JP5120684B2 - Spherical silica-based mesoporous material, catalyst and adsorbent using the same - Google Patents

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Description

本発明は、球状シリカ系メソ多孔体、それを用いた触媒並びに吸着材に関する。   The present invention relates to a spherical silica-based mesoporous material, a catalyst using the same, and an adsorbent.

近年、様々な物質を吸着、貯蔵等するための材料や触媒等として、孔径1〜50nm程度のメソサイズの細孔(メソ孔)を有するシリカ系メソ多孔体が注目されており、機能開発の研究が積極的に行われている。そして、このようなシリカ系メソ多孔体としては、スルホン酸基やアミノ基等を導入したシリカ系メソ多孔体が報告されている。   In recent years, silica-based mesoporous materials having meso-sized pores (mesopores) with a pore diameter of about 1 to 50 nm have attracted attention as materials and catalysts for adsorbing and storing various substances, and research on functional development. Has been actively conducted. As such a silica-based mesoporous material, a silica-based mesoporous material into which a sulfonic acid group or an amino group is introduced has been reported.

このようなスルホン酸基が導入されたシリカ系メソ多孔体としては、例えば、MCMやHMS等のシリカ系メソ多孔体にスルホン酸が導入されたもの(W.M.V.Rhijn,et al.,Chem.Commun.,1998年発行、第317〜318頁(非特許文献1))や、前述のようなシリカ系メソ多孔体に強力な酸であるフッ素系スルホン酸が導入されたもの(D.J.Macquarrie,et al.,Chem.Commun.,2005年発行、第2363〜2365頁(非特許文献2)参照)が知られている。   Examples of such a silica-based mesoporous material into which a sulfonic acid group has been introduced include those in which a sulfonic acid is introduced into a silica-based mesoporous material such as MCM or HMS (WMV Rhijn, et al. Chem. Commun., 1998, pp. 317 to 318 (Non-patent Document 1)), and a silica-based mesoporous material as described above, in which a fluorine-based sulfonic acid that is a strong acid is introduced (D J. Macquarrie, et al., Chem. Commun., 2005, page 2363-2365 (Non-patent Document 2)) is known.

また、アミノ基が導入されたシリカ系メソ多孔体としては、例えば、特開2003−112051号公報(特許文献1)において、ケイ素原子にアミノ基が直接結合したシリカ系メソ多孔体が開示され、FSM−16にアミノ基が導入されたシリカ系メソ多孔体が開示されている。   In addition, as a silica-based mesoporous material into which an amino group has been introduced, for example, JP-A-2003-112051 (Patent Document 1) discloses a silica-based mesoporous material in which an amino group is directly bonded to a silicon atom, A silica-based mesoporous material in which an amino group is introduced into FSM-16 is disclosed.

また、シリカ系メソ多孔体のとしては、例えば、テトラエトキシシランとセチルトリメチルアンモニウム塩を用いて細孔を放射状に配列させて得られるシリカ系メソ多孔体が知られている(G.Van Tendeloo,O.I.Lebedev,O.Collart, P.CoolandE.F.Vansant,”J.Phys.Condens.Matter”,Vol.15,2003年,p3037−p3046(非特許文献3))。更に、特開2005−89218号公報(特許文献2)においては、特定の溶媒中において、シリカ原料と特定の界面活性剤とを混合し、前記シリカ原料中に前記界面活性剤が導入されてなる多孔体前駆体粒子を得る第1の工程と、前記多孔体前駆体粒子に含まれる前記界面活性剤を除去して球状シリカ系メソ多孔体を得る第2の工程とを含む製造方法により得られる球状シリカ系メソ多孔体が開示されている。また、共重合法により、2種類の極性の異なる有機基(例えば3−〔2−(2−アミノエチルアミノ)エチルアミノ〕プロピル基とウレイドプロピル基等)が導入されたシリカ系メソ多孔体等も報告されている(Seong Huh, et al., J.Am.Chem.Soc.,Vol.126,2004年発行 p1010〜p1011(非特許文献4)参照)。   Further, as a silica-based mesoporous material, for example, a silica-based mesoporous material obtained by radially arranging pores using tetraethoxysilane and cetyltrimethylammonium salt is known (G. Van Tendero, O. I. Lebedev, O. Collart, P. Cooland EF Vansant, “J. Phys. Condens. Matter”, Vol. 15, 2003, p3037-p3046 (Non-patent Document 3)). Furthermore, in JP-A-2005-89218 (Patent Document 2), a silica raw material and a specific surfactant are mixed in a specific solvent, and the surfactant is introduced into the silica raw material. It is obtained by a production method comprising a first step of obtaining porous precursor particles and a second step of obtaining a spherical silica-based mesoporous material by removing the surfactant contained in the porous precursor particles. A spherical silica-based mesoporous material is disclosed. In addition, a silica-based mesoporous material into which two types of organic groups having different polarities (for example, 3- [2- (2-aminoethylamino) ethylamino] propyl group and ureidopropyl group) are introduced by a copolymerization method Has also been reported (see Seong Huh, et al., J. Am. Chem. Soc., Vol. 126, 2004, p1010 to p1011 (Non-patent Document 4)).

しかしながら、非特許文献1〜4及び特許文献1〜2に記載のような球状シリカ系メソ多孔体においては、これを触媒として用いた場合に必ずしも十分な触媒活性を発揮することができなかった。
特開2003−112051号公報 特開2005−89218号公報 W.M.V.Rhijn,et al.,Chem.Commun.,1998年発行、第317〜318頁 D.J.Macquarrie,et al.,Chem.Commun.,2005年発行、第2363〜2365頁 G.Van Tendeloo,O.I.Lebedev,O.Collart, P.CoolandE.F.Vansant,”J.Phys.Condens.Matter”,Vol.15,2003年,p3037−p3046 Seong Huh, et al., J.Am.Chem.Soc.,Vol.126,2004年発行 p1010〜p1011
However, the spherical silica-based mesoporous materials described in Non-Patent Documents 1 to 4 and Patent Documents 1 and 2 cannot always exhibit sufficient catalytic activity when used as a catalyst.
JP 2003-112051 A JP 2005-89218 A W. M.M. V. Rhijn, et al. , Chem. Commun. , 1998, pages 317-318 D. J. et al. Macquarrie, et al. , Chem. Commun. , 2005, 2363-2365. G. Van Tendeloo, O.D. I. Lebedev, O.M. Collart, P.M. Cooland E.M. F. Vansant, “J. Phys. Condens. Matter”, Vol. 15, 2003, p3037-p3046 See Seong Huh, et al. , J. et al. Am. Chem. Soc. , Vol. 126, 2004 issue p1010-p1011

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、触媒や吸着材として用いた場合に、基質や吸着物質に対して高い選択性を発揮することができ、十分に高い触媒性能又は吸着性能を発揮することが可能な球状シリカ系メソ多孔体、並びに、それを用いた触媒及び吸着材を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and when used as a catalyst or an adsorbent, can exhibit a high selectivity for a substrate or an adsorbent, and is a sufficiently high catalyst. It is an object of the present invention to provide a spherical silica-based mesoporous material that can exhibit performance or adsorption performance, and a catalyst and an adsorbent using the same.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、平均粒径が0.01〜3μmであり、中心細孔直径が1〜10nmの放射状細孔を有し、且つ、特定の官能基を有する第一の有機基、並びに、特定の第二の有機基が導入されている球状シリカ系メソ多孔体により、触媒や吸着材として用いた場合に、基質や吸着物質に対して高い選択性を発揮することができ、十分に高い触媒性能又は吸着性能を発揮することが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have radial pores having an average particle diameter of 0.01 to 3 μm, a central pore diameter of 1 to 10 nm, and are specified. When used as a catalyst or adsorbent, the first organic group having the functional group and the spherical silica-based mesoporous material into which the specific second organic group has been introduced. It has been found that high selectivity can be exhibited and sufficiently high catalytic performance or adsorption performance can be exhibited, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明の球状シリカ系メソ多孔体は、平均粒径が0.01〜3μmであり、中心細孔直径が1〜10nmの放射状細孔を有し、且つ、
スルホン酸基、カルボン酸基及びアミノ基からなる群から選択される少なくとも1種の官能基を有する第一の有機基、並びに、脂肪族化合物系有機基及び環式化合物系有機基からなる群から選択される少なくとも1種の第二の有機基が導入されていることを特徴とするものである。
That is, the spherical silica-based mesoporous material of the present invention has radial pores having an average particle diameter of 0.01 to 3 μm, a central pore diameter of 1 to 10 nm, and
A first organic group having at least one functional group selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a carboxylic acid group and an amino group, and a group consisting of an aliphatic compound-based organic group and a cyclic compound-based organic group At least one selected second organic group is introduced.

上記本発明にかかる第一の有機基としては、炭素数が18以下の直鎖又は分岐鎖状のヘテロ原子を有していてもよい鎖式炭化水素基、又は炭素数が18以下のヘテロ原子を有していてもよい環式炭化水素基に、前記官能基が結合したものであることが好ましく、更に、前記第一の有機基が、メチル基、エチル基、直鎖又は分岐鎖状のプロピル基、直鎖又は分岐鎖状のブチル基、直鎖又は分岐鎖状のペンチル基、直鎖又は分岐鎖状のヘキシル基、直鎖又は分岐鎖状のヘプチル基、直鎖又は分岐鎖状のオクチル基、直鎖又は分岐鎖状のノニル基、直鎖又は分岐鎖状のデシル基、直鎖又は分岐鎖状のウンデシル基、直鎖又は分岐鎖状のドデシル基、直鎖又は分岐鎖状のテトラデシル基、直鎖又は分岐鎖状のヘキサデシル基、直鎖又は分岐鎖状のオクタデシル基、アリル基、ビニル基、フェニル基、アルキルフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、シクロヘキシル基、ピリジル基、ピリミジル基、キノリル基、イソキノリル基、イミダゾール基、インドール基及びプリン基からなる群から選択される少なくとも1種の基に、前記官能基が結合したものであることがより好ましい。   The first organic group according to the present invention is a chain hydrocarbon group which may have a linear or branched hetero atom having 18 or less carbon atoms, or a hetero atom having 18 or less carbon atoms. It is preferable that the functional group is bonded to a cyclic hydrocarbon group which may have, and the first organic group is a methyl group, an ethyl group, a linear or branched chain Propyl group, linear or branched butyl group, linear or branched pentyl group, linear or branched hexyl group, linear or branched heptyl group, linear or branched chain Octyl group, linear or branched nonyl group, linear or branched decyl group, linear or branched undecyl group, linear or branched dodecyl group, linear or branched chain Tetradecyl group, linear or branched hexadecyl group, linear or branched octet Selected from the group consisting of decyl, allyl, vinyl, phenyl, alkylphenyl, biphenyl, naphthyl, cyclohexyl, pyridyl, pyrimidyl, quinolyl, isoquinolyl, imidazole, indole and purine groups It is more preferable that the functional group is bonded to at least one kind of group.

また、上記本発明にかかる第二の有機基としては、炭素数が18以下の直鎖又は分岐鎖状のヘテロ原子を有していてもよい脂肪族化合物系有機基、及び炭素数が18以下のヘテロ原子を有していてもよい環式化合物系有機基からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましく、更に、メチル基、エチル基、直鎖又は分岐鎖状のプロピル基、直鎖又は分岐鎖状のブチル基、直鎖又は分岐鎖状のペンチル基、直鎖又は分岐鎖状のヘキシル基、直鎖又は分岐鎖状のヘプチル基、直鎖又は分岐鎖状のオクチル基、直鎖又は分岐鎖状のノニル基、直鎖又は分岐鎖状のデシル基、直鎖又は分岐鎖状のウンデシル基、直鎖又は分岐鎖状のドデシル基、直鎖又は分岐鎖状のテトラデシル基、直鎖又は分岐鎖状のヘキサデシル基、直鎖又は分岐鎖状のオクタデシル基、アリル基、ビニル基、フェニル基、アルキルフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、シクロヘキシル基、ピリジル基、ピリミジル基、キノリル基、イソキノリル基、イミダゾール基、インドール基、プリン基、並びに、
これらの基に、水酸基、カルボニル基、アルデヒド基、イミノ基、シアノ基、アゾ基、アジ基、ニトロ基、チオール基、アミド基、ウレイド基、エステル基及びエーテル基からなる群から選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含む官能基を有する有機基が結合した基、
からなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましい。
In addition, as the second organic group according to the present invention, an aliphatic compound-based organic group which may have a linear or branched hetero atom having 18 or less carbon atoms, and 18 or less carbon atoms. It is preferably at least one selected from the group consisting of cyclic compound-based organic groups optionally having heteroatoms, and further, a methyl group, an ethyl group, a linear or branched propyl group, Linear or branched butyl group, linear or branched pentyl group, linear or branched hexyl group, linear or branched heptyl group, linear or branched octyl group, Linear or branched nonyl group, linear or branched decyl group, linear or branched undecyl group, linear or branched dodecyl group, linear or branched tetradecyl group, Linear or branched hexadecyl group, linear or branched Octadecyl group, an allyl group, a vinyl group, a phenyl group, alkylphenyl group, a biphenyl group, a naphthyl group, a cyclohexyl group, a pyridyl group, pyrimidyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, imidazole group, indole group, a purine group, and,
These groups include at least selected from the group consisting of hydroxyl group, carbonyl group, aldehyde group, imino group, cyano group, azo group, azide group, nitro group, thiol group, amide group, ureido group, ester group and ether group. A group to which an organic group having a functional group containing one kind of heteroatom is bonded;
More preferably, it is at least one selected from the group consisting of:

また、本発明の触媒は、Friedel−Craftsアルキル化反応又はエステル加水分解反応に用いるための触媒であって、上記本発明の球状シリカ系メソ多孔体からなることを特徴とするものである。
The catalyst of the present invention is a catalyst for use in a Friedel-Crafts alkylation reaction or an ester hydrolysis reaction, and is characterized by comprising the spherical silica-based mesoporous material of the present invention.

さらに、本発明の吸着材は、上記本発明の球状シリカ系メソ多孔体からなることを特徴とするものである。   Furthermore, the adsorbent of the present invention is characterized by comprising the spherical silica mesoporous material of the present invention.

なお、本発明の球状シリカ系メソ多孔体によって上記目的が達成される理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、非特許文献1〜3や特許文献1〜2に記載の従来のシリカ系メソ多孔体においては、基質や吸着物質を効率よく取り込むことができないため、必ずしも十分な活性等を発揮できないものと推察される。また、非特許文献1〜4や特許文献1に記載の従来のシリカ系メソ多孔体においては、粒径が不揃いで、細孔の方向が不規則であるため、基質や吸着物質を取り込んだ後に細孔内を移動させることが困難であるとともに、細孔の閉塞が生じる場合があり、触媒等に使用した場合に必ずしも十分な活性を発揮できないものと推察される。一方、本発明の球状シリカ系メソ多孔体は、その平均粒径が0.01〜3μmであり、且つ放射状細孔を有する。このように、本発明においては、前記球状シリカ系メソ多孔体の平均粒径が0.01〜3μmであることから、その内部へ効率的に反応物を拡散させることができ、十分に高い触媒特性が発揮される。また、本発明においては、前述のように細孔が放射状であることから、外表面が少なく触媒や吸着材に適した構造となるとともに、基質や生成物等の物質移動が容易となるため、十分に高い活性が発揮される。更に、物質移動が容易であることから、細孔の閉塞も十分に防止され、高い活性を維持できるものと推察される。また、本発明の球状シリカ系メソ多孔体においては、特定の基質と親和性の高い第二の有機基を導入するとともに、特定の基質と触媒反応を効率的に起こすことが可能な第一の有機基を導入することが可能である。従って、本発明の球状シリカ系メソ多孔体を触媒として利用した場合には、第二の有機基によって選択性高く特定の基質を取り込むことができるとともに、第一の有機基が有する官能基によって、より効率的に触媒反応を進行させることができ、十分に高い触媒性能が発揮される。また、球状シリカ系メソ多孔体は、吸着材として利用する場合に、吸着物質と親和性の高い第二の有機基を導入し、吸着物質が化学的に結合することが可能な第一の有機基を導入することで、第二の有機基を吸着物質の選択点として機能させ、第一の有機基を吸着点として機能させることが可能となり、高い吸着性能が発揮されるものと本発明者らは推察する。   The reason why the above object is achieved by the spherical silica-based mesoporous material of the present invention is not necessarily clear, but the present inventors speculate as follows. That is, in the conventional silica-based mesoporous materials described in Non-Patent Documents 1 to 3 and Patent Documents 1 and 2, since the substrate and the adsorbed material cannot be efficiently taken in, it is not always possible to exhibit sufficient activity or the like. Inferred. In addition, in the conventional silica-based mesoporous materials described in Non-Patent Documents 1 to 4 and Patent Document 1, since the particle diameters are irregular and the direction of the pores is irregular, It is difficult to move in the pores, and the pores may be blocked, and it is assumed that sufficient activity cannot always be exhibited when used as a catalyst. On the other hand, the spherical silica-based mesoporous material of the present invention has an average particle size of 0.01 to 3 μm and has radial pores. Thus, in the present invention, since the average particle diameter of the spherical silica-based mesoporous material is 0.01 to 3 μm, the reactant can be efficiently diffused into the inside thereof, and a sufficiently high catalyst The characteristic is exhibited. Further, in the present invention, since the pores are radial as described above, the structure is suitable for a catalyst and an adsorbent with a small outer surface, and mass transfer of a substrate or a product is facilitated. Sufficiently high activity is exhibited. Furthermore, since mass transfer is easy, it is assumed that blockage of pores is sufficiently prevented and high activity can be maintained. In addition, in the spherical silica-based mesoporous material of the present invention, a first organic group having a high affinity with a specific substrate is introduced, and a first substrate capable of efficiently causing a catalytic reaction with the specific substrate. It is possible to introduce organic groups. Therefore, when the spherical silica-based mesoporous material of the present invention is used as a catalyst, a specific substrate can be taken in with high selectivity by the second organic group, and the functional group of the first organic group The catalytic reaction can proceed more efficiently, and sufficiently high catalytic performance is exhibited. In addition, when the spherical silica-based mesoporous material is used as an adsorbent, a second organic group having a high affinity with the adsorbent is introduced, and the adsorbent can be chemically bonded to the first organic group. By introducing a group, the second organic group can function as a selection point of an adsorbing substance, and the first organic group can function as an adsorption point, and the present inventor can exhibit high adsorption performance. Et al.

本発明によれば、触媒や吸着材として用いた場合に、基質に対して高い選択性を発揮することができ、十分に高い触媒性能又は吸着性能を発揮することが可能な球状シリカ系メソ多孔体、並びに、それを用いた触媒及び吸着材を提供することが可能となる。   According to the present invention, when used as a catalyst or an adsorbent, a spherical silica-based mesoporous material that can exhibit high selectivity to a substrate and can exhibit sufficiently high catalyst performance or adsorption performance. As well as a catalyst and an adsorbent using the same.

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments thereof.

