸塩以外の物質を用いた場合においても，上記同様，
シラノール基の脱水縮合により，三次元構造体が形成さ
れる。

【００６４】そして，上記脱水縮合は水溶液が中性領域
に近いほど，また温度が上昇するほど活発となる。その
ため，第二工程において，分散液のｐＨを１０未満かつ
温度を５０℃以上とすることにより，上記複合体中の三
次元構造体は，より強固となる。

【００６５】また，分散液のｐＨを１０未満とすること
により，第一工程中に界面活性剤／三次元ケイ素酸化物
複合体中に侵入したナトリウムイオン等の金属イオン
を，分散液中の水素イオンと置換することができる。上
記複合体に金属イオンが含有されている場合には，加熱
により複合体中のケイ素原子，酸素原子が移動しやすく
なる。この場合には，複合体及び該複合体より界面活性
剤を除去することによって得られた多孔体の耐熱性が低
下するおそれがある。従って，上述のごとく水素イオン
で金属イオンを置換することにより，耐熱性に一層優れ
た多孔体を得ることができる。

【００６６】以上により，上述のごとき第一工程及び第
二工程を経ることにより，優れた結晶性を有する多孔体
を得ることができ，更に多孔質内における，非晶質の不
純物も減少する。更に，上述のごとき工程を経ることに
より，熱的に安定した三次元構造体を形成するこができ
る。従って，多孔体の結晶構造が全体として強くなり，
その耐熱性も一層向上する。

【００６７】なお，上記分散液のｐＨと温度を調整する
ことにより，上記シラノール基の脱水縮合が促進され，
三次元構造体の形成が迅速となる。従って，上記複合体
の形成速度が向上し，より短時間で多孔体を製造するこ
とができる。

【００６８】従って本発明によれば，結晶性と耐熱性に
優れ，かつ不純物を含有していない多孔体の製造方法を
提供することができる。

【００６９】

【実施例】

実施例１本例は，表１，図１及び図２に示すごとく，第一工程に
よって界面活性剤イオンの導入された層状ケイ酸塩，即
ち界面活性剤／三次元シリケート複合体の結晶性及び成
分等について，試料及び比較例を用いて説明するもので
ある。

【００７０】まず，試料及び比較例となる複合体の製造
方法について説明する。始めに，層状ケイ酸塩であるカ
ネマイトを準備した。即ち，粉末ケイ酸ソーダ（ＳｉＯ
₂／Ｎａ₂Ｏ＝２．００）を温度７００℃において，６
時間焼成し，δ−Ｎａ₂Ｓｉ₂Ｏ₅の結晶を得た。上記
δ−Ｎａ₂Ｓｉ₂Ｏ₅５０ｇを蒸留水に分散させ分散液
となし，これを３時間攪拌した。その後，上記分散液よ
り生成した湿潤カネマイトを，濾過により回収した。

【００７１】次に，上記湿潤カネマイトを界面活性剤で
あるヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライドの
濃度０．１Ｍ水溶液１０００ｍリットルに分散させ，分
散液とした。上記分散液を温度７０℃で，３時間攪拌し
ながら加熱し，第一工程を行った。そして，上記第一工
程の間は分散液のｐＨを後述するごとく一定の値に保持
した。なお，ｐＨの調整には，必要に応じて１規定水酸
化ナトリウム水溶液及び２規定の塩酸水溶液を滴下する
ことにより行った。

【００７２】次に，上記分散液を室温まで冷却した。次
に，水溶成分除去工程を行った。即ち，上記分散液中に
生成した複合体を濾過により分離した。次に，第二工程
を行った。即ち，上記複合体を１０００ｍリットルのイ
オン交換水に分散させ，分散液とした。そして，上記分
散液のｐＨは２規定の塩酸水溶液を滴下することによ
り，８．５に調整した。その後，上記分散液より複合体
を再び濾過した。その後，上記複合体を繰り返し，イオ
ン交換水を使用して洗浄した。その後，複合体を風乾
し，各試料及び比較例とした。