先ず、本発明の球状シリカ系メソ多孔体について説明する。すなわち、本発明の球状シリカ系メソ多孔体は、平均粒径が0.01〜3μmであり、中心細孔直径が1〜10nmの放射状細孔を有し、且つ、
スルホン酸基、カルボン酸基及びアミノ基からなる群から選択される少なくとも1種の官能基を有する第一の有機基、並びに、脂肪族化合物系有機基及び環式化合物系有機基からなる群から選択される少なくとも1種の第二の有機基が導入されていることを特徴とするものである。
First, the spherical silica-based mesoporous material of the present invention will be described. That is, the spherical silica-based mesoporous material of the present invention has radial pores having an average particle diameter of 0.01 to 3 μm, a central pore diameter of 1 to 10 nm, and
A first organic group having at least one functional group selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a carboxylic acid group and an amino group, and a group consisting of an aliphatic compound-based organic group and a cyclic compound-based organic group At least one selected second organic group is introduced.

このような第一の有機基としては、
(i)炭素数が18以下の直鎖又は分岐鎖状のヘテロ原子を有していてもよい鎖式炭化水素基、又は、
(ii)炭素数が18以下のヘテロ原子を有していてもよい環式炭化水素基に、
前記官能基が結合したものが好ましい。
As such a first organic group,
(I) a linear hydrocarbon group which may have a linear or branched hetero atom having 18 or less carbon atoms, or
(Ii) a cyclic hydrocarbon group optionally having a hetero atom having 18 or less carbon atoms,
What the said functional group couple | bonded is preferable.

このような鎖式炭化水素基(i)又は環式炭化水素基(ii)の炭素数が前記上限を超えると、細孔容量が少なくなり、細孔内での物質移動や触媒反応及び吸着が起こりにくくなる傾向にある。また、このような鎖式炭化水素基(i)又は環式炭化水素基(ii)は、得られる球状シリカ系メソ多孔体の用途等に応じて適宜選択されるものであり、特に制限されるものではない。   When the carbon number of such a chain hydrocarbon group (i) or cyclic hydrocarbon group (ii) exceeds the upper limit, the pore volume decreases, and mass transfer, catalytic reaction and adsorption in the pores are reduced. It tends to be less likely to occur. Further, such a chain hydrocarbon group (i) or cyclic hydrocarbon group (ii) is appropriately selected according to the use of the obtained spherical silica-based mesoporous material, and is particularly limited. It is not a thing.

また、このような鎖式炭化水素基(i)としては、メチル基、エチル基、直鎖又は分岐鎖状のプロピル基、直鎖又は分岐鎖状のブチル基、直鎖又は分岐鎖状のペンチル基、直鎖又は分岐鎖状のヘキシル基、直鎖又は分岐鎖状のヘプチル基、直鎖又は分岐鎖状のオクチル基、直鎖又は分岐鎖状のノニル基、直鎖又は分岐鎖状のデシル基、直鎖又は分岐鎖状のウンデシル基、直鎖又は分岐鎖状のドデシル基、直鎖又は分岐鎖状のテトラデシル基、直鎖又は分岐鎖状のヘキサデシル基、直鎖又は分岐鎖状のオクタデシル基、アリル基又はビニル基が好ましい。   Examples of such a chain hydrocarbon group (i) include a methyl group, an ethyl group, a linear or branched propyl group, a linear or branched butyl group, a linear or branched pentyl group. Group, linear or branched hexyl group, linear or branched heptyl group, linear or branched octyl group, linear or branched nonyl group, linear or branched decyl Group, linear or branched undecyl group, linear or branched dodecyl group, linear or branched tetradecyl group, linear or branched hexadecyl group, linear or branched octadecyl group Group, allyl group or vinyl group is preferred.

また、環式炭化水素基(ii)としては、フェニル基、アルキルフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、シクロヘキシル基、ピリジル基、ピリミジル基、キノリル基、イソキノリル基、イミダゾール基、インドール基又はプリン基が好ましい。   The cyclic hydrocarbon group (ii) includes a phenyl group, an alkylphenyl group, a biphenyl group, a naphthyl group, a cyclohexyl group, a pyridyl group, a pyrimidyl group, a quinolyl group, an isoquinolyl group, an imidazole group, an indole group, or a purine group. preferable.

また、このような第一の有機基においては、鎖式炭化水素基(i)又は環式炭化水素基(ii)がヘテロ原子を有する他の有機基(例えば、水酸基、カルボニル基、アルデヒド基、イミノ基、シアノ基、アゾ基、アジ基、ニトロ基、チオール基、アミド基、ウレイド基、エステル基、エーテル基等のヘテロ原子を含む他の官能基を有する有機基等)を更に有していてもよい。   In such a first organic group, the chain hydrocarbon group (i) or the cyclic hydrocarbon group (ii) has another organic group having a hetero atom (for example, a hydroxyl group, a carbonyl group, an aldehyde group, An organic group having another functional group containing a hetero atom such as an imino group, a cyano group, an azo group, an azido group, a nitro group, a thiol group, an amide group, a ureido group, an ester group, an ether group, etc. May be.

さらに、本発明にかかる官能基としてアミノ基を有する場合の第一の有機基としては、1級、2級及び3級のいずれであってもよい。また、本発明にかかる官能基としてアミノ基を有する場合、第一の有機基は、前述のピリジル基、ピリミジル基、キノリル基、イソキノリル基、イミダゾール基、インドール基又はプリン基のように、環式炭化水素基(ii)中にアミノ基が含有されているものであってもよい。また、このようなアミノ基を有する第一の有機基としては、分子内に2つ以上のアミンを有しているものであってもよく、例えば、2つのアミンを有しているものとしてN−(2−アミノエチル)3−アミノプロピル基等が挙げられ、3つのアミンを有しているものとして3−[2−(2−アミノエチルアミノ)エチルアミノ]プロピル基等が挙げられる。   Furthermore, the first organic group in the case of having an amino group as the functional group according to the present invention may be any of primary, secondary and tertiary. When the functional group according to the present invention has an amino group, the first organic group is a cyclic group such as the aforementioned pyridyl group, pyrimidyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, imidazole group, indole group or purine group. The hydrocarbon group (ii) may contain an amino group. In addition, the first organic group having such an amino group may be one having two or more amines in the molecule, for example, N 2 having two amines. -(2-Aminoethyl) 3-aminopropyl group and the like are mentioned, and those having three amines include 3- [2- (2-aminoethylamino) ethylamino] propyl group and the like.

また、本発明にかかる第二の有機基は、脂肪族化合物系有機基及び環式化合物系有機基からなる群から選択される少なくとも1種であればよく、特に制限されない。このような脂肪族化合物系有機基としては、炭素数が18以下の直鎖又は分岐鎖状のヘテロ原子を有していてもよい脂肪族化合物系有機基が好ましい。このような脂肪族化合物系有機基の炭素数が前記上限を超えると、細孔が小さくなり、基質や吸着物質が細孔に入りにくくなる傾向にある。   Moreover, the 2nd organic group concerning this invention should just be at least 1 sort (s) selected from the group which consists of an aliphatic compound type organic group and a cyclic compound type organic group, and is not restrict | limited in particular. As such an aliphatic compound-based organic group, an aliphatic compound-based organic group which may have a linear or branched hetero atom having 18 or less carbon atoms is preferable. When the number of carbon atoms of such an aliphatic compound-based organic group exceeds the upper limit, the pores become small, and the substrate and the adsorbing material tend not to enter the pores.

また、前記環式化合物系有機基としては、炭素数が18以下のヘテロ原子を有していてもよい環式化合物系有機基が好ましい。このような環式化合物系有機基の炭素数が前記上限を超えると、細孔が小さくなり、基質や吸着物質が細孔に入りにくくなる傾向にある。   Moreover, as said cyclic compound type organic group, the cyclic compound type organic group which may have a C18 or less hetero atom is preferable. When the carbon number of such a cyclic compound-based organic group exceeds the above upper limit, the pores become small, and the substrate and the adsorbing material tend to be difficult to enter the pores.

また、このような脂肪族化合物系有機基又は環式化合物系有機基としては、得られる球状シリカ系メソ多孔体の用途等に応じて適宜選択されるものであり、特に制限されるものではないが、前記脂肪族化合物系有機基としては、メチル基、エチル基、直鎖又は分岐鎖状のプロピル基、直鎖又は分岐鎖状のブチル基、直鎖又は分岐鎖状のペンチル基、直鎖又は分岐鎖状のヘキシル基、直鎖又は分岐鎖状のヘプチル基、直鎖又は分岐鎖状のオクチル基、直鎖又は分岐鎖状のノニル基、直鎖又は分岐鎖状のデシル基、直鎖又は分岐鎖状のウンデシル基、直鎖又は分岐鎖状のドデシル基、直鎖又は分岐鎖状のテトラデシル基、直鎖又は分岐鎖状のヘキサデシル基、直鎖又は分岐鎖状のオクタデシル基、アリル基、ビニル基、又は、これらの脂肪族化合物系有機基に、水酸基、カルボニル基、アルデヒド基、イミノ基、シアノ基、アゾ基、アジ基、ニトロ基、チオール基、アミド基、ウレイド基、エステル基及びエーテル基からなる群から選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含む官能基を有する有機基が結合した基がより好ましい。また、前記環式化合物系有機基としては、フェニル基、アルキルフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、シクロヘキシル基、ピリジル基、ピリミジル基、キノリル基、イソキノリル基、イミダゾール基、インドール基、プリン基、又は、これらの環式化合物系有機基に、水酸基、カルボニル基、アルデヒド基、イミノ基、シアノ基、アゾ基、アジ基、ニトロ基、チオール基、アミド基、ウレイド基、エステル基及びエーテル基からなる群から選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含む官能基を有する有機基が結合した基がより好ましい。例えば、基質や吸着物質が疎水性を有している場合においては、メチル基、エチル基、直鎖又は分岐鎖状のプロピル基、直鎖又は分岐鎖状のブチル基、直鎖又は分岐鎖状のペンチル基、直鎖又は分岐鎖状のヘキシル基、直鎖又は分岐鎖状のヘプチル基、直鎖又は分岐鎖状のオクチル基、直鎖又は分岐鎖状のノニル基、直鎖又は分岐鎖状のデシル基、直鎖又は分岐鎖状のウンデシル基、直鎖又は分岐鎖状のドデシル基、直鎖又は分岐鎖状のテトラデシル基、直鎖又は分岐鎖状のヘキサデシル基、直鎖又は分岐鎖状のオクタデシル基、フェニル基、アルキルフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、シクロヘキシル基等が好適に用いられ、基質や吸着物質が親水性を有している場合においては、前記脂肪族化合物系有機基又は環式化合物系有機基に、水酸基、カルボニル基、アルデヒド基、イミノ基、シアノ基、アゾ基、アジ基、ニトロ基、チオール基、アミド基、ウレイド基、エステル基及びエーテル基からなる群から選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含む官能基を有する有機基が結合した基等が好適に用いられる。   Further, such an aliphatic compound-based organic group or a cyclic compound-based organic group is appropriately selected depending on the use of the obtained spherical silica-based mesoporous material, and is not particularly limited. However, examples of the aliphatic compound-based organic group include a methyl group, an ethyl group, a linear or branched propyl group, a linear or branched butyl group, a linear or branched pentyl group, and a linear chain. Or a branched hexyl group, a linear or branched heptyl group, a linear or branched octyl group, a linear or branched nonyl group, a linear or branched decyl group, a linear Or branched undecyl group, linear or branched dodecyl group, linear or branched tetradecyl group, linear or branched hexadecyl group, linear or branched octadecyl group, allyl group , Vinyl groups, or aliphatic compounds thereof The organic group is at least selected from the group consisting of hydroxyl group, carbonyl group, aldehyde group, imino group, cyano group, azo group, azide group, nitro group, thiol group, amide group, ureido group, ester group and ether group A group in which an organic group having a functional group containing one kind of hetero atom is bonded is more preferable. Examples of the cyclic compound-based organic group include a phenyl group, an alkylphenyl group, a biphenyl group, a naphthyl group, a cyclohexyl group, a pyridyl group, a pyrimidyl group, a quinolyl group, an isoquinolyl group, an imidazole group, an indole group, a purine group, or These cyclic compound-based organic groups consist of a hydroxyl group, a carbonyl group, an aldehyde group, an imino group, a cyano group, an azo group, an azide group, a nitro group, a thiol group, an amide group, a ureido group, an ester group, and an ether group. A group to which an organic group having a functional group containing at least one hetero atom selected from the group is bonded is more preferable. For example, when the substrate or the adsorbing substance has hydrophobicity, methyl group, ethyl group, linear or branched propyl group, linear or branched butyl group, linear or branched chain Pentyl group, linear or branched hexyl group, linear or branched heptyl group, linear or branched octyl group, linear or branched nonyl group, linear or branched chain Decyl group, linear or branched undecyl group, linear or branched dodecyl group, linear or branched tetradecyl group, linear or branched hexadecyl group, linear or branched chain In the case where an octadecyl group, a phenyl group, an alkylphenyl group, a biphenyl group, a naphthyl group, a cyclohexyl group, or the like is suitably used and the substrate or the adsorbing substance has hydrophilicity, the aliphatic compound-based organic group or Cyclic organic group , A hydroxyl group, a carbonyl group, an aldehyde group, an imino group, a cyano group, an azo group, an azido group, a nitro group, a thiol group, an amide group, a ureido group, an ester group, and an ether group. A group to which an organic group having a functional group containing an atom is bonded is preferably used.

また、本発明の球状シリカ系メソ多孔体の平均粒径は、0.01〜3μmである。このような平均粒径が0.01μm未満では、粒子が凝集してしまい、反応効率が低くなり、他方、3μmを超えると、球状粒子が形成しにくくなると同時に触媒として使用した場合に触媒内部への反応物の拡散に時間がかかり反応効率が低くなる。   Moreover, the average particle diameter of the spherical silica type mesoporous material of the present invention is 0.01 to 3 μm. When the average particle size is less than 0.01 μm, the particles are aggregated, resulting in low reaction efficiency. On the other hand, when the average particle size is more than 3 μm, spherical particles are difficult to form and at the same time, when used as a catalyst, the particles enter the catalyst. It takes time for the reactants to diffuse and the reaction efficiency is lowered.

さらに、本発明においては、球状シリカ系メソ多孔体の全粒子の90重量%以上が、前記平均粒径の±10%の範囲内の粒径を有していることが好ましい。前記平均粒径の±10%の範囲内の粒径を有している粒子が全粒子の90重量%未満では、粒子の凝集が多くなるため反応効率が低下する傾向にある。   Furthermore, in the present invention, it is preferable that 90% by weight or more of all the particles of the spherical silica-based mesoporous material have a particle size within a range of ± 10% of the average particle size. If the particles having a particle size in the range of ± 10% of the average particle size are less than 90% by weight of the total particles, the aggregation of the particles increases, and the reaction efficiency tends to decrease.

また、本発明においては、球状シリカ系メソ多孔体は放射状細孔を有している。また、放射状細孔とは、細孔が中心部から外側に向かって放射状に配列されている、いわゆるラジアル型構造を有する細孔である。このように、細孔が規則性を保ちながら粒子の中心部から外側に向かって配置されていることにより、外表面が少なくなり触媒や吸着剤として適した構造となる。なお、球状シリカ系メソ多孔体がいわゆるラジアル型構造を有していることは、細孔内に金や白金等の金属を導入し、その断面を走査型電子顕微鏡により観察することによって確認することが可能である。また、本発明の球状シリカ系メソ多孔体における細孔の全てが中心部から外側に向かって放射状に配列されている必要はなく、全ての細孔のうち50%以上(より好ましくは70%以上)がこのように配列されていることが好ましい。このように球状シリカ系メソ多孔体が放射状細孔を有していることにより、外表面が少なくなり細孔が内部まで有効に利用できることとなる。   In the present invention, the spherical silica-based mesoporous material has radial pores. The radial pores are pores having a so-called radial type structure in which the pores are arranged radially from the center to the outside. As described above, since the pores are arranged from the center of the particle toward the outside while maintaining regularity, the outer surface is reduced and a structure suitable as a catalyst or an adsorbent is obtained. In addition, it is confirmed that spherical silica-based mesoporous materials have a so-called radial structure by introducing a metal such as gold or platinum into the pores and observing the cross section with a scanning electron microscope. Is possible. Further, it is not necessary that all the pores in the spherical silica-based mesoporous material of the present invention are arranged radially from the center to the outside, and 50% or more (more preferably 70% or more) of all the pores. ) Are preferably arranged in this way. Since the spherical silica-based mesoporous material has radial pores as described above, the outer surface is reduced and the pores can be effectively used up to the inside.

さらに、このような放射状細孔の中心細孔直径は1nm〜10nm(より好ましくは1nm〜5nm)である。中心細孔直径が1nm未満では、かさ高い分子の反応物に対しては十分な酸触媒性能を発揮することができない。他方、前記中心細孔直径が10nmを超えると、球状粒子を形成することが困難になる傾向にある。   Furthermore, the central pore diameter of such radial pores is 1 nm to 10 nm (more preferably 1 nm to 5 nm). When the central pore diameter is less than 1 nm, sufficient acid catalyst performance cannot be exhibited for bulky reactants. On the other hand, when the diameter of the central pore exceeds 10 nm, it tends to be difficult to form spherical particles.

また、本発明の球状シリカ系メソ多孔体としては、細孔径分布曲線における中心細孔直径の±40%の範囲に全細孔容積の60%以上が含まれるものが好ましい。このような条件を満たす球状シリカ系メソ多孔体は、細孔の直径が非常に均一であることを意味する。ここで、中心細孔直径とは、細孔容積(V)を細孔直径(D)で微分した値(dV/dD)を細孔直径(D)に対してプロットした曲線(細孔径分布曲線)の最大ピークにおける細孔直径である。なお、細孔径分布曲線は、次に述べる方法により求めることができる。すなわち、シリカ系メソ多孔体粒子を液体窒素温度(−196℃)に冷却して窒素ガスを導入し、定容量法あるいは重量法によりその吸着量を求め、次いで、導入する窒素ガスの圧力を徐々に増加させ、各平衡圧に対する窒素ガスの吸着量をプロットし、吸着等温線を得る。この吸着等温線を用い、Cranston−Inklay法、Dollimore−Heal法、BJH法等の計算法により細孔径分布曲線を求めることができる。   In addition, the spherical silica-based mesoporous material of the present invention preferably includes 60% or more of the total pore volume in the range of ± 40% of the center pore diameter in the pore diameter distribution curve. A spherical silica-based mesoporous material that satisfies such conditions means that the pore diameter is very uniform. Here, the center pore diameter is a curve (pore diameter distribution curve) in which a value (dV / dD) obtained by differentiating the pore volume (V) with respect to the pore diameter (D) is plotted against the pore diameter (D). ) At the maximum peak. The pore size distribution curve can be obtained by the method described below. That is, silica-based mesoporous particles are cooled to a liquid nitrogen temperature (-196 ° C.), nitrogen gas is introduced, the adsorption amount is determined by a constant volume method or a gravimetric method, and then the pressure of the introduced nitrogen gas is gradually increased. And the adsorption amount of nitrogen gas for each equilibrium pressure is plotted to obtain an adsorption isotherm. Using this adsorption isotherm, a pore size distribution curve can be obtained by a calculation method such as Cranston-Inklay method, Dollimore-Heal method, BJH method or the like.

なお、本発明でいう「球状」とは、真の球体に限定されるものではなく、最小直径が最大直径の80%以上(好ましくは90%以上)である略球体も包含するものである。また、略球体の場合、その粒径は原則として最小直径と最大直径との平均値をいう。   The term “spherical” as used in the present invention is not limited to a true sphere, but includes a substantially sphere having a minimum diameter of 80% or more (preferably 90% or more) of the maximum diameter. In the case of a substantially spherical body, the particle size is an average value of the minimum diameter and the maximum diameter in principle.

また、本発明の球状シリカ系メソ多孔体は、ケイ素原子が酸素原子を介して結合した骨格−Si−O−を基本とし、高度に架橋した網目構造を有している。このような球状シリカ系メソ多孔体は、ケイ素原子及び酸素原子を主成分とするものであればよく、ケイ素原子の少なくとも一部が有機基の2箇所以上で炭素−ケイ素結合を形成しているものでもよい。   The spherical silica-based mesoporous material of the present invention has a highly crosslinked network structure based on a skeleton —Si—O— in which silicon atoms are bonded via oxygen atoms. Such a spherical silica-based mesoporous material only needs to have silicon atoms and oxygen atoms as main components, and at least some of the silicon atoms form carbon-silicon bonds at two or more organic groups. It may be a thing.

また、本発明の球状シリカ系メソ多孔体の比表面積については特に制限はないが、700m/g以上であることが好ましい。このような比表面積は、吸着等温線からBET等温吸着式を用いてBET比表面積として算出することができる。 Moreover, there is no restriction | limiting in particular about the specific surface area of the spherical silica type mesoporous material of this invention, However, It is preferable that it is 700 m < 2 > / g or more. Such a specific surface area can be calculated as a BET specific surface area from the adsorption isotherm using the BET isotherm adsorption equation.

さらに、本発明の球状シリカ系メソ多孔体は、そのX線回折パターンにおいて1nm以上のd値に相当する回折角度に1本以上のピークを有することが好ましい。X線回折ピークはそのピーク角度に相当するd値の周期構造が試料中にあることを意味する。したがって、1nm以上のd値に相当する回折角度に1本以上のピークがあることは、細孔が1nm以上の間隔で規則的に配列していることを意味する。   Furthermore, the spherical silica-based mesoporous material of the present invention preferably has one or more peaks at a diffraction angle corresponding to a d value of 1 nm or more in the X-ray diffraction pattern. The X-ray diffraction peak means that a periodic structure having a d value corresponding to the peak angle is present in the sample. Therefore, having one or more peaks at a diffraction angle corresponding to a d value of 1 nm or more means that the pores are regularly arranged at intervals of 1 nm or more.

また、本発明の球状シリカ系メソ多孔体が有する細孔は、多孔体の表面のみならず内部にも形成される。かかる多孔体における細孔の配列状態(細孔配列構造又は構造)は特に制限されないが、2d−ヘキサゴナル構造、3d−ヘキサゴナル構造又はキュービック構造であることが好ましい。また、このような細孔配列構造は、ディスオーダの細孔配列構造を有するものであってもよい。   Further, the pores of the spherical silica-based mesoporous material of the present invention are formed not only on the surface of the porous material but also on the inside. The arrangement state (pore arrangement structure or structure) of the pores in such a porous body is not particularly limited, but is preferably a 2d-hexagonal structure, a 3d-hexagonal structure, or a cubic structure. Such a pore arrangement structure may have a disordered pore arrangement structure.

ここで、多孔体がヘキサゴナルの細孔配列構造を有するとは、細孔の配置が六方構造であることを意味する(S.Inagaki,et al.,J.Chem.Soc.,Chem.Commun.,680,1993;S.Inagaki,et al.,Bull.Chem.Soc.Jpn.,69,1449,1996、Q.Huo,et al.,Science,268,1324,1995参照)。また、多孔体がキュービックの細孔配列構造を有するとは、細孔の配置が立方構造であることを意味する(J.C.Vartuli,et al.,Chem.Mater.,6,2317,1994;Q.Huo,et al.,Nature,368,317,1994参照)。また、多孔体がディスオーダの細孔配列構造を有するとは、細孔の配置が不規則であることを意味する(P.T.Tanev,et al.,Science,267,865,1995;S.A.Bagshaw,et al.,Science,269,1242,1995;R.Ryoo,et al.,J.Phys.Chem.,100,17718,1996参照)。また、前記キュービック構造は、Pm−3n、Im−3m又はFm−3m対称性であることが好ましい。前記対称性とは、空間群の表記法に基づいて決定されるものである。   Here, that the porous body has a hexagonal pore arrangement structure means that the arrangement of the pores is a hexagonal structure (S. Inagaki, et al., J. Chem. Soc., Chem. Commun. 680, 1993; S. Inagaki, et al., Bull. Chem. Soc. Jpn., 69, 1449, 1996, Q. Huo, et al., Science, 268, 1234, 1995). Moreover, the porous body having a cubic pore arrangement structure means that the arrangement of the pores is a cubic structure (JC Vartuli, et al., Chem. Mater., 6, 2317, 1994). Q. Huo, et al., Nature, 368, 317, 1994). Further, that the porous body has a disordered pore arrangement structure means that the arrangement of the pores is irregular (PT Tanev, et al., Science, 267, 865, 1995; S; A. Bagshaw, et al., Science, 269, 1242, 1995; R. Ryoo, et al., J. Phys. Chem., 100, 17718, 1996). The cubic structure is preferably Pm-3n, Im-3m or Fm-3m symmetric. The symmetry is determined based on a space group notation.

このような球状シリカ系メソ多孔体は、粉末のまま使用してもよいが、必要に応じて成形して使用してもよい。成形する手段はどのようなものでも良いが、押出成形、打錠成形、転動造粒、圧縮成形、CIP等が好ましい。その形状は使用箇所、方法に応じて決めることができ、たとえば円柱状、破砕状、球状、ハニカム状、凹凸状、波板状等が挙げられる。また、本発明の球状シリカ系メソ多孔体は、形状が球状で放射状細孔のため高い触媒作用を示し、また、前記第1の有機基と前記第2の有機基がシリケート中のシリカに配位して導入する際に、特定の基質と親和性の高い第二の有機基を導入するとともに、特定の基質と触媒反応を効率的に起こすことが可能な第一の有機基を導入することで、高い触媒活性を発揮させることが可能であるため、触媒材料として非常に有用である。例えば、Friedel−Craftsアルキル化及びアシル化反応、Mukaiyama−Aldol反応、Diels−Alder反応、エステルの加水分解等に用いる触媒として利用すること等が挙げられる。更に、本発明の球状シリカ系メソ多孔体は、吸着物質と親和性の高い第二の有機基を導入し、吸着物質が化学的に結合することが可能な第一の有機基を導入することで、第二の有機基を吸着物質の選択点として機能させ、第一の有機基を吸着点として機能させることが可能であるため、吸着材としても非常に有用である。   Such a spherical silica-based mesoporous material may be used as it is, but may be molded and used as necessary. Any molding means may be used, but extrusion molding, tablet molding, rolling granulation, compression molding, CIP and the like are preferable. The shape can be determined according to the place of use and method, and examples thereof include a columnar shape, a crushed shape, a spherical shape, a honeycomb shape, an uneven shape, and a corrugated plate shape. In addition, the spherical silica-based mesoporous material of the present invention has a spherical shape and radial pores, and thus exhibits high catalytic action, and the first organic group and the second organic group are arranged on the silica in the silicate. Introducing a second organic group having high affinity with a specific substrate and introducing a first organic group capable of efficiently causing a catalytic reaction with the specific substrate. Therefore, since it is possible to exhibit high catalytic activity, it is very useful as a catalyst material. For example, Friedel-Crafts alkylation and acylation reaction, Mukaiyama-Aldol reaction, Diels-Alder reaction, use as a catalyst used for ester hydrolysis and the like can be mentioned. Furthermore, the spherical silica-based mesoporous material of the present invention introduces a second organic group having a high affinity with the adsorbing material, and introduces a first organic group capable of chemically binding the adsorbing material. Thus, since the second organic group can function as the selection point of the adsorbing substance and the first organic group can function as the adsorption point, it is also very useful as an adsorbent.

次に、このような本発明の球状シリカ系メソ多孔体を製造することが可能な方法として好適な方法について説明する。   Next, a method suitable as a method capable of producing such a spherical silica-based mesoporous material of the present invention will be described.

このような球状シリカ系メソ多孔体を製造することが可能な方法として好適な方法は、基本的には、
溶媒中において、界面活性剤と、第一のシリカ原料及び第二のシリカ原料を含むシリカ原料の混合物とを混合し、シリカ中に前記界面活性剤が導入された多孔体前駆体粒子を析出させる第1の工程と、
前記多孔体前駆体粒子に含まれている前記界面活性剤を除去する第2の工程と、
を含む方法である。そして、このような球状シリカ系メソ多孔体を製造する方法においては、第一のシリカ原料が第一の有機基の前駆体を含むものである場合には、前記前駆体を第一の有機基に変換する処理を施す第3の工程を更に含む。以下、工程ごとに説明する。
As a method capable of producing such a spherical silica-based mesoporous material, basically,
In a solvent, a surfactant and a mixture of silica raw materials including the first silica raw material and the second silica raw material are mixed to precipitate porous precursor particles in which the surfactant is introduced into silica. A first step;
A second step of removing the surfactant contained in the porous precursor particles;
It is a method including. In the method for producing such a spherical silica-based mesoporous material, when the first silica raw material contains a precursor of the first organic group, the precursor is converted into the first organic group. The method further includes a third step of performing the processing. Hereinafter, it demonstrates for every process.

(第1の工程)
第1の工程は、溶媒中において、界面活性剤と、第一のシリカ原料及び第二のシリカ原料を含むシリカ原料の混合物とを混合し、前記界面活性剤が導入された多孔体前駆体粒子を析出させる工程である。
(First step)
In the first step, a porous precursor particle in which a surfactant and a mixture of silica raw materials including a first silica raw material and a second silica raw material are mixed in a solvent, and the surfactant is introduced. Is a step of precipitating.

ここで、「析出」という用語は、反応溶液のX線回折測定により、ヘキサゴナル細孔の100面の回折ピークが出現し始めた時を析出の開始時期とし、前記回折ピークが徐々に増加して一定値になった時を析出の終了時期として定義する。   Here, the term “precipitation” refers to the time when the diffraction peak on the 100 plane of hexagonal pores begins to appear by X-ray diffraction measurement of the reaction solution, and the diffraction peak gradually increases. The time when it reaches a certain value is defined as the end time of deposition.

このような第一のシリカ原料は、第一の有機基又は第一の有機基の前駆体が導入されたケイ素酸化物(ケイ素複合酸化物を含む)を形成することが可能なものであればよく、特に制限されない。このような第一の有機基の前駆体は、スルホン酸、カルボン酸基又はアミノ基に変換させることが可能な官能基を有する有機基であればよく、例えば、メルカプト基及びシアノ基からなる群から選択される官能基が、前述の鎖式炭化水素基(i)又は環式炭化水素基(ii)に結合した有機基が挙げられる。 As long as such first silica raw material is capable of forming a silicon oxide (including a silicon composite oxide) into which a first organic group or a precursor of the first organic group is introduced. Well, not particularly limited. Precursors of such first organic group is a sulfonic acid group may be any organic group having a functional group capable of converting to a carboxylic acid group or amino group, for example, a mercapto group and a cyano group Examples thereof include an organic group in which a functional group selected from the group is bonded to the above-mentioned chain hydrocarbon group (i) or cyclic hydrocarbon group (ii).

また、このような第一のシリカ原料としては、第一の有機基又は第一の有機基の前駆体を有する第一のアルコキシシランが挙げられる。   Moreover, as such a 1st silica raw material, the 1st alkoxysilane which has a precursor of a 1st organic group or a 1st organic group is mentioned.

このような第一のアルコキシシランとしては、第一の有機基又は第一の有機基の前駆体の他にアルコキシ基を3個有するトリアルコキシシラン、第一の有機基又は第一の有機基の前駆体の他にアルコキシ基を2個有するジアルコキシシラン等を適宜用いることができる。このようなアルコキシ基の種類は特に制限されないが、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等のようにアルコキシ基中の炭素原子の数が比較的少ないもの(炭素数として1〜4程度のもの)が反応性の点から有利である。   Examples of such first alkoxysilane include trialkoxysilane having three alkoxy groups in addition to the first organic group or the precursor of the first organic group, the first organic group, or the first organic group. In addition to the precursor, dialkoxysilane having two alkoxy groups can be used as appropriate. The type of such an alkoxy group is not particularly limited, but those having a relatively small number of carbon atoms in the alkoxy group such as a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group (about 1 to 4 carbon atoms) From the viewpoint of reactivity.

このような第一のアルコキシシランとしては、例えば、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−シアノプロピルトリメトキシシラン、3−シアノエチルトリメトキシシラン、N−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]アニリン、(N,N−ジメチルアミノプロピル)トリメトキシシラン、3−(メチルアミノ)プロピルトリメトキシシラン、3−ジエチルアミノプロピルトリメトキシシラン、2−(4−クロロスルフォニルフェニル)−エチルトリメトキシシラン、N−(トリメトキシシリルプロピル)−4,5−ジヒドロイミダゾール、2−(トリメトキシシリルエチル)ピリジン、2−トリメトキシシリルピリジン、3−(トリメトキシシリルエチル)ピリジン、3−トリメトキシシリルピリジン、4−アミノブチルトリメトキシシラン、(アミノエチルアミノエチル)フェネチルトリメトキシシラン、N−(6−アミノヘキシル)アミノメチルトリメトキシシラン、N−(6−アミノヘキシル)アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−11−アミノウンデシルトリメトキシシラン、3−(アミノフェノキシ)プロピルトリメトキシシラン、アミノフェニルトリメトキシシラン、N−3−[アミノ(ポリプロピレンオキシ)]アミノプロピルトリメトキシシラン、ビス(トリメチルシリル)シトシン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−シアノプロピルトリエトキシシラン、3−シアノエチルトリエトキシシラン、N−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]アニリン、(N,N−ジメチルアミノプロピル)トリエトキシシラン、3−(メチルアミノ)プロピルトリエトキシシラン、3−ジエチルアミノプロピルトリエトキシシラン、2−(4−クロロスルフォニルフェニル)−エチルトリエトキシシラン、N−(トリエトキシシリルプロピル)−4,5−ジヒドロイミダゾール、2−(トリエトキシシリルエチル)ピリジン、2−トリエトキシシリルピリジン、3−(トリエトキシシリルエチル)ピリジン、3−トリエトキシシリルピリジン、4−アミノブチルトリエトキシシラン、(アミノエチルアミノエチル)フェネチルトリエトキシシラン、N−(6−アミノヘキシル)アミノメチルトリエトキシシラン、N−(6−アミノヘキシル)アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−11−アミノウンデシルトリエトキシシラン、3−(アミノフェノキシ)プロピルトリエトキシシラン、アミノフェニルトリエトキシシラン、N−3−[アミノ(ポリプロピレンオキシ)]アミノプロピルトリエトキシシラン、ビス(トリエチルシリル)シトシン等が挙げられる。   Examples of such first alkoxysilane include 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, and 3-cyanopropyl. Trimethoxysilane, 3-cyanoethyltrimethoxysilane, N- [3- (trimethoxysilyl) propyl] aniline, (N, N-dimethylaminopropyl) trimethoxysilane, 3- (methylamino) propyltrimethoxysilane, 3 -Diethylaminopropyltrimethoxysilane, 2- (4-chlorosulfonylphenyl) -ethyltrimethoxysilane, N- (trimethoxysilylpropyl) -4,5-dihydroimidazole, 2- (trimethoxysilylethyl) pyridine, 2- Trimethoxysilylpi Gin, 3- (trimethoxysilylethyl) pyridine, 3-trimethoxysilylpyridine, 4-aminobutyltrimethoxysilane, (aminoethylaminoethyl) phenethyltrimethoxysilane, N- (6-aminohexyl) aminomethyltrimethoxy Silane, N- (6-aminohexyl) aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -11-aminoundecyltrimethoxysilane, 3- (aminophenoxy) propyltrimethoxysilane, aminophenyltrimethoxysilane N-3- [amino (polypropyleneoxy)] aminopropyltrimethoxysilane, bis (trimethylsilyl) cytosine, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl) 3- Minopropyltriethoxysilane, 3-cyanopropyltriethoxysilane, 3-cyanoethyltriethoxysilane, N- [3- (triethoxysilyl) propyl] aniline, (N, N-dimethylaminopropyl) triethoxysilane, 3- (Methylamino) propyltriethoxysilane, 3-diethylaminopropyltriethoxysilane, 2- (4-chlorosulfonylphenyl) -ethyltriethoxysilane, N- (triethoxysilylpropyl) -4,5-dihydroimidazole, 2- (Triethoxysilylethyl) pyridine, 2-triethoxysilylpyridine, 3- (triethoxysilylethyl) pyridine, 3-triethoxysilylpyridine, 4-aminobutyltriethoxysilane, (aminoethylaminoethyl) phenethyl rie Toxisilane, N- (6-Aminohexyl) aminomethyltriethoxysilane, N- (6-Aminohexyl) aminopropyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -11-aminoundecyltriethoxysilane, 3- (Aminophenoxy) propyltriethoxysilane, aminophenyltriethoxysilane, N-3- [amino (polypropyleneoxy)] aminopropyltriethoxysilane, bis (triethylsilyl) cytosine and the like.

また、前記第二のシリカ原料は、前記第二の有機基が導入されたケイ素酸化物(ケイ素複合酸化物を含む)を形成することが可能なものであればよく、特に制限されない。このような第二のシリカ原料としては、第二の有機基を有する第二のアルコキシシランが挙げられる。   The second silica raw material is not particularly limited as long as it can form silicon oxide (including silicon composite oxide) into which the second organic group is introduced. Such a second silica raw material includes a second alkoxysilane having a second organic group.