【００７３】次に各試料及び比較例について説明する。
試料Ｆ１は上述の第一工程において，分散液のｐＨを１
２．３に保持した場合に得られた複合体，以下試料Ｆ２
及び試料Ｆ３は，ｐＨが１１．５及び１０，また比較例
ＣＦ１及び比較例ＣＦ２はｐＨが８．５及び７の場合に
得られた複合体である。そして，試料及び比較例の結晶
性の評価は，図１及び図２に示すごとく粉末Ｘ線回折と
²⁹ＳｉＭＡＳＮＭＲ（Ｓｉ固体核磁気共鳴）を測定する
ことにより行った。また，表１に示すごとく各試料及び
比較例の成分分析も行った。

【００７４】まず，上記粉末Ｘ線回折の測定にあたって
は，理学ＲＡＤ−Ｂ装置を用い，ＣｕＫα線をＸ線源と
して，２度（２θ）／分で各試料をスキャンした。な
お，スリット幅は，１度−０．３ｍｍ−１度である。そ
の結果を図１に示す。なお同図において，横軸は上記ス
キャンにおける回折角度，縦軸は回折強度である。ま
た，回折ピークをはっきりと示すために，試料Ｆ１〜Ｆ
３については強度を４倍に拡大した線図を挿入した〔図
１において，試料Ｎｏ．の後に（×４）を挿入したも
の〕。また，各回折ピークの頂点に付した数値は各結晶
面のミラー指数である。

【００７５】図１より，本発明にかかる試料Ｆ１〜Ｆ３
はいずれも結晶の六方構造に基づく回折パターンが明確
に観察された。一方，比較例ＣＦ１，ＣＦ２はいずれも
なだらかでピークを持たない回折パターンしか得られな
かった。これは，比較例ＣＦ１，ＣＦ２が非晶質である
ことを示している。よって，第一工程において水溶液の
ｐＨを１０以上に保持したことが，層状ケイ酸塩の結晶
性の形成を促進したことが判った。

【００７６】次に，上記²⁹ＳｉＭＡＳＮＭＲの測定に当
たっては，Ｂｒｕｋｅｒ製ＭＳＬ−３００ＷＢを用い，
回転数４ＫＨｚ，パルス間隔９０秒で測定した。その結
果を図２に示す。なお同図において，横軸はケミカルシ
フト，縦軸はシグナル強度である。

【００７７】各試料Ｆ１〜Ｆ３及び比較例ＣＦ１，ＣＦ
２については，二つのピークが認められる。左側のピー
クＱ³は，縮合していないＳｉＯ₄四面体〔ＯＳｉ（Ｏ
Ｓｉ≡）₃〕に帰属され，カネマイトはＱ³のみを示
す。右側のピークＱ⁴はケイ酸の縮合により生成したＱ
⁴［Ｓｉ（ＯＳｉ≡）₄］に帰属されるＳｉＯ₄四面体
のピーク強度を示す。

【００７８】同図より知られるごとく，試料Ｆ１，Ｆ２
は，右側のピークＱ³が大きかった。また，試料Ｆ３は
左右のピークがほぼ等しかった。一方，比較例ＣＦ１，
ＣＦ２は，左側のピークＱ⁴が大きかった。この結果，
第一工程において，水溶液のｐＨを１０以上に保持する
ことにより，層間の結合（縮合）部分（Ｑ⁴ピーク）を
三次元骨格を形成するに必要な最小限の部分にとどめ，
界面活性剤の置換により十分拡幅され，焼成後に細孔と
なる部分（Ｑ³ピーク）を多く形成させるという効果が
得られた。

【００７９】また，表１に試料Ｆ１〜Ｆ３及び比較例Ｃ
Ｆ１，ＣＦ２の成分分析の結果等を示す。上記分析は試
料Ｆ１〜Ｆ３及び比較例ＣＦ１，ＣＦ２の含有した炭
素，水素，窒素の重量％，また試料Ｆ１〜Ｆ３及び比較
例ＣＦ１，ＣＦ２を温度９６０℃において燃焼し，残留
した灰分の重量％を測定した。また，上記成分の重量比
から界面活性剤（主として，炭素，水素，窒素からな
る。）と三次元構造体を形成したＳｉＯ₂とのモル比，
即ちイオン交換率を計算した。