このような第二のアルコキシシランは、第二の有機基を有するアルコキシシランであればよく、特に制限されず、例えば、第二の有機基の他にアルコキシ基を3個有するトリアルコキシシラン、第二の有機基の他にアルコキシ基を2個有するジアルコキシシランを用いることができる。このような第二のアルコキシシランとしては、例えば、メチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、(1−ナフチル)トリエトキシシラン、[2−(シクロヘキセニル)エチル]トリエトキシシラン、ジメトキシジメチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジエトキシ−3−グリシドキシプロピルメチルシラン、ジメトキシジフェニルシラン、ジメトキジメチルフェニルシラン、エチルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、ペンチルトリメトキシシラン、ヘプチルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、ノニルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、テトラデシルトリメトキシシラン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、フェニルエチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、イソブチルトリエトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン、ペンチルトリエトキシシラン、ヘプチルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、ノニルトリエトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、ドデシルトリエトキシシラン、テトラデシルトリエトキシシラン、ヘキサデシルトリエトキシシラン、フェニルエチルトリエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、3−クロロプロピルジメチルメトキシシラン等が挙げられる。   Such a second alkoxysilane is not particularly limited as long as it is an alkoxysilane having a second organic group. For example, a trialkoxysilane having three alkoxy groups in addition to the second organic group, A dialkoxysilane having two alkoxy groups in addition to the two organic groups can be used. Examples of such second alkoxysilane include methyltrimethoxysilane, propyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, octadecyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, allyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, and the like. Ethoxysilane, propyltriethoxysilane, hexyltriethoxysilane, octadecyltriethoxysilane, phenyltriethoxysilane, allyltriethoxysilane, (1-naphthyl) triethoxysilane, [2- (cyclohexenyl) ethyl] triethoxysilane, Dimethoxydimethylsilane, diethoxydimethylsilane, diethoxy-3-glycidoxypropylmethylsilane, dimethoxydiphenylsilane, dimethoxydimethylphenylsilane, Rutrimethoxysilane, butyltrimethoxysilane, isobutyltrimethoxysilane, isopropyltrimethoxysilane, pentyltrimethoxysilane, heptyltrimethoxysilane, octyltrimethoxysilane, nonyltrimethoxysilane, decyltrimethoxysilane, dodecyltrimethoxysilane, tetra Decyltrimethoxysilane, hexadecyltrimethoxysilane, phenylethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, butyltriethoxysilane, isobutyltriethoxysilane, isopropyltriethoxysilane, pentyltriethoxysilane, heptyltriethoxysilane, octyltriethoxy Silane, nonyltriethoxysilane, decyltriethoxysilane, dodecyltriethoxysilane, tetradecylto Silane, hexadecyl triethoxysilane, phenyl triethoxysilane, trimethyl methoxy silane, trimethyl ethoxy silane, 3-chloropropyl dimethylmethoxysilane, and the like.

また、第一のシリカ原料及び第二のシリカ原料を含むシリカ原料の混合物においては、第一の有機基及び第二の有機基を有していない他のシリカ原料を更に添加することが好ましい。このような他のシリカ原料としては特に制限されず、第一の有機基及び第二の有機基を有していないアルコキシシランを好適に用いることができる。このような他のシリカ原料としてのアルコキシシランとしては、アルコキシ基を4個有するテトラアルコキシシラン、アルコキシ基を3個有するトリアルコキシシラン、アルコキシ基を2個有するジアルコキシシランを用いることができる。このようなアルコキシ基は第一のアルコキシシランにおいて説明したものと同様のものが用いられる。また、前記アルコキシシランが有するアルコキシ基が3又は2個である場合は、アルコキシシラン中のケイ素原子には、第一の有機基及び第二の有機基以外の有機基、水酸基等が結合していてもよい。このような第一の有機基及び第二の有機基を有していない他のシリカ原料としては特に制限されないが、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、ジメトキシジエトキシシラン等が挙げられる。   Moreover, in the mixture of the silica raw material containing the first silica raw material and the second silica raw material, it is preferable to further add another silica raw material not having the first organic group and the second organic group. Such other silica raw materials are not particularly limited, and alkoxysilanes not having the first organic group and the second organic group can be suitably used. As such an alkoxysilane as another silica raw material, tetraalkoxysilane having 4 alkoxy groups, trialkoxysilane having 3 alkoxy groups, and dialkoxysilane having 2 alkoxy groups can be used. Such alkoxy groups are the same as those described for the first alkoxysilane. Further, when the alkoxysilane has 3 or 2 alkoxy groups, an organic group other than the first organic group and the second organic group, a hydroxyl group, or the like is bonded to the silicon atom in the alkoxysilane. May be. Such other silica raw materials not having the first organic group and the second organic group are not particularly limited. For example, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetrabutoxysilane, dimethoxy Examples include diethoxysilane.

このような第一の有機基及び第二の有機基を有していない他のシリカ原料は、単独で用いることもできるが2種類以上を組み合わせて用いることも可能である。また、このような第一の有機基を有していない他のシリカ原料においては、上述のようなアルコキシ基を2〜4個有するアルコキシシランに、アルコキシ基を1個有するモノアルコキシシランを組み合わせて使用することも可能である。   Such other silica raw materials that do not have the first organic group and the second organic group can be used alone or in combination of two or more. Moreover, in the other silica raw material which does not have such a first organic group, a monoalkoxysilane having one alkoxy group is combined with an alkoxysilane having 2 to 4 alkoxy groups as described above. It is also possible to use it.

さらに、前記第一のシリカ原料、第二のシリカ原料及び前記他のシリカ原料は、加水分解によりシラノール基を生じ、生じたシラノール基同士が縮合することによりケイ素酸化物が形成される。この場合において、分子中のアルコキシ基の数が多いアルコキシシランは、加水分解及び縮合で生じる結合が多くなる。したがって、本発明において、前記他のシリカ原料としては、アルコキシ基の多いテトラアルコキシシランを用いることが好ましい。このようなテトラアルコキシシランとしては、反応速度の観点からテトラメトキシシラン又はテトラエトキシシランを用いることが特に好ましい。   Furthermore, the first silica raw material, the second silica raw material, and the other silica raw material generate silanol groups by hydrolysis, and the generated silanol groups are condensed to form a silicon oxide. In this case, an alkoxysilane having a large number of alkoxy groups in the molecule has many bonds generated by hydrolysis and condensation. Therefore, in the present invention, it is preferable to use tetraalkoxysilane having many alkoxy groups as the other silica raw material. As such a tetraalkoxysilane, it is particularly preferable to use tetramethoxysilane or tetraethoxysilane from the viewpoint of reaction rate.

また、前記第一のシリカ原料及び第二のシリカ原料を含むシリカ原料の混合物として、前記第一のシリカ原料と、前記第二のシリカ原料と、前記他のシリカ原料を混合した混合物を用いる場合においては、混合物中における第一のアルコキシシランの含有比率は、混合物の全量に対して0.1〜20モル%であることが好ましい。第一のアルコキシシランの含有比率が前記下限未満では、触媒及び吸着性能が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、細孔が閉塞し、細孔内に基質又は吸着物質が入りにくくなり、触媒及び吸着性能が低下する傾向にある。また、前記混合物中の第二のアルコキシシランの含有比率は、混合物の全量に対して0.1〜20モル%であることが好ましい。第二のアルコキシシランの混合比が前記下限未満では、基質や吸着物質に対する選択性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、細孔が閉塞し、細孔内に基質又は吸着物質が入りにくくなる傾向にある。なお、このような混合物の製造方法は特に制限されず、例えば、乾燥窒素気流中で第一のアルコキシシランと、第二のアルコキシシランと、第一の有機基及び第二の有機基を有していない他のシリカ原料とを混合する方法を採用することができる。   Moreover, when using the mixture which mixed said 1st silica raw material, said 2nd silica raw material, and said other silica raw material as a mixture of the silica raw material containing said 1st silica raw material and 2nd silica raw material In, it is preferable that the content rate of the 1st alkoxysilane in a mixture is 0.1-20 mol% with respect to the whole quantity of a mixture. When the content ratio of the first alkoxysilane is less than the lower limit, the catalyst and the adsorption performance tend to be lowered. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the pores are blocked and the substrate or the adsorbent is difficult to enter the pores. Thus, the catalyst and the adsorption performance tend to decrease. Moreover, it is preferable that the content rate of the 2nd alkoxysilane in the said mixture is 0.1-20 mol% with respect to the whole quantity of a mixture. If the mixing ratio of the second alkoxysilane is less than the lower limit, the selectivity to the substrate and the adsorbent tends to be reduced. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the pores are blocked, and the substrate or adsorbent is contained in the pores Tends to be difficult to enter. The method for producing such a mixture is not particularly limited. For example, the mixture has a first alkoxysilane, a second alkoxysilane, a first organic group, and a second organic group in a dry nitrogen stream. It is possible to employ a method of mixing with other silica raw materials that are not.

また、第1の工程において用いられる界面活性剤は特に制限されず、球状シリカ系メソ多孔体を製造する際に用いることが可能な公知の界面活性剤を適宜用いることができる。また、このような界面活性剤としては、下記一般式(1):   The surfactant used in the first step is not particularly limited, and a known surfactant that can be used when producing a spherical silica mesoporous material can be appropriately used. Moreover, as such surfactant, the following general formula (1):

[式中、R1、R及びRは同一でも異なっていてもよい炭素数1〜3のアルキル基、Xはハロゲン原子、nは7〜25の整数をそれぞれ示す。]
で表されるアルキルアンモニウムハライドが好ましい。
[Wherein R 1 , R 2 and R 3 may be the same or different and each represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, X represents a halogen atom, and n represents an integer of 7 to 25, respectively. ]
The alkyl ammonium halide represented by these is preferable.

前記一般式(1)中のR、R、Rは、同一でも異なっていてもよく、それぞれ炭素数1〜3のアルキル基を示す。このようなアルキル基としてはメチル基、エチル基、プロピル基が挙げられ、これらが一分子中に混在してもよいが、界面活性剤分子の対称性の観点からR、R、Rは全て同一であることが好ましい。界面活性剤分子の対称性が優れる場合は、界面活性剤同士の凝集(ミセルの形成等)が容易となる傾向にある。更に、R、R、Rのうち少なくとも1つはメチル基であることが好ましく、R、R、Rの全てがメチル基であることがより好ましい。 R 1 , R 2 and R 3 in the general formula (1) may be the same or different and each represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. Examples of such an alkyl group include a methyl group, an ethyl group, and a propyl group, and these may be mixed in one molecule. From the viewpoint of symmetry of the surfactant molecule, R 1 , R 2 , R 3 Are preferably the same. When the symmetry of the surfactant molecule is excellent, aggregation of the surfactants (formation of micelles, etc.) tends to be facilitated. Furthermore, R 1, it is preferable that at least one of R 2, R 3 is a methyl group, and more preferably all of R 1, R 2, R 3 is a methyl group.

また、一般式(1)におけるnは7〜25の整数を示し、9〜17の整数であることがより好ましい。前記nが6以下であるアルキルアンモニウムハライドでは、球状の多孔体は得られなくなる傾向にあるとともに、中心細孔直径が1.0nmより小さくなってしまい、細孔内での触媒反応性が低下する傾向にある。他方、前記nが26以上のアルキルアンモニウムハライドでは、界面活性剤の疎水性相互作用が強すぎるため、層状の化合物が生成してしまい、球状の多孔体を得ることができなくなる。   Moreover, n in General formula (1) shows the integer of 7-25, and it is more preferable that it is an integer of 9-17. In the case of the alkyl ammonium halide having n of 6 or less, a spherical porous body tends not to be obtained, and the central pore diameter becomes smaller than 1.0 nm, and the catalytic reactivity in the pore is reduced. There is a tendency. On the other hand, in the case of the alkylammonium halide having n of 26 or more, the hydrophobic interaction of the surfactant is too strong, so that a layered compound is generated and a spherical porous body cannot be obtained.

さらに、一般式(1)におけるXはハロゲン原子を示し、このようなハロゲン原子の種類は特に制限されないが、入手の容易さの観点からXは塩素原子または臭素原子であることが好ましい。   Furthermore, X in the general formula (1) represents a halogen atom, and the kind of such a halogen atom is not particularly limited, but X is preferably a chlorine atom or a bromine atom from the viewpoint of easy availability.

したがって、上記一般式(1)で表される界面活性剤としては、R、R、Rの全てがメチル基でありかつ炭素数10〜26の長鎖アルキル基を有するアルキルトリメチルアンモニウムハライドであることが好ましく、中でもデシルトリメチルアンモニウムハライド、ドデシルトリメチルアンモニウムハライド、テトラデシルトリメチルアンモニウムハライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムハライド、オクタデシルトリメチルアンモニウムハライド、エイコシルトリメチルアンモニウムハライド、ドコシルトリメチルアンモニウムハライドがより好ましい。 Therefore, as the surfactant represented by the general formula (1), all of R 1 , R 2 and R 3 are methyl groups and alkyltrimethylammonium halides having a long-chain alkyl group having 10 to 26 carbon atoms. Among them, decyltrimethylammonium halide, dodecyltrimethylammonium halide, tetradecyltrimethylammonium halide, hexadecyltrimethylammonium halide, octadecyltrimethylammonium halide, eicosyltrimethylammonium halide, and docosyltrimethylammonium halide are more preferable.

このような界面活性剤は、前記シリカ原料と共に溶媒中で複合体を形成する。複合体中のシリカ原料は反応によりケイ素酸化物へと変化するが、界面活性剤が存在している部分ではケイ素酸化物が生成しないため、界面活性剤が存在している部分に孔が形成されることになる。すなわち、界面活性剤はシリカ原料中に導入されて孔形成のためのテンプレートとして機能する。本発明において、界面活性剤は1種類もしくは2種類以上を組み合わせて用いることが可能であるが、上記のように界面活性剤はシリカ原料の反応生成物に孔を形成させる際のテンプレートとして働き、その種類は多孔体の孔の形状に大きな影響を与えるため、より均一な球状多孔体が得るためには、界面活性剤は1種類のみを用いることが好ましい。   Such a surfactant forms a complex in the solvent together with the silica raw material. The silica raw material in the composite is changed to silicon oxide by the reaction, but silicon oxide is not generated in the part where the surfactant is present, so pores are formed in the part where the surfactant is present. Will be. That is, the surfactant is introduced into the silica raw material and functions as a template for pore formation. In the present invention, the surfactant can be used alone or in combination of two or more, but as described above, the surfactant acts as a template for forming pores in the reaction product of the silica raw material, Since the type greatly affects the pore shape of the porous body, it is preferable to use only one type of surfactant in order to obtain a more uniform spherical porous body.

また、前記シリカ原料中に前記界面活性剤が導入されてなる多孔体前駆体粒子を合成する際には、前記溶媒として、アルコールの含有量が80容量%以下の水系溶媒を用いることが好ましい。アルコールの含有量が80容量%を超える場合は、粒径及び粒径分布の制御が困難となり、得られる球状シリカ系メソ多孔体の粒径の均一性が低くなる。また、均一な球状体の発生及び成長の実現を可能とし、得られる多孔体前駆体粒子の粒径を高度に均一に制御することが可能となるという観点からは、アルコールの含有量が10〜80容量%の混合溶媒を用いることが更に好ましい。アルコールの含有量が10容量%未満の場合においては、粒径及び粒径分布の制御が困難となり、得られる多孔体前駆体粒子の粒径の均一性が低くなる傾向にある。なお、このような比較的多量のアルコールを含有する水系溶媒を使用することにより、均一な球状体の発生及び成長が実現され、得られる球状シリカ系メソ多孔体の粒径が高度に均一に制御されることとなる。   Moreover, when synthesizing the porous precursor particles in which the surfactant is introduced into the silica raw material, it is preferable to use an aqueous solvent having an alcohol content of 80% by volume or less as the solvent. When the alcohol content exceeds 80% by volume, it is difficult to control the particle size and particle size distribution, and the particle size uniformity of the obtained spherical silica-based mesoporous material is lowered. In addition, from the viewpoint of enabling generation and growth of uniform spheres and controlling the particle diameter of the obtained porous precursor particles highly uniformly, the alcohol content is 10 to 10. More preferably, 80% by volume of a mixed solvent is used. When the alcohol content is less than 10% by volume, it is difficult to control the particle size and particle size distribution, and the uniformity of the particle size of the obtained porous precursor particles tends to be low. In addition, by using such an aqueous solvent containing a relatively large amount of alcohol, generation and growth of uniform spheres are realized, and the particle diameter of the obtained spherical silica-based mesoporous material is highly uniformly controlled. Will be.

また、本発明においては、前記水系溶媒中の水とアルコールとの比率を変化させることにより、粒径の均一性を高水準に保持しつつ、得られる球状シリカ系メソ多孔体の粒径を容易に制御することができる。すなわち、水の比率が高い場合は多孔体が析出し易くなるために粒径が小さくなり、逆にアルコールの比率が高い場合は大きい粒径の多孔体を得ることができる。   Further, in the present invention, by changing the ratio of water and alcohol in the aqueous solvent, the particle size of the obtained spherical silica mesoporous material can be easily maintained while maintaining the particle size uniformity at a high level. Can be controlled. That is, when the water ratio is high, the porous body is likely to precipitate, so the particle size is small. Conversely, when the alcohol ratio is high, a porous body having a large particle size can be obtained.

さらに、前記シリカ原料の混合物および前記界面活性剤を前記水系溶媒中で混合して多孔体前駆体粒子を得る際に、上述した界面活性剤の濃度を溶液の全容量を基準として0.0001〜0.03mol/L(より好ましくは、0.0005〜0.02mol/L)とすることが好ましく、上述したシリカ原料の混合物の濃度を溶液の全容量を基準として0.0005〜0.03mol/L(好ましくは、0.003〜0.015mol/L)とすることが好ましい。このように界面活性剤及びシリカ原料の濃度を厳密に制御することによって、前述の水系溶媒を使用することと相俟って均一な球状体の発生及び成長が実現され、得られる球状シリカ系メソ多孔体の粒径が高度に均一に制御されることとなる。界面活性剤の濃度が0.0001mol/L未満の場合は、テンプレートとなるべき界面活性剤の量が不足するために良好な多孔体を得ることができず、更に粒径及び粒径分布の制御が困難となって得られる球状シリカ系メソ多孔体の粒径の均一性が低くなる傾向にある。他方、界面活性剤の濃度が0.03mol/Lを超える場合は、形状が球状である多孔体を高比率で得ることができず、更に粒径及び粒径分布の制御が困難となって得られる球状シリカ系メソ多孔体の粒径の均一性が低くなる傾向にある。また、シリカ原料の混合物の濃度が0.0005mol/L未満の場合は、形状が球状である多孔体を高比率で得ることができず、更に粒径及び粒径分布の制御が困難となって得られる球状シリカ系メソ多孔体の粒径の均一性が低くなる傾向にある。他方、シリカ原料の混合物の濃度が0.03mol/Lを超える場合は、テンプレートとなるべき界面活性剤の比率が不足するために良好な多孔体を得ることができず、更に粒径及び粒径分布の制御が困難となって得られる球状シリカ系メソ多孔体の粒径の均一性が低くなる傾向にある。   Furthermore, when the porous material precursor particles are obtained by mixing the mixture of the silica raw material and the surfactant in the aqueous solvent, the concentration of the surfactant described above is 0.0001 to the total volume of the solution. 0.03 mol / L (more preferably 0.0005 to 0.02 mol / L) is preferable, and the concentration of the silica raw material mixture described above is 0.0005 to 0.03 mol / liter based on the total volume of the solution. L (preferably 0.003 to 0.015 mol / L) is preferable. By strictly controlling the concentrations of the surfactant and the silica raw material in this way, the generation and growth of uniform spherical bodies can be realized in combination with the use of the aqueous solvent described above, and the resulting spherical silica meso The particle size of the porous body is highly uniformly controlled. When the concentration of the surfactant is less than 0.0001 mol / L, a sufficient porous body cannot be obtained because the amount of the surfactant to be a template is insufficient, and the particle size and particle size distribution are controlled. The uniformity of the particle size of the spherical silica-based mesoporous material obtained becomes difficult. On the other hand, when the concentration of the surfactant exceeds 0.03 mol / L, a porous body having a spherical shape cannot be obtained at a high ratio, and control of the particle size and particle size distribution becomes difficult. There is a tendency that the uniformity of the particle size of the resulting spherical silica-based mesoporous material is lowered. Moreover, when the concentration of the silica raw material mixture is less than 0.0005 mol / L, a porous body having a spherical shape cannot be obtained at a high ratio, and control of the particle size and particle size distribution becomes difficult. The uniformity of the particle size of the obtained spherical silica-based mesoporous material tends to be low. On the other hand, when the concentration of the silica raw material mixture exceeds 0.03 mol / L, a sufficient porous body cannot be obtained because the ratio of the surfactant to be a template is insufficient, and the particle size and particle size are further reduced. There is a tendency that the uniformity of the particle size of the spherical silica-based mesoporous material obtained when the distribution is difficult to control becomes low.