【００８０】同表より，試料Ｆ１〜Ｆ３と比較例ＣＦ
１，ＣＦ２のイオン交換率は，試料Ｆ１〜Ｆ３のほう
が，いずれも比較例ＣＦ１，ＣＦ２よりも大きいことが
判った。これと上述の結晶性に関した測定結果より，イ
オン交換率の低い場合には，複合体が非晶質であること
が判った。

【００８１】

【表１】

【００８２】実施例２本例は，図３及び図４に示すごとく，多孔体の結晶性に
ついて，第二工程における加熱の有無による違いを説明
するものである。まず，試料４について説明する。

【００８３】実施例１における試料Ｆ１の複合体５ｇを
１００ｍリットルの水に分散させ，分散液とした。上記
分散液を温度８０℃で３時間加熱した。その後，上記分
散液より複合体を取り出し乾燥した。上記乾燥の終了し
た複合体を，空気中において温度５５０℃で６時間焼成
した。これにより得られた多孔体が試料Ｆ４である。ま
た，比較例ＣＴ３は，実施例１における試料Ｆ１をその
まま乾燥し，上記と同様に焼成し，得られた多孔体であ
る。

【００８４】上記試料Ｔ４及び比較例Ｃ３について，粉
末Ｘ線回折と−１９６℃における窒素吸着／脱離等温線
の測定を行った。上記粉末Ｘ線回折については，実施例
１と同様の要領にて行い，その結果を図３に示す。同図
より知れるごとく，本発明にかかる試料Ｔ４は結晶の六
方構造に基づく回折パターンが明確に観察された。一
方，比較例Ｃ３はなだらかで，ピークを持たない回折パ
ターンしか得られなかった。これは，比較例Ｃ３が非晶
質であることを示す。よって，第二工程で水溶液を加熱
することにより，結晶性に優れた多孔体を得ることがで
きることが判った。

【００８５】次に，上記窒素ガスの上記窒素吸着／脱離
等温線について，真空ライン装置を用いた容量法により
測定し，その結果を図４に示す。そして，同図におい
て，縦軸は窒素ガスの吸着量〔ＳＴＰ，即ち標準状態
（２５℃，１気圧）に換算した，単位多孔体（ｇ）に対
する窒素ガスの吸着体積（ｃｃ）〕，横軸は相対蒸気圧
（Ｐ／Ｐ₀）である。ここに，Ｐは，窒素の蒸気圧，Ｐ
₀は−１９６℃における窒素の飽和蒸気圧である。

【００８６】同図より知れるごとく，試料Ｔ４の窒素吸
着／脱離等温線はＰ／Ｐ₀＝０．３における立ち上がり
が急激であり，それ以外ではなだらかであった。これ
は，Ｐ／Ｐ₀＝０．３における，試料Ｔ４の細孔への窒
素ガスによる毛管凝縮現象を示しており，該試料の結晶
性及び細孔の径の均一性が優れていることを示す。

【００８７】一方，比較例Ｃ３の吸着／脱離等温線は試
料Ｔ４に比べて，勾配が大きい。よって，比較例Ｃ３の
結晶性及び細孔の径の均一性は試料Ｔ４よりも劣ってい
た。この結果，本発明にかかる加熱処理工程を導入した
ことで，結晶性と細孔の径の均一性に優れた多孔体を得
ることができることが判った。

【００８８】実施例３本例は，図５及び図６に示すごとく，多孔体の結晶性に
ついて，第二工程の有無による違いを説明するものであ
る。まず，本例の試料Ｔ５について説明する。実施例１
における試料Ｆ１の複合体５ｇを１００ｍリットルの水
に分散させた分散液を，温度８０℃で３時間加熱した。
その後，上記分散液より複合体を取り出し乾燥した。上
記乾燥の終了した複合体を実施例２と同様に焼成し，多
孔体とした。また，比較例ＣＴ４は，実施例１における
試料Ｆ１の製造工程より第二工程を省略した以外は同様
の工程により得られ，その後，得られた複合体を上記同
様に焼成し，多孔体とした。

【００８９】そして，試料Ｔ５及び比較例ＣＴ４につい
て，粉末Ｘ線回折と窒素吸着等温線の測定を行った。上
記粉末Ｘ線回折の測定については，実施例１と同様の要
領で行い，その結果を図５に示す。同図より知れるごと
く，本発明にかかる試料Ｔ５は結晶の六方構造に基づく
回折パターンが明確に観察された。一方，比較例ＣＴ４
はなだらかで，ピークを持たない回折パターンしか得ら
れなかった。よって，比較例が非晶質であることが判っ
た。