また、前記シリカ原料の混合物及び前記界面活性剤を混合する際には、塩基性条件下で混合することが好ましい。シリカ原料は、一般に塩基性条件下においても酸性条件下においても反応が生じケイ素酸化物へと変化するが、シリカ原料の混合物と界面活性剤の濃度を上述のように調整する場合には、その濃度が従来技術の方法に比較してかなり低いものとなっており、酸性条件下では反応がほとんど進行しない。従って、このような観点からは、塩基性条件下でシリカ原料の混合物を反応させることが好ましい。なお、シリカ原料は、酸性条件で反応させる場合よりも塩基性条件で反応させる場合の方がケイ素原子の反応点が増加し、耐湿性や耐熱性等の物性に優れたケイ素酸化物を得ることができる。そのため、塩基性条件下で混合することは、この点においても有利である。   Moreover, when mixing the said silica raw material mixture and the said surfactant, it is preferable to mix on basic conditions. The silica raw material generally reacts under basic and acidic conditions and changes to silicon oxide. However, when adjusting the concentration of the silica raw material mixture and the surfactant as described above, The concentration is considerably lower than that of the prior art method, and the reaction hardly proceeds under acidic conditions. Therefore, from such a viewpoint, it is preferable to react a mixture of silica raw materials under basic conditions. In addition, when the silica raw material is reacted under basic conditions, the reaction point of silicon atoms is increased when the reaction is performed under basic conditions, and a silicon oxide having excellent physical properties such as moisture resistance and heat resistance is obtained. Can do. Therefore, mixing under basic conditions is also advantageous in this respect.

また、このような塩基性溶媒のpH値としては、7.5〜13であることが好ましく、8〜12であることがより好ましい。このようなpH値が前記下限未満では、多孔体前駆体粒子の細孔形成が困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、多孔体前駆体粒子の析出量が低下してしまう傾向にある。また、このような塩基性溶媒のpH値を調整する方法は特に制限されないが、後述する溶媒に水酸化ナトリウム水溶液等の塩基性物質を添加することでそのpH値を適宜調整する方法が挙げられる。   Moreover, as pH value of such a basic solvent, it is preferable that it is 7.5-13, and it is more preferable that it is 8-12. When such a pH value is less than the lower limit, it tends to be difficult to form pores of the porous precursor particles. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the precipitation amount of the porous precursor particles tends to decrease. It is in. In addition, the method for adjusting the pH value of such a basic solvent is not particularly limited, but a method of appropriately adjusting the pH value by adding a basic substance such as an aqueous sodium hydroxide solution to the solvent described later can be mentioned. .

前述の第1の工程における反応条件(反応温度、反応時間等)は特に制限されず、反応温度としては、例えば−20℃〜100℃(より好ましくは0℃〜80℃、より好ましくは10℃〜40℃)とすることが好ましい。また、反応は撹拌状態で進行させることが好ましい。具体的な反応条件は、用いるシリカ原料の種類等に基づいて決定することが好ましい。   The reaction conditions (reaction temperature, reaction time, etc.) in the first step are not particularly limited, and the reaction temperature is, for example, -20 ° C to 100 ° C (more preferably 0 ° C to 80 ° C, more preferably 10 ° C). ~ 40 ° C). In addition, the reaction is preferably allowed to proceed with stirring. Specific reaction conditions are preferably determined based on the type of silica raw material used.

例えば、前記第一のシリカ原料と第二のシリカ原料と他のシリカ原料の混合物を用いる場合は、以下のようにして多孔体前駆体粒子を得ることができる。先ず、水とアルコールの混合溶媒に対して、界面活性剤及び塩基性物質を添加して界面活性剤を含有した塩基性溶液を調製し、この溶液に前記シリカ原料の混合物を添加する。このようにして添加された混合物は溶液中で加水分解(又は、加水分解及び縮合)し、添加後数秒〜数十分で多孔体前駆体粒子(白色粉末)が析出する。この場合において、反応温度は0℃〜80℃とすることが好ましく、10℃〜40℃とすることがより好ましい。また、溶液は撹拌することが好ましい。なお、このようにして得られる多孔体前駆体粒子は、そのシリカが第一の有機基及び/又は第一の有機基の前駆体、並びに第二の有機基により修飾されたものとなる。   For example, when a mixture of the first silica raw material, the second silica raw material and another silica raw material is used, porous precursor particles can be obtained as follows. First, a surfactant and a basic substance are added to a mixed solvent of water and alcohol to prepare a basic solution containing the surfactant, and the silica raw material mixture is added to this solution. The mixture added in this manner is hydrolyzed (or hydrolyzed and condensed) in the solution, and porous precursor particles (white powder) are precipitated within a few seconds to several tens of minutes after the addition. In this case, the reaction temperature is preferably 0 ° C to 80 ° C, more preferably 10 ° C to 40 ° C. The solution is preferably stirred. The porous precursor particles obtained in this way have the silica modified with the first organic group and / or the precursor of the first organic group and the second organic group.

(第2の工程)
次に、第2の工程について説明する。第2の工程は、前記多孔体前駆体粒子に含まれている前記界面活性剤を除去する工程である。
(Second step)
Next, the second step will be described. The second step is a step of removing the surfactant contained in the porous precursor particles.

このような界面活性剤を除去する方法としては、例えば、有機溶媒で処理する方法、イオン交換法等を挙げることができる。このような有機溶媒で処理する方法を採用する場合においては、用いた界面活性剤に対する溶解度が高い良溶媒中に多孔体前駆体粒子を浸漬して界面活性剤を抽出する。イオン交換法を採用する場合においては、多孔体前駆体粒子を酸性溶液(少量の塩酸を含むエタノール等)に浸漬し、例えば50〜70℃で加熱しながら撹拌を行う。これにより、多孔体前駆体粒子の孔中に存在する界面活性剤が水素イオンでイオン交換される。なお、イオン交換により孔中には水素イオンが残存することになるが、水素イオンのイオン半径は十分小さいため孔の閉塞の問題は生じない。   Examples of the method for removing such a surfactant include a method for treating with an organic solvent and an ion exchange method. In the case of employing such a method of treating with an organic solvent, the surfactant is extracted by immersing the porous precursor particles in a good solvent having high solubility in the used surfactant. When the ion exchange method is employed, the porous precursor particles are immersed in an acidic solution (such as ethanol containing a small amount of hydrochloric acid) and stirred while heating at, for example, 50 to 70 ° C. Thereby, the surfactant existing in the pores of the porous precursor particles is ion-exchanged with hydrogen ions. In addition, although hydrogen ions remain in the hole by ion exchange, the problem of blockage of the hole does not occur because the ion radius of the hydrogen ion is sufficiently small.

このようにして得られる球状シリカ系メソ多孔体は、平均粒径が0.01〜3μmであり、中心細孔直径が1〜10nmの放射状細孔を有し、且つ、第一の有機基及び/又は第一の有機基の前駆体と、第二の有機基とが導入された球状シリカ系メソ多孔体となる。そして、このような球状シリカ系メソ多孔体中のシリカに第一の有機基が導入されている場合には、このような第2の工程により、本発明の球状シリカ系メソ多孔体が得られる。他方、このような球状シリカ系メソ多孔体中のシリカに第一の有機基の前駆体が導入されている場合には、以下において説明する第3の工程を施すことで、本発明の球状シリカ系メソ多孔体が得られる。   The spherical silica-based mesoporous material thus obtained has radial pores with an average particle diameter of 0.01 to 3 μm, a central pore diameter of 1 to 10 nm, and the first organic group and A spherical silica-based mesoporous material into which the precursor of the first organic group and the second organic group are introduced is obtained. And when the 1st organic group is introduce | transduced into the silica in such a spherical silica type mesoporous material, the spherical silica type mesoporous material of this invention is obtained by such a 2nd process. . On the other hand, when the precursor of the first organic group is introduced into the silica in the spherical silica-based mesoporous material, the spherical silica of the present invention can be obtained by performing the third step described below. A system mesoporous material is obtained.

(第3の工程)
第3の工程は、球状シリカ系メソ多孔体中のシリカに導入された第一の有機基の前駆体を、第一の有機基に変換する処理を施す工程である。
(Third step)
The third step is a step of performing a process of converting the precursor of the first organic group introduced into the silica in the spherical silica-based mesoporous material into the first organic group.

このような第一の有機基の前駆体を第一の有機基に変換する方法としては、前記前駆体を第一の有機基に変換することが可能な方法であればよく、特に制限されず、第一の有機基の前駆体の種類及び変換する第一の有機基の種類等に応じて様々な方法を採用することができ、前記前駆体の官能基を、スルホン酸、カルボン酸基及びアミノ基からなる群から選択される少なくとも1種の官能基に変換させることが可能な公知の方法を適宜採用してもよい。   The method for converting the precursor of the first organic group into the first organic group is not particularly limited as long as it is a method capable of converting the precursor into the first organic group. Various methods can be adopted depending on the type of the first organic group precursor and the type of the first organic group to be converted, etc., and the functional group of the precursor includes sulfonic acid, carboxylic acid group and You may employ | adopt suitably the well-known method which can be converted into the at least 1 sort (s) of functional group selected from the group which consists of an amino group.

このような第一の有機基に変換する処理としては、例えば、第一の有機基の前駆体の官能基がメルカプト基であり、これをスルホン酸基に変換する場合には、酸化剤を用いて酸化せしめる方法を採用することができる。このような酸化剤を用いて酸化する方法としては特に制限されず、酸化剤を用いてメルカプト基を酸化してスルホン酸基に変換することが可能な方法であればよい。また、前記酸化剤としては、メルカプト基を酸化してスルホン酸基に変換することが可能なものであればよく、特に制限されず、例えば、過酸化水素、硝酸、硫酸、クラウンエーテル等が挙げられる。このような酸化剤の中でも、反応性の高さ、細孔の保持等の観点から、過酸化水素が好ましい。また、このような酸化剤を用いて酸化する方法における反応温度、反応時間等の条件は特に制限されるものではないが、反応温度は100℃以下(より好ましくは10〜80℃)であることが好ましく、反応時間は30分〜6時間以内であることが好ましい。このような反応温度及び反応時間が前記下限未満では、メルカプト基の酸化が起こりにくく、メルカプト基を酸化してスルホン酸基に変換することが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、球状シリカ系メソ多孔体の細孔が一部崩壊し、酸触媒として利用した場合に酸触媒性能が低下する傾向にある。   As the treatment for converting into such a first organic group, for example, when the functional group of the precursor of the first organic group is a mercapto group, and this is converted into a sulfonic acid group, an oxidizing agent is used. It is possible to employ a method of oxidizing. The method of oxidizing using such an oxidizing agent is not particularly limited as long as it is a method capable of oxidizing a mercapto group and converting it into a sulfonic acid group using an oxidizing agent. The oxidizing agent is not particularly limited as long as it can oxidize a mercapto group and convert it into a sulfonic acid group, and examples thereof include hydrogen peroxide, nitric acid, sulfuric acid, and crown ether. It is done. Among these oxidizing agents, hydrogen peroxide is preferable from the viewpoints of high reactivity and pore retention. In addition, conditions such as reaction temperature and reaction time in the method of oxidizing using such an oxidizing agent are not particularly limited, but the reaction temperature is 100 ° C. or less (more preferably 10 to 80 ° C.). The reaction time is preferably within 30 minutes to 6 hours. When the reaction temperature and reaction time are less than the lower limit, the mercapto group is hardly oxidized, and it tends to be difficult to oxidize the mercapto group and convert it to a sulfonic acid group. In addition, the pores of the spherical silica-based mesoporous material are partly collapsed, and when used as an acid catalyst, the acid catalyst performance tends to decrease.

また、このような第一の有機基に変換する処理としては、第一の有機基の前駆体の官能基がシアノ基であり、これをカルボン酸基に変換する場合においては、酸化剤を用いて酸化せしめる方法を採用することができる。このような酸化剤としては、シアノ基を酸化してカルボン酸基に変換することが可能なものであればよく、特に制限されず、例えば、硫酸、塩酸、酢酸、ギ酸等の酸や過酸化水素、クラウンエーテル等が挙げられる。このような酸化剤の中でも、反応性の高さ、細孔の保持等の観点から、硫酸が好ましい。また、このような酸化剤を用いて酸化する方法における反応温度、反応時間等の条件は特に制限されるものではないが、濃度が1mol/L以上の硫酸を用いる場合は、25〜150℃(より好ましくは50〜130℃)の温度条件で1〜24時間程度、加熱還流することが好ましい。   In addition, as a treatment for converting into such a first organic group, the functional group of the precursor of the first organic group is a cyano group, and when this is converted into a carboxylic acid group, an oxidizing agent is used. It is possible to employ a method of oxidizing. Such an oxidizing agent is not particularly limited as long as it can oxidize a cyano group to be converted into a carboxylic acid group. For example, an acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, acetic acid, formic acid, or a peroxidic acid can be used. Examples thereof include hydrogen and crown ether. Among such oxidizing agents, sulfuric acid is preferable from the viewpoints of high reactivity and pore retention. In addition, conditions such as reaction temperature and reaction time in the method of oxidizing using such an oxidizing agent are not particularly limited. However, when sulfuric acid having a concentration of 1 mol / L or more is used, it is 25 to 150 ° C. ( More preferably, the mixture is refluxed for about 1 to 24 hours under a temperature condition of 50 to 130 ° C.

また、第一の有機基の前駆体の官能基がクロロスルフォニルフェニル基であり、これをスルホン酸基に変換する場合には、前述の第3の工程において酸性溶液を用いて界面活性剤を抽出し、この時に併せて前記酸性溶液によりスルホン酸基に交換する方法を採用してもよい。   In addition, when the functional group of the precursor of the first organic group is a chlorosulfonylphenyl group and this is converted into a sulfonic acid group, the surfactant is extracted using an acidic solution in the third step described above. At this time, a method of exchanging the sulfonic acid group with the acidic solution may be adopted.

以上、本発明の球状シリカ系メソ多孔体について説明したが、以下、本発明の触媒について説明する。   Although the spherical silica-based mesoporous material of the present invention has been described above, the catalyst of the present invention will be described below.

本発明の触媒は、上記本発明の球状シリカ系メソ多孔体からなることを特徴とするものである。本発明の触媒においては、上記本発明の球状シリカ系メソ多孔体を用いているため、触媒反応の基質の種類等に応じて第一の有機基と第二の有機基の種類をそれぞれ選択することによって、第二の有機基が基質の吸着点として機能し、第一の有機基が活性点として機能するような所望の設計の触媒とすることができる。そのため、このような本発明の触媒によれば、特定の基質を選択性高く吸着して、効率よく触媒反応させることが可能となる。   The catalyst of the present invention comprises the spherical silica-based mesoporous material of the present invention. In the catalyst of the present invention, since the spherical silica mesoporous material of the present invention is used, the type of the first organic group and the type of the second organic group are selected according to the type of the substrate for the catalytic reaction, etc. Thus, a catalyst having a desired design in which the second organic group functions as an adsorption point of the substrate and the first organic group functions as an active site can be obtained. Therefore, according to such a catalyst of the present invention, a specific substrate can be adsorbed with high selectivity, and a catalytic reaction can be efficiently performed.

また、本発明の触媒においては、第二の有機基として、基質との親和性が高く且つ基質との相互作用が低いものを用いることが好ましい。第二の有機基として、基質との親和性が高く且つ基質との相互作用が低いものを用いることによって、基質をより選択性高く取り込むことが可能となるとともに、その基質をより効率よく内部に移動させることが可能となる傾向にある。なお、第二の有機基として、基質との親和性が低い有機基を選択した場合には、基質を細孔内に取り込むことが困難となる傾向にあり、また、第二の有機基として、基質と相互作用が強い有機基を選択した場合には、基質を移動させることが困難となる傾向にある。   In the catalyst of the present invention, it is preferable to use a second organic group having a high affinity with the substrate and a low interaction with the substrate. By using a second organic group that has a high affinity with the substrate and a low interaction with the substrate, it becomes possible to incorporate the substrate with a higher selectivity and to bring the substrate into the interior more efficiently. It tends to be possible to move. In addition, when an organic group having a low affinity with the substrate is selected as the second organic group, it tends to be difficult to incorporate the substrate into the pores, and as the second organic group, When an organic group having a strong interaction with the substrate is selected, it tends to be difficult to move the substrate.

さらに、本発明の触媒は、第一の有機基がスルホン酸基又はカルボン酸基を有するものである場合においては、酸性触媒として好適に用いることができる。一方、第一の有機基がアミノ基を有するものである場合においては、塩基性触媒として好適に用いることができる。   Furthermore, the catalyst of the present invention can be suitably used as an acidic catalyst when the first organic group has a sulfonic acid group or a carboxylic acid group. On the other hand, when the first organic group has an amino group, it can be suitably used as a basic catalyst.

本発明の吸着材は、上記本発明の球状シリカ系メソ多孔体からなることを特徴とするものである。本発明の吸着材においては、上記本発明の球状シリカ系メソ多孔体を用いているため、吸着物質の種類に応じて第一の有機基と第二の有機基の種類をそれぞれ選択することによって、第二の有機基が吸着物質の選択点として機能し、第一の有機基が吸着点として機能するような所望の設計の吸着材とすることができる。そのため、このような本発明の吸着材によれば、特定の吸着物質を選択性高く取り込み、効率よく吸着させることが可能となる。   The adsorbent of the present invention comprises the spherical silica mesoporous material of the present invention. In the adsorbent of the present invention, since the spherical silica-based mesoporous material of the present invention is used, by selecting the type of the first organic group and the second organic group according to the type of the adsorbent, respectively. The adsorbent having a desired design in which the second organic group functions as a selection point of the adsorbing substance and the first organic group functions as the adsorption point can be obtained. Therefore, according to such an adsorbent of the present invention, a specific adsorbent can be taken in with high selectivity and can be adsorbed efficiently.