【００９０】次に，上記窒素吸着等温線の測定について
は，実施例２と同様の要領で行い，その結果を図６に示
す。同図より知れるごとく，試料Ｔ５の吸着等温線はＰ
／Ｐ₀＝０．３における立ち上がりが急激で，それ以外
での吸着等温線はなだらかであった。よって，試料Ｔ５
は結晶性及び細孔の径の均一性に優れていることが判っ
た。

【００９１】一方，比較例Ｃ４の吸着等温線は試料Ｔ５
に比べて，勾配が大きかった。よって，比較例Ｃ４の結
晶性及び細孔の径の均一性は試料Ｔ５よりも劣っている
ことが判った。この結果，第二工程を導入したことで，
結晶性と細孔の径の均一性に優れた多孔体を得ることが
できることが判った。

【００９２】実施例４本例は，図７及び図８に示すごとく，第二工程時の温度
条件の違いによる，複合体及び多孔体の結晶性の違いに
ついて説明するものである。ます，本例にかかる試料及
び比較例について説明する。本例の試料Ｆ６及びＦ７は
試料Ｆ１の複合体の分散液のｐＨを８．５に調整した
後，温度７０℃で３時間及び４８時間加熱した。比較例
ＣＦ５は試料Ｆ１の第二工程を省略した試料である。比
較例ＣＦ６は試料Ｆ１の複合体の分散液のｐＨを８．５
に調整した後，温度２５℃で３時間放置した。

【００９３】そして，試料Ｆ６，Ｆ７及び比較例ＣＦ
５，ＣＦ６について，実施例１と同様の粉末Ｘ線回折の
測定を行い，その結果を図７に示した。なお，同図の縦
軸において示されたスケールは５０００ｃｐｓの大きさ
を表している。なお，ｃｐｓとはｃｏｕｎｔｐｅｒ
ｓｅｃｏｎｄを省略したもので，１秒間のＸ線のカウン
ト数である。

【００９４】同図より知れるごとく，試料Ｆ６，Ｆ７及
び比較例ＣＦ６は結晶の六方構造に基づく回折パターン
が観察された。比較例ＣＦ５については，六方構造とは
異なる回折ピークが観察された。

【００９５】次に，上記試料Ｆ６，Ｆ７及び比較例ＣＦ
５，ＣＦ６をイオン交換水によって４回洗浄し，温度９
００℃，６時間の焼成により多孔体とした。上記多孔体
の結晶性についても，同様に粉末Ｘ線回折の測定を行っ
た。その結果を図８に示す。なお，試料Ｆ６，Ｆ７より
作成された多孔体を試料Ｔ７，Ｔ８，比較例ＣＦ５，Ｃ
Ｆ６より作成された多孔体を比較例ＣＴ８，ＣＴ９とし
た。

【００９６】同図より知れるごとく，試料Ｔ７及びＴ８
は結晶の六方構造に基づく回折パターンが明確に観察さ
れた。一方，比較例ＣＴ８及びＣＴ９はなだらかでピー
クを持たない回折パターンしか得られず，層状及び非晶
質であることが判った。

【００９７】上述の結果より，本発明にかかる第二工程
を行ったことによって，複合体の三次元構造体の形成が
進行した。そして，上記複合体を焼成したことによっ
て，結晶性に優れた多孔体を得ることができることが判
った。

【００９８】実施例５本例は，図９，図１０に示すごとく，実施例１とは異な
る製造方法によって製造された多孔体の結晶性について
評価するものである。上記製造方法について説明する。
まず始めに，カネマイトを準備した。即ち，粉末ケイ酸
ソーダ（ＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏ＝２．００）を温度７００
℃において６時間，電気炉で焼成し，δ−Ｎａ₂Ｓｉ₂
Ｏ₅の結晶を得た。上記δ−Ｎａ₂Ｓｉ₂Ｏ₅の４００
０ｇをヘンシェルミキサで粉砕し，粉末状とした。上記
粉末を４０リットルのイオン交換水に分散させ，３時間
攪拌した。その後，フィルタープレスを用いて上記分散
液より，生成した湿潤カネマイトを濾過した。

【００９９】以上により得られた湿潤カネマイトを２０
００ｇのヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライ
ドの水溶液６０リットルに分散させ，分散液とした。な
お上記分散液のｐＨは１２．３である。次に，上記分散
液を容積８０リットルの特性反応容器にいれ，７０℃で
加熱した。加熱開始より，２時間経過したところで，２
規定塩酸水溶液を添加し，分散液のｐＨを８．５まで低
下させた。その後，７０℃で５時間加熱した。加熱終了
後は室温で１２時間放置し，冷却した。

【０１００】次に，フィルタープレスを用い，冷却され
た分散液より固形物を濾過した。上記固形物を６０リッ
トルの水に分散し，攪拌した。その後，フィルタープレ
スで再び濾過した。なお，上記固形物に対した分散及び
濾過は合計４回繰り返す。その後，固形物を熱風乾燥器
において，二日間乾燥した。

【０１０１】次に，乾燥の終了した上記固形物を脱脂炉
に投入し，窒素雰囲気の下で脱脂処理を行った。上記脱
脂処理は，脱脂炉の温度を２０℃／時間で４５０℃まで
昇温し，その後４５０℃に３時間保持したことにより行
った。最後に脱脂処理の終了した固形物を電気炉を用
い，温度５５０℃で６時間焼成した。これにより，本例
にかかる多孔体を得た。

【０１０２】次に上記製造方法による多孔体について，
実施例１と同様の粉末Ｘ線回折及び実施例２と同様の窒
素吸着／脱離等温線を測定し，多孔体の結晶性について
評価した。

【０１０３】なお，上記粉末Ｘ線回折を図９に，窒素吸
着／脱離等温線を図１０に示す。図９より，本例の多孔
体は結晶の六方構造に基づく回折パターンが明確に観察
された。また，図１０より，本例の多孔体の吸着／脱離
等温線はＰ／Ｐ₀＝０．３における立ち上がりが急激
で，それ以外での吸着等温線はなだらかで変化が少なか
った。よって，本例の多孔体は，他の実施例と同様に結
晶性及び細孔の径の均一性に優れていることが判った。

【０１０４】実施例６本例は，図１１に示すごとく，ケイ素を含有した物質と
して層状ではないケイ酸塩を原料に用いた多孔体につい
て評価するものである。まず，無定型のケイ酸ソーダ
（日本化学工業：粉末ケイ酸ソーダ，ＳｉＯ₂／Ｎａ₂
Ｏ＝２．００）５０ｇ，あるいは２５ｇを，０．１Ｍの
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド水溶液
１０００ｍリットルに分散させた。また，その分散液の
ｐＨは１２．０であった。

【０１０５】上記分散液を，７０℃で３時間攪拌しなが
ら加熱した。その後，２規定の塩酸水溶液を滴下したこ
とにより分散液のｐＨを８．５に調整した。更に，７０
℃で３時間加熱し，室温まで冷却した。冷却された分散
液より固形生成物を濾過し，１０００ｍリットルのイオ
ン交換水に分散させた後，約５分間攪拌し，再び濾過を
行った。その後，上記分散と濾過の操作を５回繰り返し
た。最後に生成物を濾過により取り出し，乾燥した。乾
燥後，５５０℃で焼成し，２種類の粉末試料を得た。

【０１０６】以上により，得られた２種類の試料におい
て，実施例１と同様の要領による，粉末Ｘ線回折の回折
強度の測定を行った図１１に示すごとく，上記２種類の
試料は，いずれもほぼ同じ粉末Ｘ線回折強度のパターン
を示した。上記パターンにおいては，六方構造を示す４
本の回折ピークが明瞭に観察され，上記試料において，
結晶性の高いハニカム構造が形成されていることが確認
された。

【０１０７】なお，上記２種類の試料を９００℃まで加
熱した場合においても，上記４本の回折ピークが保持さ
れ，これらの試料が高い耐熱性を示すことが判った。ま
た，５０ｇのケイ酸ソーダを用いることにより，得られ
た試料の，窒素吸着から求めたＢＥＴ表面積（一点法）
は１４４３ｍ²／ｇと高い価を示した。以上により，本
例における試料が結晶性，耐熱性が高く，高い表面積を
有するという優れた性質を有することが判った。