また、本発明の吸着材においては、第二の有機基として吸着物質との親和性が高く、且つ相互作用が低いものを用いることが好ましい。第二の有機基として吸着物質との親和性が高く、且つ相互作用が低いものを用いることによって、吸着物質をより選択性高く取り込むことが可能となるとともに、その吸着物質をより効率よく内部に移動させることが可能となる傾向にある。なお、第二の有機基として、吸着物質との親和性が低い有機基を選択した場合には、吸着物質を細孔内に取り込むことが困難となる傾向にある。   In the adsorbent of the present invention, it is preferable to use a material having high affinity with the adsorbing substance and low interaction as the second organic group. By using a second organic group that has a high affinity with the adsorbent and a low interaction, it is possible to incorporate the adsorbent with higher selectivity, and more efficiently incorporate the adsorbent into the interior. It tends to be possible to move. When an organic group having a low affinity with the adsorbing material is selected as the second organic group, it tends to be difficult to incorporate the adsorbing material into the pores.

さらに、本発明の吸着材は、第一の有機基がスルホン酸基又はカルボン酸基を有するものである場合には、これらの官能基に化学結合する塩基性物質、生体物質、金属化合物等に対する吸着材として好適に用いることができる。一方、第一の有機基がアミノ基を有するものである場合においては、これらの官能基に化学結合する酸性物質、生体物質、金属化合物等に対する吸着材として好適に用いることができる。   Furthermore, when the first organic group has a sulfonic acid group or a carboxylic acid group, the adsorbent of the present invention is suitable for basic substances, biological substances, metal compounds and the like that are chemically bonded to these functional groups. It can be suitably used as an adsorbent. On the other hand, when the first organic group has an amino group, it can be suitably used as an adsorbent for acidic substances, biological substances, metal compounds and the like that are chemically bonded to these functional groups.

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.

(実施例1:〈第一の有機基〉3−プロピルスルホン酸基、〈第二の有機基〉プロピル基)
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド7.04gを水/メタノール混合溶液1600g(50/50=w/w)に溶解し、恒温水槽中で25℃に保って攪拌し、溶液を得た。次に、このようにして得られた溶液に1mol/L水酸化ナトリウム溶液6.84gを添加し、塩基性溶液を得た。次いで、前記塩基性溶液に、シリカ原料の混合物として予め乾燥窒素気流中で混合したテトラメトキシシラン(TMOS)/3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(MPTMS)/プロピルトリメトキシシラン(PTMS)の混合物(モル比18/1/1)3.47×10−2molを添加した。このようにして前記塩基性溶液に前記シリカ原料の混合物を添加すると、数分で粒子の析出が見られ、白濁した。そして、前記塩基性溶液に前記シリカ原料の混合物を添加した後、約8時間攪拌し、一晩静置した。その後、前記塩基性溶液中で生成された生成物をろ過し、水に再分散させる操作を2回繰り返した後、45℃の温度条件で一晩乾燥させ、シリカ中に前記界面活性剤が導入された多孔体前駆体粒子を得た。
(Example 1: <first organic group> 3-propylsulfonic acid group, <second organic group> propyl group)
7.04 g of hexadecyltrimethylammonium chloride was dissolved in 1600 g of a water / methanol mixed solution (50/50 = w / w) and stirred at 25 ° C. in a constant temperature water bath to obtain a solution. Next, 6.84 g of a 1 mol / L sodium hydroxide solution was added to the solution thus obtained to obtain a basic solution. Next, a mixture (moles) of tetramethoxysilane (TMOS) / 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) / propyltrimethoxysilane (PTMS) previously mixed in a dry nitrogen stream as a mixture of silica raw materials into the basic solution. Ratio 18/1/1) 3.47 × 10 −2 mol was added. Thus, when the mixture of the silica raw material was added to the basic solution, precipitation of particles was observed in a few minutes, and the mixture became cloudy. And after adding the mixture of the said silica raw material to the said basic solution, it stirred for about 8 hours, and left still overnight. Thereafter, the operation of filtering the product produced in the basic solution and redispersing in water was repeated twice, followed by drying overnight at a temperature of 45 ° C. to introduce the surfactant into silica. The obtained porous precursor particles were obtained.

次に、前述のようにして得られた多孔体前駆体粒子1gをエタノール100mLに分散させ、塩酸1mLを加えてオイルバス中60℃で3時間攪拌して、界面活性剤を抽出した。このようにして界面活性剤を抽出した後、得られた粒子をエタノールで十分に洗浄し、45℃の温度条件で乾燥させて、シリカ系メソ多孔体を得た。なお、このようにして得られたシリカ系メソ多孔体は、多孔体中のシリカが3−メルカプトプロピル基及びプロピル基で修飾されたものであった。   Next, 1 g of the porous precursor particles obtained as described above was dispersed in 100 mL of ethanol, 1 mL of hydrochloric acid was added, and the mixture was stirred in an oil bath at 60 ° C. for 3 hours to extract the surfactant. After the surfactant was extracted in this manner, the obtained particles were sufficiently washed with ethanol and dried at 45 ° C. to obtain a silica-based mesoporous material. The silica-based mesoporous material thus obtained was obtained by modifying the silica in the porous material with a 3-mercaptopropyl group and a propyl group.

次いで、得られたシリカ系メソ多孔体0.5gを、30質量%過酸化水素水(酸化剤)10mlに添加し、50℃の温度条件で6時間攪拌することにより、導入されたメルカプト基をスルホン酸基に変換させた。そして、得られた粒子をろ過し、45℃の温度条件で乾燥させることによって、第一の有機基が3−プロピルスルホン酸基であり、第二の有機基がプロピル基である本発明の球状シリカ系メソ多孔体を得た。   Next, 0.5 g of the obtained silica-based mesoporous material is added to 10 ml of 30% by mass hydrogen peroxide (oxidant), and the mixture is stirred for 6 hours at a temperature of 50 ° C., thereby introducing the introduced mercapto group. Conversion to sulfonic acid groups. Then, the obtained particles are filtered and dried under a temperature condition of 45 ° C., whereby the first organic group is a 3-propylsulfonic acid group and the second organic group is a propyl group. A silica-based mesoporous material was obtained.

(実施例2:〈第一の有機基〉3−プロピルスルホン酸基、〈第二の有機基〉フェニル基)
シリカ原料の混合物としてテトラメトキシシラン(TMOS)/3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(MPTMS)/フェニルトリメトキシシラン(PhTMS)の混合物(モル比18/1/1)3.47×10−2molを用いた以外は実施例1と同様にして、第一の有機基が3−プロピルスルホン酸基であり、第二の有機基がフェニル基である本発明の球状シリカ系メソ多孔体を得た。
(Example 2: <first organic group> 3-propylsulfonic acid group, <second organic group> phenyl group)
As a mixture of silica raw materials, a mixture of tetramethoxysilane (TMOS) / 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) / phenyltrimethoxysilane (PhTMS) (molar ratio 18/1/1) 3.47 × 10 −2 mol Except having used, it carried out similarly to Example 1, and obtained the spherical silica type mesoporous material of this invention whose 1st organic group is a 3-propylsulfonic acid group and a 2nd organic group is a phenyl group.

(実施例3:〈第一の有機基〉3−アミノプロピル基、〈第二の有機基〉フェニル基)
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド7.04gを水/メタノール混合溶液1600g(50/50=w/w)に溶解し、恒温水槽中で25℃に保って攪拌し、溶液を得た。次に、このようにして得られた溶液に1mol/L水酸化ナトリウム溶液6.84gを添加し、塩基性溶液を得た。次いで、前記塩基性溶液に、シリカ原料の混合物として予め乾燥窒素気流中で混合したテトラメトキシシラン(TMOS)/3−アミノプロピルトリメトキシシラン(APTMS)/フェニルトリメトキシシラン(PhTMS)の混合物(モル比18/1/1)3.47×10−2molを添加した。このようにして前記塩基性溶液に前記シリカ原料の混合物を添加すると、数分で粒子の析出が見られ、溶液が白濁した。そして、前記塩基性溶液に前記シリカ原料の混合物を添加した後、約8時間攪拌し、一晩静置した。その後、前記塩基性溶液中で生成された生成物をろ過し、水に再分散させる操作を2回繰り返した後、45℃の温度条件で一晩乾燥させ、シリカ中に界面活性剤が導入された多孔体前駆体粒子を得た。
(Example 3: <First organic group> 3-aminopropyl group, <Second organic group> phenyl group)
7.04 g of hexadecyltrimethylammonium chloride was dissolved in 1600 g of a water / methanol mixed solution (50/50 = w / w) and stirred at 25 ° C. in a constant temperature water bath to obtain a solution. Next, 6.84 g of a 1 mol / L sodium hydroxide solution was added to the solution thus obtained to obtain a basic solution. Next, a mixture (moles) of tetramethoxysilane (TMOS) / 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) / phenyltrimethoxysilane (PhTMS) mixed in advance in a dry nitrogen stream as a mixture of silica raw materials into the basic solution. Ratio 18/1/1) 3.47 × 10 −2 mol was added. Thus, when the mixture of the silica raw material was added to the basic solution, precipitation of particles was observed in a few minutes, and the solution became cloudy. And after adding the mixture of the said silica raw material to the said basic solution, it stirred for about 8 hours, and left still overnight. Thereafter, the operation of filtering the product produced in the basic solution and redispersing in water was repeated twice, followed by drying overnight at a temperature of 45 ° C., and the surfactant was introduced into the silica. Porous precursor particles were obtained.

次に、前述のようにして得られた多孔体前駆体粒子1gをエタノール100mLに分散させ、塩酸1mLを加えてオイルバス中60℃で3時間攪拌することにより、界面活性剤を抽出した。このようにして界面活性剤を抽出した後、得られた粒子をエタノールで十分に洗浄し、45℃の温度条件で一晩乾燥させて、第一の有機基が3−アミノプロピル基であり、第二の有機基がフェニル基である本発明の球状シリカ系メソ多孔体を得た。   Next, 1 g of the porous precursor particles obtained as described above was dispersed in 100 mL of ethanol, 1 mL of hydrochloric acid was added, and the mixture was stirred in an oil bath at 60 ° C. for 3 hours to extract the surfactant. After extracting the surfactant in this way, the obtained particles are thoroughly washed with ethanol and dried overnight at a temperature condition of 45 ° C., and the first organic group is a 3-aminopropyl group, A spherical silica mesoporous material of the present invention in which the second organic group was a phenyl group was obtained.

(実施例4:〈第一の有機基〉3−アミノプロピル基、〈第二の有機基〉フェニル基)
シリカ原料の混合物としてテトラメトキシシラン(TMOS)/3−アミノプロピルトリメトキシシラン(APTMS)/フェニルトリメトキシシラン(PhTMS)の混合物(モル比17/1/2)3.47×10−2molを用いた以外は実施例3と同様にして、第一の有機基が3−アミノプロピル基であり、第二の有機基がフェニル基である本発明の球状シリカ系メソ多孔体を得た。
(Example 4: <first organic group> 3-aminopropyl group, <second organic group> phenyl group)
A mixture of tetramethoxysilane (TMOS) / 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) / phenyltrimethoxysilane (PhTMS) (molar ratio 17/1/2) 3.47 × 10 −2 mol as a mixture of silica raw materials A spherical silica mesoporous material of the present invention was obtained in the same manner as in Example 3 except that the first organic group was a 3-aminopropyl group and the second organic group was a phenyl group.

(実施例5:〈第一の有機基〉3−アミノプロピル基、〈第二の有機基〉プロピル基)
シリカ原料の混合物としてテトラメトキシシラン(TMOS)/3−アミノプロピルトリメトキシシラン(APTMS)/プロピルトリメトキシシラン(PTMS)の混合物(モル比18/1/1)3.47×10−2molを用いた以外は実施例3と同様にして、第一の有機基が3−アミノプロピル基であり、第二の有機基がプロピル基である本発明の球状シリカ系メソ多孔体を得た。
(Example 5: <First organic group> 3-aminopropyl group, <Second organic group> propyl group)
As a mixture of silica raw materials, a mixture of tetramethoxysilane (TMOS) / 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) / propyltrimethoxysilane (PTMS) (molar ratio 18/1/1) 3.47 × 10 −2 mol A spherical silica mesoporous material of the present invention was obtained in the same manner as in Example 3 except that the first organic group was a 3-aminopropyl group and the second organic group was a propyl group.

(実施例6:〈第一の有機基〉3−アミノプロピル基、〈第二の有機基〉アリル基)
シリカ原料の混合物としてテトラメトキシシラン(TMOS)/3−アミノプロピルトリメトキシシラン(APTMS)/アリルトリメトキシシラン(ALTMS)の混合物(モル比18/1/1)3.47×10−2molを用いた以外は実施例3と同様にして、第一の有機基が3−アミノプロピル基であり、第二の有機基がアリル基である本発明の球状シリカ系メソ多孔体を得た。
(Example 6: <First organic group> 3-aminopropyl group, <Second organic group> allyl group)
As a mixture of silica raw materials, a mixture of tetramethoxysilane (TMOS) / 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) / allyltrimethoxysilane (ALTMS) (molar ratio 18/1/1) 3.47 × 10 −2 mol A spherical silica mesoporous material of the present invention was obtained in the same manner as in Example 3 except that the first organic group was a 3-aminopropyl group and the second organic group was an allyl group.

(実施例7:〈第一の有機基〉N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピル基、〈第二の有機基〉フェニル基)
シリカ原料の混合物としてテトラメトキシシラン(TMOS)/N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(AEAPTMS)/フェニルトリメトキシシラン(PhTMS)の混合物(モル比18/1/1)3.47×10−2molを用いた以外は実施例3と同様にして、第一の有機基がN−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピル基であり、第二の有機基がフェニル基である本発明の球状シリカ系メソ多孔体を得た。
(Example 7: <First organic group> N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyl group, <Second organic group> phenyl group)
As a mixture of silica raw materials, a mixture of tetramethoxysilane (TMOS) / N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane (AEAPTMS) / phenyltrimethoxysilane (PhTMS) (molar ratio 18/1/1) The first organic group is N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyl group and the second organic group is the same as in Example 3 except that 3.47 × 10 −2 mol is used. A spherical silica-based mesoporous material of the present invention having a phenyl group was obtained.

(実施例8:〈第一の有機基〉N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピル基、〈第二の有機基〉プロピル基)
シリカ原料の混合物としてテトラメトキシシラン(TMOS)/N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(AEAPTMS)/プロピルトリメトキシシラン(PTMS)の混合物(モル比18/1/1)3.47×10−2molを用いた以外は実施例3と同様にして、第一の有機基がN−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピル基であり、第二の有機基がプロピル基である本発明の球状シリカ系メソ多孔体を得た。
(Example 8: <First organic group> N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyl group, <Second organic group> propyl group)
As a mixture of silica raw materials, a mixture of tetramethoxysilane (TMOS) / N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane (AEAPTMS) / propyltrimethoxysilane (PTMS) (molar ratio 18/1/1) The first organic group is N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyl group and the second organic group is the same as in Example 3 except that 3.47 × 10 −2 mol is used. A spherical silica-based mesoporous material of the present invention having a propyl group was obtained.

(実施例9:〈第一の有機基〉:3−プロピルカルボキシル基、〈第二の有機基〉:フェニル基)
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド7.04gを水/メタノール混合溶液1600g(50/50=w/w)に溶解し、恒温水槽中で25℃に保って攪拌し、溶液を得た。次に、このようにして得られた溶液に1mol/L水酸化ナトリウム溶液6.84gを添加し、塩基性溶液を得た。次いで、前記塩基性溶液に、シリカ原料の混合物として予め乾燥窒素気流中で混合したテトラメトキシシラン(TMOS)/3−シアノプロピルトリメトキシシラン(CPTMS)/フェニルトリメトキシシラン(PhTMS)の混合物(モル比18/1/1)3.47×10−2molを添加した。このようにして前記塩基性溶液に前記シリカ原料の混合物を添加すると、数分で粒子の析出が見られ、溶液が白濁した。そして、前記塩基性溶液に前記シリカ原料の混合物を添加した後、約8時間攪拌し、一晩静置した。その後、前記塩基性溶液中で生成された生成物をろ過し、水に再分散させる操作を2回繰り返した後、45℃の温度条件で一晩乾燥させ、シリカ中に界面活性剤が導入された多孔体前駆体粒子を得た。
(Example 9: <first organic group>: 3-propyl carboxyl group, <second organic group>: phenyl group)
7.04 g of hexadecyltrimethylammonium chloride was dissolved in 1600 g of a water / methanol mixed solution (50/50 = w / w) and stirred at 25 ° C. in a constant temperature water bath to obtain a solution. Next, 6.84 g of a 1 mol / L sodium hydroxide solution was added to the solution thus obtained to obtain a basic solution. Next, a mixture (moles) of tetramethoxysilane (TMOS) / 3-cyanopropyltrimethoxysilane (CPTMS) / phenyltrimethoxysilane (PhTMS) mixed in advance in a dry nitrogen stream as a mixture of silica raw materials into the basic solution. Ratio 18/1/1) 3.47 × 10 −2 mol was added. Thus, when the mixture of the silica raw material was added to the basic solution, precipitation of particles was observed in a few minutes, and the solution became cloudy. And after adding the mixture of the said silica raw material to the said basic solution, it stirred for about 8 hours, and left still overnight. Thereafter, the operation of filtering the product produced in the basic solution and redispersing in water was repeated twice, followed by drying overnight at a temperature of 45 ° C., and the surfactant was introduced into the silica. Porous precursor particles were obtained.

次に、前述のようにして得られた多孔体前駆体粒子1gをエタノール100mLに分散させ、塩酸1mLを加えてオイルバス中60℃で3時間攪拌することにより、界面活性剤を抽出した。このようにして界面活性剤を抽出した後、得られた粒子をエタノールで十分に洗浄し、45℃の温度条件で一晩乾燥させて、シリカ系メソ多孔体を得た。なお、このようにして得られたシリカ系メソ多孔体は、多孔体中のシリカが3−シアノプロピル基及びフェニル基で修飾されたものであった。   Next, 1 g of the porous precursor particles obtained as described above was dispersed in 100 mL of ethanol, 1 mL of hydrochloric acid was added, and the mixture was stirred in an oil bath at 60 ° C. for 3 hours to extract the surfactant. After the surfactant was extracted in this manner, the obtained particles were thoroughly washed with ethanol and dried overnight at a temperature of 45 ° C. to obtain a silica-based mesoporous material. The silica-based mesoporous material thus obtained was obtained by modifying the silica in the porous material with a 3-cyanopropyl group and a phenyl group.

次いで、18mol/Lの濃硫酸(酸化剤)6.3mlと水3.7mlとを混合して放置し、約50℃に冷却して調製した混合液中に、前述のようにして得られたシリカ系メソ多孔体0.5gを加えて100℃で6時間加熱還流し、シリカ系メソ多孔体中に導入されたシアノ基をカルボキシル基へ変換した。そして、得られた粒子をろ過し、45℃の温度条件で乾燥させることによって、第一の有機基が3−プロピルカルボキシル基であり、第二の有機基がフェニル基である本発明の球状シリカ系メソ多孔体を得た。   Next, 6.3 ml of 18 mol / L concentrated sulfuric acid (oxidant) and 3.7 ml of water were mixed and allowed to stand, and cooled to about 50 ° C., and obtained as described above. 0.5 g of a silica-based mesoporous material was added and heated to reflux at 100 ° C. for 6 hours to convert the cyano group introduced into the silica-based mesoporous material into a carboxyl group. The obtained particles are filtered and dried under a temperature condition of 45 ° C., whereby the first organic group is a 3-propylcarboxyl group and the second organic group is a phenyl group of the present invention. A system mesoporous material was obtained.