【０１０８】実施例７本例は，図１２〜図１５に示すごとく，イオン交換法に
より，複合体中の界面活性剤を除去することにより製造
された多孔体とその性質について説明するものである。
まず，上記複合体は，実施例５と同様の方法により得ら
れたものである。１ｇの複合体を，３．６ｇの３６％塩
酸水溶液と１５０ｍリットルのエタノールとの混合液に
分散させた。その後，上記分散液を攪拌しつつ，５０℃
で６時間加熱した。その後，上記分散液より固形性生物
を濾過により回収した。

【０１０９】上記固形生成物を，再び，３．８ｇの３６
％塩酸水溶液と１５０ｍリットルのエタノールとの混合
液に分散させ，攪拌しつつ５０℃，６時間で加熱した。
その後，上記混合液より固形生成物を濾過により回収し
た。上記固形生成物を，更にもう一度，３．８ｇの３６
％塩酸水溶液と１５０ｍリットルのエタノールとの混合
液に分散させ，攪拌しつつ５０℃で６時間，加熱した。
その後，上記混合液より固形生成物を濾過により回収し
た。以上により得られた固形生成物が，イオン交換によ
り得られた多孔体である。

【０１１０】上記多孔体に対し，粉末Ｘ線回折の回折強
度，窒素吸着等温線，²⁹ＳｉＭＡＳＮＭＲを測定し，そ
の結果を図１２〜図１４に示した。なお，上記測定は実
施例１及び実施例２に示された要領により行った。

【０１１１】図１２に示すごとく，上記粉末Ｘ線回折の
回折強度は，六方構造に帰属される４本の回折ピークを
示し，イオン交換法によって，規則的な六方構造を有す
る多孔体を生成することができることが確認できた。そ
して，上記イオン交換法により，複合体の内部から界面
活性剤が除去され，細孔が形成されたことが確認され
た。

【０１１２】図１３に示すごとく，相対蒸気圧（Ｐ／Ｐ
₀）＝０．３５付近における，上記窒素吸着等温線の立
ち上がりは，焼成法による多孔体のそれ（図１０参照）
より急である。これにより，イオン交換法により製造し
た多孔体は，細孔径がより狭い範囲に分布している，即
ち細孔径がより均一であることが確認された。

【０１１３】なお，上記窒素吸着等温線において，ＢＥ
Ｔ法により計算した比表面積は，９００ｍ²／ｇとな
り，焼成法により界面活性剤を除去した多孔体と，ほぼ
同じ値となった。これにより，イオン交換法により界面
活性剤を除去することにより製造された多孔体は，焼成
法による多孔体より，細孔径が均一であることが判っ
た。

【０１１４】図１４に示すごとく，²⁹ＳｉＭＡＳＮＭＲ
においては，Ｑ³及びＱ⁴のピークがほぼ同じ強さで観
察された。これにより，界面活性剤を除去する前の複合
体のＱ³／Ｑ⁴比と同じであることから，複合体中のシ
リケート構造がイオン交換法で界面活性剤を除去した後
も保持されていることが判った。

【０１１５】ところで，図１５に，実施例５に示す複合
体を元に，焼成法により界面活性剤を除去することによ
り得られた多孔体の，²⁹ＳｉＭＡＳＮＭＲを測定した結
果を示した。同図より知れるごとく，焼成法による多孔
体のＱ³のピークは弱く，Ｑ⁴のピークがより支配的で
あった。これは，イオン交換法による多孔体の表面に
は，焼成法による多孔体と比べ，より多くのシラノール
基が存在していることを示している。

【０１１６】シラノール基がより多く存在する多孔体に
おいては，その細孔内が，より親水的となり，水等の親
水性物質をより吸着しやすくなる。また，ＯＨ基と相互
作用しやすい物質を吸着しやすくなる。更に，上記シラ
ノール基を介することにより，有機化合物が無機化合物
を結合させることが可能となる。このため，イオン交換
法により得られた多孔体は，親水性の機能性化合物を細
孔内に固定することができる。従って，選択的形状性等
の機能を増幅させたり，新たな機能を発現させたりする
ことが可能である。

【０１１７】実施例８本例は，図１６，図１７及び表２に示すごとく界面活性
剤として各種のアルキルトリメチルアンモニウムを用
い，得られた多孔体の性質について説明するものであ
る。上記アルキルトリメチルアンモニウムとしては，一
般式〔Ｃ_nＨ_2n+1Ｈ⁺（ＣＨ₃）₃〕ブロマイド（ｎ＝
８，１０，あるいは１２）と，一般式〔Ｃ_nＨ_2n+1Ｈ⁺
（ＣＨ₃）₃〕クロライド（ｎ＝１４，１６あるいは１
８）を使用した。ここにｎは，各アルキルトリメチルア
ンモニウムにおけるアルキル基の炭素数を示し，ｎが大
きいほど，アルキル鎖長が長くなる。

【０１１８】まず，実施例５と同様にして湿潤カネマイ
トを準備する。乾燥重量で５０ｇに相当する上記湿潤カ
ネマイトを，０．１モルのアルキルトリメチルアンモニ
ウムを１リットルの水に溶解させた水溶液に分散させ
た。この時，分散液のｐＨは１１．５〜１２．５の範囲
にあった。上記分散液を７０℃で３時間，攪拌しながら
加熱した。その後，分散液のｐＨを，２規定塩酸水溶液
を滴下することにより，８．５に調整した。更に，７０
℃で３時間加熱して，室温まで冷却した。

【０１１９】冷却後，上記分散液より固形生成物を濾過
し，１リットルのイオン交換水に再び分散させ，５分間
攪拌する。その後，再び固形生成物を濾過により取り出
す。以上の濾過，分散及び攪拌の工程を計５回繰返した
後，上記固形生成物を取り出し，乾燥させた。最後に上
記固形系生物を電気炉で５５０℃，６時間焼成し，６種
類の多孔体を得た。

【０１２０】以上，６種の多孔体において，粉末Ｘ線回
折の回折強度，窒素吸着等温線を実施例１及び実施例２
と同様の方法により測定し，図１６，図１７に示した。
また，結晶面（１００）におけるＸ線回折強度より計算
された多孔体の格子定数，更に窒素吸着等温線より求め
られた多孔体の細孔直径，ＢＥＴ表面積及び細孔容積を
表２に示した。

【０１２１】図１６より知れるごとく，粉末Ｘ線回折に
おいて，いずれの多孔体においても，六方構造を示す回
折ピークが観察された。なお，同図において，ｎ＝８，
ｎ＝１０，ｎ＝１２の回折ピークをはっきりと示すため
に，これらについては，２倍に拡大した線図を記した。
また，図１６，図１７より導出された表２に示すごと
く，多孔体の格子定数は，アルキルトリメチルアンモニ
ウムのアルキル鎖長が長くなるに従い，大きくなった。

【０１２２】更に，細孔直径及び細孔直径もアルキル鎖
長が長くなるに従い，大きくなった。これにより，アル
キルトチメチルアンモニウムのアルキル鎖長を変化させ
ることにより，多孔体の細孔を制御することが可能であ
ることが確認された。

【０１２３】また，ＢＥＴ表面積とアルキル鎖長との関
係により，ｎ＝８を除くとＢＥＴ表面積は，アルキル鎖
長に依存しないことが判った。

【０１２４】

【表２】

【０１２５】実施例９本例は，本発明にかかる多孔体の水熱安定性について，
図１８，図１９に示すごとく比較試料と共に説明する。
本発明にかかる試料は，実施例６でケイ酸ソーダを５０
ｇ用いて作製した試料と同様の方法にて形成された多孔
体である。比較試料は，以下のごとく形成する。まず，
水ガラス３号，５４ｇ，水１８７．２ｇ，９７％硫酸
２．５ｇ，ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロラ
イド３３．５ｇを混合し，反応液を調整した。この反応
液のｐＨは１１．４であった。

【０１２６】上記反応液をテフロン（登録商標）製のオ
ートクレープ容器に入れ，１１０℃で７日間加熱した。
加熱後の反応液のｐＨは１１．８であり，加熱中にｐＨ
が１０以下に下がっていないことが確認された。上記反
応液における固形生成物を，濾過により回収し，３００
ｍリットルのイオン交換水にて５回洗浄した。上記固形
生成物を乾燥した後，５５０℃，６時間，空気中という
条件で焼成し，比較試料とした。