(実施例10:〈第一の有機基〉:3−プロピルカルボキシル基、〈第二の有機基〉:プロピル基)
シリカ原料の混合物としてテトラメトキシシラン(TMOS)/3−シアノプロピルトリメトキシシラン(CPTMS)/プロピルトリメトキシシラン(PTMS)の混合物(モル比18/1/1)3.47×10−2molを用いた以外は実施例9と同様にして、第一の有機基が3−プロピルカルボキシル基であり、第二の有機基がプロピル基である本発明の球状シリカ系メソ多孔体を得た。
(Example 10: <first organic group>: 3-propyl carboxyl group, <second organic group>: propyl group)
As a mixture of silica raw materials, a mixture of tetramethoxysilane (TMOS) / 3-cyanopropyltrimethoxysilane (CPTMS) / propyltrimethoxysilane (PTMS) (molar ratio 18/1/1) 3.47 × 10 −2 mol A spherical silica mesoporous material of the present invention in which the first organic group was a 3-propylcarboxyl group and the second organic group was a propyl group was obtained in the same manner as Example 9 except that it was used.

(比較例1)
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド(界面活性剤)7.04gを水とメタノールの混合溶液1600g(水/メタノール:50/50=w/w)に溶解し、恒温水槽中で25℃に保って攪拌し、溶液を得た。次に、得られた溶液に1mol/L水酸化ナトリウム溶液6.84gを添加し、塩基性溶液を得た。その後、前記塩基性溶液に、シリカ原料の混合物として予め乾燥窒素気流中で混合して準備したテトラメトキシシラン(TMOS)/3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(MPTMS)の混合物(モル比:(TMOS)/(MPTMS)=9/1)3.47×10−2molを添加した。このようにして前記塩基性溶液に前記シリカ原料の混合物を添加すると、数分で粒子の析出が見られ、溶液が白濁した。そして、前記塩基性溶液に前記シリカ原料の混合物を添加した後、約8時間攪拌し、一晩静置した。その後、前記塩基性溶液中で生成された生成物をろ過し、水に再分散させる操作を2回繰り返した後、45℃の温度条件で一晩乾燥させて、界面活性剤が導入された多孔体粒子を得た。
(Comparative Example 1)
7.04 g of hexadecyltrimethylammonium chloride (surfactant) was dissolved in 1600 g of a mixed solution of water and methanol (water / methanol: 50/50 = w / w), stirred at 25 ° C. in a constant temperature water bath, A solution was obtained. Next, 6.84 g of 1 mol / L sodium hydroxide solution was added to the resulting solution to obtain a basic solution. Thereafter, a mixture of tetramethoxysilane (TMOS) / 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) prepared by mixing in the basic solution in advance in a dry nitrogen stream as a mixture of silica raw materials (molar ratio: (TMOS)) / (MPTMS) = 9/1) 3.47 × 10 −2 mol was added. Thus, when the mixture of the silica raw material was added to the basic solution, precipitation of particles was observed in a few minutes, and the solution became cloudy. And after adding the mixture of the said silica raw material to the said basic solution, it stirred for about 8 hours, and left still overnight. Thereafter, the product produced in the basic solution is filtered and re-dispersed in water twice, followed by drying overnight at a temperature of 45 ° C. to introduce the surfactant. Body particles were obtained.

次に、得られた多孔体粒子1gをエタノール100mLに分散させた後、塩酸1mLを加え、オイルバス中60℃で3時間攪拌することにより、多孔体粒子から界面活性剤を抽出した。このようにして界面活性剤を抽出した後、得られた粒子をエタノールで十分に洗浄し、45℃で乾燥させて、3−メルカプトプロピル基により修飾されたシリカ系メソ多孔体を得た。   Next, after dispersing 1 g of the obtained porous particles in 100 mL of ethanol, 1 mL of hydrochloric acid was added, and the surfactant was extracted from the porous particles by stirring at 60 ° C. for 3 hours in an oil bath. After the surfactant was extracted in this manner, the obtained particles were sufficiently washed with ethanol and dried at 45 ° C. to obtain a silica-based mesoporous material modified with a 3-mercaptopropyl group.

次いで、得られたシリカ系メソ多孔体0.5gを30質量%過酸化水素水(酸化剤)10mlに添加し、50℃の温度条件で6時間攪拌することにより、メルカプト基をスルホン酸基に変換させた。その後、得られた粒子を、ろ過し、45℃の温度条件で乾燥させて、3−プロピルスルホン酸基により修飾された比較としての球状シリカ系メソ多孔体を得た。   Next, 0.5 g of the obtained silica-based mesoporous material is added to 10 ml of 30% by mass hydrogen peroxide (oxidant), and stirred for 6 hours at a temperature of 50 ° C., thereby converting mercapto groups into sulfonic acid groups. Converted. Thereafter, the obtained particles were filtered and dried under a temperature condition of 45 ° C. to obtain a comparative spherical silica-based mesoporous material modified with a 3-propylsulfonic acid group.

(比較例2)
シリカ原料としてテトラメトキシシラン(TMOS)/プロピルトリメトキシシラン(PTMS)の混合物(モル比9/1)3.47×10−2molを用いた以外は比較例1と同様にして、プロピル基により修飾された比較としての球状シリカ系メソ多孔体を得た。
(Comparative Example 2)
In the same manner as in Comparative Example 1 except that a mixture of tetramethoxysilane (TMOS) / propyltrimethoxysilane (PTMS) (molar ratio 9/1) 3.47 × 10 −2 mol was used as a silica raw material, A modified spherical silica-based mesoporous material was obtained as a comparison.

(比較例3)
0.2mmol/Lの水酸化ナトリウム水溶液250mlにヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド8.00gを溶解して塩基性溶液を得た。次に、得られた塩基性溶液を攪拌しながら70℃まで昇温した。次いで、70℃に到達した後、前記塩基性溶液に、シリカ原料の混合物として予め乾燥窒素気流中で混合したテトラメトキシシラン(TMOS)/3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(MPTMS)/プロピルトリメトキシシラン(PTMS)の混合物(モル比18/1/1)2.50×10−2molを添加した。そして、前記シリカ原料の混合物を添加した前記塩基性溶液を70℃で3時間攪拌した後、2mol/LのHCl水溶液をpHが7.5となるまで滴下した。その後、HCl水溶液を滴下した溶液の攪拌を続け、2時間後にpH=7.5に再調整し、その1時間後に攪拌を止め、室温まで放冷した。次いで、前記溶液中で生成された生成物をろ過し、水に再分散させる操作を2回繰り返した後、45℃で一晩乾燥させて、界面活性剤が導入された不定形シリカ多孔体の前駆体を得た。
(Comparative Example 3)
8.00 g of hexadecyltrimethylammonium chloride was dissolved in 250 ml of 0.2 mmol / L sodium hydroxide aqueous solution to obtain a basic solution. Next, the obtained basic solution was heated to 70 ° C. while stirring. Subsequently, after reaching 70 ° C., tetramethoxysilane (TMOS) / 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) / propyltrimethoxysilane mixed in advance in a dry nitrogen stream as a mixture of silica raw materials with the basic solution. A mixture of (PTMS) (molar ratio 18/1/1) 2.50 × 10 −2 mol was added. The basic solution to which the silica raw material mixture was added was stirred at 70 ° C. for 3 hours, and then a 2 mol / L aqueous HCl solution was added dropwise until the pH reached 7.5. Thereafter, the solution in which the aqueous HCl solution was dropped was continuously stirred, and after 2 hours, the pH was adjusted again to 7.5. After 1 hour, the stirring was stopped and the mixture was allowed to cool to room temperature. Next, the operation of filtering the product produced in the solution and redispersing it in water was repeated twice, followed by drying at 45 ° C. overnight to form the amorphous silica porous material into which the surfactant was introduced. A precursor was obtained.

次に、得られた不定形シリカ多孔体の前駆体1gをエタノール100mLに分散させた後、塩酸1mLを加え、オイルバス中60℃で3時間攪拌することにより、多孔体粒子から界面活性剤を抽出した。このようにして界面活性剤を抽出した後、得られた粒子をエタノールで十分に洗浄し、45℃で乾燥させて、3−メルカプトプロピル基及びプロピル基により修飾された不定形シリカ多孔体を得た。   Next, 1 g of the obtained amorphous silica porous material precursor was dispersed in 100 mL of ethanol, 1 mL of hydrochloric acid was added, and the mixture was stirred in an oil bath at 60 ° C. for 3 hours to remove the surfactant from the porous particles. Extracted. After the surfactant is extracted in this manner, the resulting particles are thoroughly washed with ethanol and dried at 45 ° C. to obtain an amorphous silica porous body modified with 3-mercaptopropyl groups and propyl groups. It was.

次いで、得られたシリカ系メソ多孔体0.5gを30質量%過酸化水素水(酸化剤)10mlに添加し、50℃の温度条件で6時間攪拌することにより、メルカプト基をスルホン酸基に変換させた。その後、得られた粒子を、ろ過し、45℃の温度条件で乾燥させて、3−プロピルスルホン酸基及びプロピル基により修飾された比較としての不定形のシリカ系メソ多孔体(FSMタイプ)を得た。   Next, 0.5 g of the obtained silica-based mesoporous material is added to 10 ml of 30% by mass hydrogen peroxide (oxidant), and stirred for 6 hours at a temperature of 50 ° C., thereby converting mercapto groups into sulfonic acid groups. Converted. Thereafter, the obtained particles are filtered, dried at a temperature of 45 ° C., and a comparative amorphous silica-based mesoporous material (FSM type) modified with 3-propylsulfonic acid group and propyl group is obtained. Obtained.

(比較例4)
シリカ原料の混合物としてテトラメトキシシラン(TMOS)/3−アミノプロピルトリメトキシシラン(AEAPTMS)の混合物(モル比19/1)3.47×10−2molを用いた以外は比較例1と同様にして、3−アミノプロピル基により修飾された比較としての球状シリカ系メソ多孔体を得た。
(Comparative Example 4)
Comparative Example 1 was used except that a mixture of tetramethoxysilane (TMOS) / 3-aminopropyltrimethoxysilane (AEAPTMS) (molar ratio 19/1) 3.47 × 10 −2 mol was used as the silica raw material mixture. Thus, a comparative spherical silica-based mesoporous material modified with a 3-aminopropyl group was obtained.

(比較例5)
シリカ原料の混合物としてテトラメトキシシラン(TMOS)/N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(AEAPTMS)の混合物(モル比19/1)3.47×10−2molを用いた以外は比較例1と同様にして、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピル基により修飾された比較としての球状シリカ系メソ多孔体を得た。
(Comparative Example 5)
A mixture of tetramethoxysilane (TMOS) / N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane (AEAPTMS) (molar ratio 19/1) 3.47 × 10 −2 mol is used as the silica raw material mixture. A spherical silica-based mesoporous material as a comparison modified with an N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyl group was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that.

(比較例6)
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド7.04gを水/メタノール混合溶液1600g(50/50=w/w)に溶解し、恒温水槽中で25℃に保って攪拌して溶液を得た。次に、前記溶液に1mol/L水酸化ナトリウム溶液6.84gを添加して、塩基性溶液を得た。その後、前記塩基性溶液に、シリカ原料の混合物として予め乾燥窒素気流中で混合したテトラメトキシシラン(TMOS)/3−シアノプロピルトリメトキシシラン(CPTMS)の混合物(モル比19/1)3.47×10−2molを添加した。このようにして前記塩基性溶液に前記シリカ原料の混合物を添加したところ、数分で粒子の析出が見られ、溶液が白濁した。そして、前記塩基性溶液に前記シリカ原料の混合物を添加した後、約8時間攪拌し、一晩静置した。その後、前記塩基性溶液中に生成された生成物をろ過し、水に再分散させる操作を2回繰り返した後、45℃の温度条件で一晩乾燥させ、シリカ中に界面活性剤が導入された多孔体粒子を得た。
(Comparative Example 6)
7.04 g of hexadecyltrimethylammonium chloride was dissolved in 1600 g of a water / methanol mixed solution (50/50 = w / w), and the solution was obtained by stirring at 25 ° C. in a constant temperature water bath. Next, 6.84 g of 1 mol / L sodium hydroxide solution was added to the solution to obtain a basic solution. Thereafter, a tetramethoxysilane (TMOS) / 3-cyanopropyltrimethoxysilane (CPTMS) mixture (molar ratio 19/1) 3.47 previously mixed with the basic solution as a mixture of silica raw materials in a dry nitrogen stream. × 10 −2 mol was added. Thus, when the mixture of the silica raw material was added to the basic solution, precipitation of particles was observed within a few minutes, and the solution became cloudy. And after adding the mixture of the said silica raw material to the said basic solution, it stirred for about 8 hours, and left still overnight. Thereafter, the operation of filtering the product produced in the basic solution and redispersing in water was repeated twice, followed by drying overnight at a temperature of 45 ° C., and the surfactant was introduced into the silica. Porous particles were obtained.

次に、前述のようにして得られた多孔体粒子1gをエタノール100mLに分散させ、塩酸1mLを加えてオイルバス中60℃で3時間攪拌することにより、多孔体粒子から界面活性剤を抽出した。このようにして界面活性剤を抽出した後、得られた粒子をエタノールで十分に洗浄し、45℃で乾燥させて、3−シアノプロピル基により修飾されたシリカ系メソ多孔体を得た。   Next, 1 g of the porous particles obtained as described above was dispersed in 100 mL of ethanol, 1 mL of hydrochloric acid was added, and the mixture was stirred in an oil bath at 60 ° C. for 3 hours to extract the surfactant from the porous particles. . After the surfactant was extracted in this manner, the obtained particles were sufficiently washed with ethanol and dried at 45 ° C. to obtain a silica-based mesoporous material modified with a 3-cyanopropyl group.

次いで、18mol/Lの濃硫酸(酸化剤)6.3mlと水3.7mlとを混合して放置し、約50℃に冷却して調製した混合液中に、前述のようにして得られたシリカ系メソ多孔体0.5gを加えて100℃で6時間加熱還流し、シリカ系メソ多孔体中に導入されたシアノ基をカルボキシル基へ変換した。そして、得られた粒子をろ過し、45℃の温度条件で乾燥させることによって、3−プロピルカルボキシル基により修飾された比較としての球状シリカ系メソ多孔体を得た。   Next, 6.3 ml of 18 mol / L concentrated sulfuric acid (oxidant) and 3.7 ml of water were mixed and allowed to stand, and cooled to about 50 ° C., and obtained as described above. 0.5 g of a silica-based mesoporous material was added and heated to reflux at 100 ° C. for 6 hours to convert the cyano group introduced into the silica-based mesoporous material into a carboxyl group. The obtained particles were filtered and dried under a temperature condition of 45 ° C. to obtain a comparative spherical silica-based mesoporous material modified with a 3-propyl carboxyl group.

[実施例1〜10及び比較例1〜6で得られた球状シリカ系メソ多孔体の特性の評価]
<有機基の構造確認>
多孔体に導入された有機基の構造確認をラマンスペクトル測定及びFT−IR測定により行った。
[Evaluation of characteristics of spherical silica-based mesoporous materials obtained in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 6]
<Confirmation of organic group structure>
The structure of the organic group introduced into the porous body was confirmed by Raman spectrum measurement and FT-IR measurement.

<X線回折による細孔構造の測定>
実施例1〜10及び比較例1〜6で得られた球状シリカ系メソ多孔体のメソ細孔構造の規則性を、理学製粉末XRD装置RINT−2200を用いて測定した。得られた結果を表1及び表2に示す。また、実施例1〜2及び比較例1で得られた球状シリカ系メソ多孔体のX線回折パターンを図1に示す。
<Measurement of pore structure by X-ray diffraction>
The regularity of the mesopore structure of the spherical silica-based mesoporous material obtained in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 6 was measured using a Rigaku powder XRD apparatus RINT-2200. The obtained results are shown in Tables 1 and 2. Moreover, the X-ray-diffraction pattern of the spherical silica type mesoporous material obtained in Examples 1-2 and Comparative Example 1 is shown in FIG.

図1に示す結果からも明らかなように、全ての粒子において細孔のヘキサゴナル配列に対応する(100),(110),(200)のピークが観測され、細孔の規則性が高いことが確認された。また、表1及び表2に示すd100値のピークの結果からも明らかなように、実施例1〜10及び比較例1〜6で得られた球状シリカ系メソ多孔体は細孔の規則性が高いことが確認された。 As is clear from the results shown in FIG. 1, peaks of (100), (110), (200) corresponding to the hexagonal arrangement of the pores are observed in all particles, and the regularity of the pores is high. confirmed. In addition, as is apparent from the results of the peak of d 100 value shown in Tables 1 and 2, the spherical silica-based mesoporous materials obtained in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 6 have regularity of pores. Was confirmed to be high.

<粒子形態、平均粒子径及び標準偏差の測定>
明石製作所製の走査電子顕微鏡(SEM)SIGMA−Vを用いて加速電圧19eVで粒子形態の測定を行った。そして、実施例1〜10及び比較例1〜6で得られた球状シリカ系メソ多孔体の各粒子のSEM写真を用いて、粒子50個の直径を計測し、平均粒子径及び標準偏差を算出した。得られた結果を表1及び表2に示す。また、実施例1で得られた球状シリカ系メソ多孔体の走査電子顕微鏡(SEM)写真を図2に示し、実施例3で得られた球状シリカ系メソ多孔体の走査電子顕微鏡(SEM)写真を図3に示す。
<Measurement of particle morphology, average particle size and standard deviation>
The particle morphology was measured at an acceleration voltage of 19 eV using a scanning electron microscope (SEM) SIGMA-V manufactured by Akashi Seisakusho. And using the SEM photograph of each particle | grain of the spherical silica type mesoporous material obtained in Examples 1-10 and Comparative Examples 1-6, the diameter of 50 particle | grains is measured and an average particle diameter and a standard deviation are calculated. did. The obtained results are shown in Tables 1 and 2. Further, a scanning electron microscope (SEM) photograph of the spherical silica-based mesoporous material obtained in Example 1 is shown in FIG. 2, and a scanning electron microscope (SEM) photograph of the spherical silica-based mesoporous material obtained in Example 3 is shown. Is shown in FIG.