【０１２７】次に，上記水熱安定性の試験方法について
説明する。上記試料及び比較試料，各０．７ｇを，それ
ぞれ３００ｍリットルビーカーに入れ，イオン交換水１
５０ｍリットルを加えた。これを攪拌しながら，１２時
間煮沸した。上記煮沸後，各試料及び比較試料を濾過に
より取り出し，乾燥させた。

【０１２８】上記水熱安定性試験における試験前後にお
ける，試料及び比較試料の粉末Ｘ線回折の回折強度及び
ＢＥＴ表面積の変化を，図１８及び図１９，表３に示し
た。本発明にかかる試料のＢＥＴ表面積は，試験前後に
おいて１％の減少に留まった。これに対し，比較試料に
おいては，５６％もＢＥＴ表面積が減少した。

【０１２９】また，Ｘ線回折強度においても，本発明に
かかる試料が殆ど変化しなかったのに対し，比較試料に
おいては，回折強度におけるピークの殆どが消失した。
以上により，本発明にかかる多孔体は，水熱安定性に優
れ，煮沸等の水熱処理の前後で，その結晶構造，細孔構
造が殆ど変化しないことが判った。

【０１３０】

【表３】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における，各試料及び比較例の粉末Ｘ
線回折の回折強度を示す線図。

【図２】実施例１における，各試料及び比較例の²⁹Ｓｉ
の核磁気共鳴スペクトルを示す線図。

【図３】実施例２における，各試料及び比較例の粉末Ｘ
線回折の回折強度を示す線図。

【図４】実施例２における，各試料及び比較例の窒素吸
着／脱離等温線を示す線図。

【図５】実施例３における，各試料及び比較例の粉末Ｘ
線回折の回折強度を示す線図。

【図６】実施例３における，各試料及び比較例の窒素吸
着等温線を示す線図。

【図７】実施例４における，各試料及び比較例の粉末Ｘ
線回折の回折強度を示す線図。

【図８】実施例４における，各試料及び比較例の粉末Ｘ
線回折の回折強度を示す線図。

【図９】実施例５における，多孔体の粉末Ｘ線回折の回
折強度を示す線図。

【図１０】実施例５における，多孔体の窒素吸着／脱離
等温線を示す線図。

【図１１】実施例６における，多孔体の粉末Ｘ線の回折
強度を示す線図。

【図１２】実施例７における，イオン交換法による多孔
体の粉末Ｘ線回折の回折強度を示す線図。

【図１３】実施例７における，イオン交換法による多孔
体の窒素吸着等温線を示す線図。

【図１４】実施例７における，イオン交換法による多孔
体の²⁹Ｓｉの核磁気共鳴スペクトルを示す線図。

【図１５】実施例７における，焼成法による多孔体の²⁹
Ｓｉの核磁気共鳴スペクトルを示す線図。

【図１６】実施例８における，各試料の粉末Ｘ線回折の
回折強度を示す線図。

【図１７】実施例８における，各試料の窒素吸着等温線
を示す線図。

【図１８】実施例９における，試料の水熱試験前後にお
ける粉末Ｘ線回折の回折強度を示す線図。

【図１９】実施例９における，比較試料の水熱試験前後
における粉末Ｘ線回折の回折強度を示す線図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−210227（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 38/00 - 38/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ケイ素を含有する物質を界面活性剤が溶
解した水溶液中に分散させ，該分散液のｐＨを１０以上
とする第一工程と，上記分散液のｐＨを１０未満かつ温度を５０℃以上とす
ることにより，ケイ素の酸化物と界面活性剤との複合体
を形成する第二工程と，上記複合体より界面活性剤を除去する第三工程とよりな
り，上記ケイ素を含有する物質は，層状ケイ酸塩，水ガラ
ス，又は無定型ケイ酸ナトリウムであることを特徴とす
る多孔体の製造方法。
【請求項２】請求項１において，上記第一工程と上記
第二工程との間に，上記分散液中の水溶成分を除去する
工程を付加することを特徴とする多孔体の製造方法。