表1及び表2に示す平均粒子径及び標準偏差の値、並びに図2及び図3に示す結果からも明らかなように、実施例1〜10及び比較例1〜6で得られた球状シリカ系メソ多孔体の各粒子は単分散球状であることが確認された。このような結果から、実施例1〜10においては、第一の有機基と第二の有機基を導入しても単分散の球状シリカ系メソ多孔体が得られたことが確認された。   As is apparent from the average particle diameter and standard deviation values shown in Tables 1 and 2 and the results shown in FIGS. 2 and 3, the spherical silica systems obtained in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 6 were used. It was confirmed that each particle of the mesoporous material was monodispersed spherical. From these results, in Examples 1 to 10, it was confirmed that a monodispersed spherical silica-based mesoporous material was obtained even when the first organic group and the second organic group were introduced.

<比表面積、中心細孔直径及び細孔容量の測定>
実施例1〜10及び比較例1〜6で得られた球状シリカ系メソ多孔体のN吸着等温線を日本ベル製Belsorp−miniを用いて、液体N温度(77K)の条件で定容量法により測定した。なお、測定前に試料を100℃で2時間真空脱気処理した。そして、得られたN吸着等温線から細孔容量を算出し、さらにBET等温吸着式を用いて比表面積を算出した。さらに、得られたN吸着等温線からBJH法により中心細孔直径を算出した。得られた結果を表1及び表2に示す。
<Measurement of specific surface area, central pore diameter and pore volume>
The N 2 adsorption isotherm of the spherical silica-based mesoporous material obtained in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 6 was subjected to a constant volume under the condition of liquid N 2 temperature (77 K) using Belsorb-mini manufactured by Nippon Bell. Measured by the method. Before the measurement, the sample was vacuum degassed at 100 ° C. for 2 hours. Then, to calculate the pore volume from N 2 adsorption isotherm obtained, to calculate the specific surface area by using further the BET adsorption isotherm equation. Furthermore, the central pore diameter was calculated from the obtained N 2 adsorption isotherm by the BJH method. The obtained results are shown in Tables 1 and 2.

<酸性触媒性能の測定(官能基:スルホン酸基)>
実施例1〜2及び比較例1〜2で得られた球状シリカ系メソ多孔体、並びに比較例3で得られた不定形のシリカ系メソ多孔体を、Friedel−Craftsアルキル化反応の触媒としてそれぞれ用い、酸性触媒としての性能を測定した。すなわち、2−メチルフラン0.6gとアセトン1.39mlとに、触媒60mgを加え、50℃の温度条件で反応させて、1時間後、2時間後、及び4時間後の生成物のターンオーバー数を測定した。反応時間とターンオーバー数との関係を示すグラフを図4に示す。なお、ターンオーバー数は、反応混合物をろ過し、触媒を除去してアセトンで洗浄した後、得られた溶液のGC−測定を行い、生成物を定量して算出した。また、定量は2−メチルフラン標準液を用いて行った。
<Measurement of acid catalyst performance (functional group: sulfonic acid group)>
The spherical silica-based mesoporous material obtained in Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2 and the amorphous silica-based mesoporous material obtained in Comparative Example 3 were used as catalysts for Friedel-Crafts alkylation reaction, respectively. The performance as an acidic catalyst was measured. That is, 60 mg of a catalyst was added to 0.6 g of 2-methylfuran and 1.39 ml of acetone, and the reaction was performed at a temperature of 50 ° C., and the product turnover after 1 hour, 2 hours, and 4 hours. Number was measured. A graph showing the relationship between the reaction time and the turnover number is shown in FIG. The turnover number was calculated by filtering the reaction mixture, removing the catalyst and washing with acetone, then performing GC-measurement of the resulting solution, quantifying the product. In addition, quantification was performed using a 2-methylfuran standard solution.

図4に示す結果からも明らかなように、スルホン酸基を含まない比較例2(プロピル基を導入)では酸触媒反応はほとんど起こらなかった。また、スルホン酸基を含有する有機基(第一の有機基)とプロピル基(第二の有機基)とが導入された本発明の球状シリカ系メソ多孔体(実施例1)及び、スルホン酸基を含有する有機基(第一の有機基)とフェニル基(第二の有機基)とが導入された本発明の球状シリカ系メソ多孔(実施例2)は、スルホン酸基を含有する有機基のみが導入された比較としての球状シリカ系メソ多孔(比較例1)に比べて、酸触媒活性が十分に向上することが確認された。また、実施例1で得られた本発明の球状シリカ系メソ多孔体は、比較例1で得られた比較としての球状シリカ系メソ多孔体の約1.6倍のターンオーバー数であった。このような結果は、実施例1で得られた本発明の球状シリカ系メソ多孔体においては、疎水性のプロピル基が導入されているため、基質である疎水性の2−メチルフランが細孔内に取り込まれ易くなり、近傍に存在するスルホン酸基により酸触媒反応が起こり易くなることに起因するものと本発明者らは推定する。   As is clear from the results shown in FIG. 4, acid-catalyzed reaction hardly occurred in Comparative Example 2 (in which propyl group was introduced) containing no sulfonic acid group. Further, the spherical silica-based mesoporous material of the present invention (Example 1) in which an organic group containing a sulfonic acid group (first organic group) and a propyl group (second organic group) are introduced, and sulfonic acid The spherical silica-based mesoporous (Example 2) of the present invention in which an organic group containing a group (first organic group) and a phenyl group (second organic group) are introduced is an organic compound containing a sulfonic acid group. It was confirmed that the acid catalyst activity was sufficiently improved as compared with a spherical silica mesoporous (Comparative Example 1) as a comparison in which only a group was introduced. Further, the spherical silica mesoporous material of the present invention obtained in Example 1 had a turnover number about 1.6 times that of the comparative spherical silica mesoporous material obtained in Comparative Example 1. As a result, in the spherical silica-based mesoporous material of the present invention obtained in Example 1, since the hydrophobic propyl group was introduced, the hydrophobic 2-methylfuran as the substrate was pored. The present inventors presume that this is caused by the fact that the acid catalyzed reaction easily occurs due to the sulfonic acid group existing in the vicinity.

また、図4に示す結果からも明らかなように、スルホン酸基を含有する有機基及びプロピル基が導入された不定形のシリカ系メソ多孔(比較例3)は、ある程度の活性はあるものの、スルホン酸基を含有する有機基及びプロピル基が導入された本発明の球状シリカ系メソ多孔体(実施例1)に比べて酸触媒活性は低かった。このような結果は、本発明の球状シリカ系メソ多孔体においては、放射状細孔を有するため、外表面が少なく、物質のアクセスが容易であるのに対し、比較としての不定形のシリカ系メソ多孔体(比較例3)は、外表面が多く、物質のアクセスに制限があることに起因するものと本発明者らは推定する。   Further, as is apparent from the results shown in FIG. 4, the amorphous silica-based mesoporous material (Comparative Example 3) into which an organic group containing a sulfonic acid group and a propyl group are introduced (Comparative Example 3) has some activity, Compared with the spherical silica-based mesoporous material of the present invention (Example 1) in which an organic group containing a sulfonic acid group and a propyl group were introduced, the acid catalyst activity was low. These results show that the spherical silica-based mesoporous material of the present invention has radial pores, so that the outer surface is small and the material is easily accessible, while the amorphous silica-based mesoporous material as a comparison is comparative. The present inventors presume that the porous body (Comparative Example 3) is caused by the fact that there are many outer surfaces and the access to the substance is limited.

<塩基性触媒性能の測定(A)(官能基:3−アミノプロピル基)>
実施例3〜6及び比較例4で得られた球状シリカ系メソ多孔体を、エステル加水分解反応の触媒としてそれぞれ用い、塩基性触媒としての性能を測定した。すなわち、0.1Mのニトロフェノールアセテート溶液(DMSOに溶解)300μLと10mM Tris・HCl溶液(pH7.5)1200μLの混合溶液に、触媒20mgを加え、室温で振とうし、分解生成物であるp−ニトロフェノールの生成量と反応時間との関係を測定した。反応時間とp−ニトロフェノールの濃度との関係を示すグラフを図5に示す。なお、p−ニトロフェノールの生成量は、遠心分離で反応混合物から触媒を分離し、得られた上清の405nmの吸光度を測定することにより定量した。
<Measurement of basic catalyst performance (A) (functional group: 3-aminopropyl group)>
The spherical silica mesoporous materials obtained in Examples 3 to 6 and Comparative Example 4 were used as catalysts for the ester hydrolysis reaction, and the performance as a basic catalyst was measured. That is, 20 mg of the catalyst was added to a mixed solution of 300 μL of 0.1 M nitrophenol acetate solution (dissolved in DMSO) and 1200 μL of 10 mM Tris / HCl solution (pH 7.5), and shaken at room temperature, and the decomposition product p -The relationship between the amount of nitrophenol produced and the reaction time was measured. A graph showing the relationship between the reaction time and the concentration of p-nitrophenol is shown in FIG. The amount of p-nitrophenol produced was quantified by separating the catalyst from the reaction mixture by centrifugation and measuring the absorbance at 405 nm of the resulting supernatant.

図5に示す結果からも明らかなように、3−アミノプロピル基のみが導入された比較としての球状シリカ系メソ多孔体(比較例4)に比べて、3−アミノプロピル基(第一の有機基)とともに第二の有機基が導入された本発明の球状シリカ系メソ多孔体(実施例3〜6)は、触媒性能が十分に向上することが確認された。このような結果は、本発明の球状シリカ系メソ多孔体(実施例3〜6)においては、疎水性の有機基が導入されているため、基質である疎水性のニトロフェノールアセテートが細孔内に取り込まれ易くなり、近傍に存在する3−アミノプロピル基で塩基触媒反応が起こり易くなることに起因するものと推察される。また、第二の有機基であるフェニル基の導入量が異なる実施例3及び実施例4で得られた球状シリカ系メソ多孔体を比較すると、フェニル基の導入量が2倍量に増加されている実施例4で得られた球状シリカ系メソ多孔体の方が、触媒性能が高くなることが確認された。このような結果は、フェニル基の増加に伴い、より疎水性が強くなり、基質が細孔内に入り易くなることに起因するものと本発明者らは推定する。   As is apparent from the results shown in FIG. 5, the 3-aminopropyl group (first organic group) was compared with the spherical silica-based mesoporous material (Comparative Example 4) in which only the 3-aminopropyl group was introduced. It was confirmed that the spherical silica-based mesoporous material of the present invention (Examples 3 to 6) in which the second organic group was introduced together with the group) sufficiently improved the catalyst performance. As a result, in the spherical silica mesoporous material of the present invention (Examples 3 to 6), since the hydrophobic organic group was introduced, the hydrophobic nitrophenol acetate serving as the substrate was contained in the pores. This is presumably due to the fact that a base-catalyzed reaction easily occurs with a 3-aminopropyl group present in the vicinity. In addition, when the spherical silica-based mesoporous materials obtained in Example 3 and Example 4 in which the introduction amount of the phenyl group as the second organic group is different are compared, the introduction amount of the phenyl group is increased twice. It was confirmed that the spherical silica-based mesoporous material obtained in Example 4 has higher catalyst performance. The present inventors presume that such a result is attributed to the fact that as the number of phenyl groups increases, the hydrophobicity becomes stronger and the substrate easily enters the pores.

<塩基性触媒性能の測定(B)(官能基:N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピル基)>
実施例7〜8及び比較例5で得られた球状シリカ系メソ多孔体を触媒として用いる以外は、上述の塩基性触媒性能の測定(A)と同様の方法を採用して、塩基性触媒としての性能を評価した。反応時間とp−ニトロフェノールの濃度との関係を示すグラフを図6に示す。
<Measurement of basic catalyst performance (B) (functional group: N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyl group)>
Except for using the spherical silica-based mesoporous material obtained in Examples 7 to 8 and Comparative Example 5 as a catalyst, the same method as the above-described measurement (A) of basic catalyst performance was adopted as a basic catalyst. The performance of was evaluated. A graph showing the relationship between the reaction time and the concentration of p-nitrophenol is shown in FIG.

図6に示す結果からも明らかなように、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピル基のみが導入された比較としての球状シリカ系メソ多孔体(比較例5)に比べて、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピル基(第一の有機基)とともに第二の有機基が導入された本発明の球状シリカ系メソ多孔体(実施例7〜8)は触媒性能が十分に向上することが確認された。このような結果は、本発明の球状シリカ系メソ多孔体(実施例7〜8)においては、疎水性の有機基が導入されているため、基質である疎水性のニトロフェノールアセテートが細孔内に取り込まれ易くなり、近傍に存在するN−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピル基で塩基触媒反応が起こり易くなることに起因するものと本発明者らは推定する。   As is apparent from the results shown in FIG. 6, N as compared with the spherical silica-based mesoporous material (Comparative Example 5) in which only the N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyl group was introduced was compared with N The spherical silica-based mesoporous material of the present invention (Examples 7 to 8) in which the second organic group is introduced together with the-(2-aminoethyl) -3-aminopropyl group (first organic group) has catalytic performance. It was confirmed that it was sufficiently improved. As a result, in the spherical silica-based mesoporous material of the present invention (Examples 7 to 8), the hydrophobic organic group was introduced, so that the hydrophobic nitrophenol acetate as the substrate was contained in the pores. The present inventors presume that this is caused by the fact that the base catalyzed reaction easily occurs at the N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyl group present in the vicinity.

<色素吸着試験(官能基:カルボン酸基)>
実施例9〜10及び比較例6で得られた球状シリカ系メソ多孔体を、それぞれ試料として用い、色素の吸着量を測定した。すなわち、各試料0.1gに、メチレンブルー100mL(1000mg/L)をそれぞれ加え、22℃で1時間振とうした後、ろ過し、得られた溶液の291nmの吸光度を測定することにより、各試料のメチレンブルーの吸着量を測定した。得られた結果を表3に示す。
<Dye adsorption test (functional group: carboxylic acid group)>
The spherical silica-based mesoporous materials obtained in Examples 9 to 10 and Comparative Example 6 were used as samples, and the amount of dye adsorbed was measured. That is, 100 mL (1000 mg / L) of methylene blue was added to 0.1 g of each sample, shaken at 22 ° C. for 1 hour, filtered, and the absorbance of the resulting solution was measured at 291 nm. The adsorption amount of methylene blue was measured. The obtained results are shown in Table 3.

表3に示す結果からも明らかなように、カルボキシル基を含有する有機基が導入された比較のための球状シリカ系メソ多孔体(比較例6)に比べて、カルボキシル基を含有する有機基(第一の有機基)とともに疎水性の第二の有機基が導入された本発明の球状シリカ系メソ多孔体(実施例9〜10)は、塩基性色素のメチレンブルーの吸着量が十分に向上することが確認された。このような結果は、本発明の球状シリカ系メソ多孔体(実施例9〜10)においては、第二の有機基が導入されているため、疎水性の高い色素(メチレンブルー)が第二の有機基により選択的に取り込まれ、その近傍に存在する第一の有機基に化学的に結合することに起因するものと本発明者らは推定する。   As is clear from the results shown in Table 3, the organic group containing a carboxyl group (Comparative Example 6) compared to a spherical silica-based mesoporous material for comparison in which an organic group containing a carboxyl group was introduced (Comparative Example 6) The spherical silica-based mesoporous material (Examples 9 to 10) of the present invention in which the hydrophobic second organic group is introduced together with the first organic group) (Examples 9 to 10) sufficiently improves the amount of adsorption of the basic dye methylene blue. It was confirmed. As a result, in the spherical silica-based mesoporous material (Examples 9 to 10) of the present invention, since the second organic group was introduced, a highly hydrophobic dye (methylene blue) was added to the second organic group. The inventors presume that this is caused by selective incorporation by a group and chemical bonding to the first organic group present in the vicinity thereof.

以上説明したように、本発明によれば、触媒や吸着材として用いた場合に、基質や吸着物質に対して高い選択性を発揮することができ、十分に高い触媒性能又は吸着性能を発揮することが可能な球状シリカ系メソ多孔体、並びに、それを用いた触媒及び吸着材を提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, when used as a catalyst or an adsorbent, it can exhibit a high selectivity for a substrate or an adsorbent, and exhibits a sufficiently high catalytic performance or adsorption performance. It is possible to provide a spherical silica-based mesoporous material that can be used, and a catalyst and an adsorbent using the same.

したがって、本発明の球状シリカ系メソ多孔体は、酸性触媒、塩基性触媒あるいは各種色素の吸着材等の材料として特に有用である。   Therefore, the spherical silica-based mesoporous material of the present invention is particularly useful as a material such as an acidic catalyst, a basic catalyst, or various dye adsorbents.

実施例1〜2及び比較例1で得られた球状シリカ系メソ多孔体のX線回折パターンを示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray-diffraction pattern of the spherical silica type mesoporous material obtained in Examples 1-2 and Comparative Example 1. 実施例1で得られた球状シリカ系メソ多孔体の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the spherical silica-based mesoporous material obtained in Example 1. 実施例3で得られた球状シリカ系メソ多孔体の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。4 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a spherical silica-based mesoporous material obtained in Example 3. 実施例1〜2及び比較例1〜3で得られた球状シリカ系メソ多孔体を酸性触媒として用いた場合の反応時間とターンオーバー数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the reaction time at the time of using the spherical silica type mesoporous material obtained in Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3 as an acidic catalyst, and a turnover number. 実施例3〜6及び比較例4で得られた球状シリカ系メソ多孔体を塩基性触媒として用いた場合の反応時間とp−ニトロフェノールの濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the reaction time at the time of using the spherical silica type mesoporous material obtained in Examples 3-6 and Comparative Example 4 as a basic catalyst, and the density | concentration of p-nitrophenol. 実施例7〜8及び比較例5で得られた球状シリカ系メソ多孔体を塩基性触媒として用いた場合の反応時間とp−ニトロフェノールの濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the reaction time at the time of using the spherical silica type mesoporous material obtained in Examples 7-8 and Comparative Example 5 as a basic catalyst, and the density | concentration of p-nitrophenol.

Claims (7)

平均粒径が0.01〜3μmであり、中心細孔直径が1〜10nmの放射状細孔を有し、且つ、
スルホン酸基、カルボン酸基及びアミノ基からなる群から選択される少なくとも1種の官能基を有する第一の有機基、並びに、脂肪族化合物系有機基及び環式化合物系有機基からなる群から選択される少なくとも1種の第二の有機基が導入されていることを特徴とする球状シリカ系メソ多孔体。
Having an average particle diameter of 0.01 to 3 μm, radial pores having a central pore diameter of 1 to 10 nm, and
A first organic group having at least one functional group selected from the group consisting of a sulfonic acid group, a carboxylic acid group and an amino group, and a group consisting of an aliphatic compound-based organic group and a cyclic compound-based organic group A spherical silica mesoporous material, wherein at least one selected second organic group is introduced.
前記第一の有機基が、炭素数が18以下の直鎖又は分岐鎖状のヘテロ原子を有していてもよい鎖式炭化水素基、又は炭素数が18以下のヘテロ原子を有していてもよい環式炭化水素基に、前記官能基が結合したものであることを特徴とする請求項1に記載の球状シリカ系メソ多孔体。   The first organic group has a linear or branched hetero atom having 18 or less carbon atoms, or a hetero atom having 18 or less carbon atoms. The spherical silica-based mesoporous material according to claim 1, wherein the functional group is bonded to a good cyclic hydrocarbon group. 前記第一の有機基が、メチル基、エチル基、直鎖又は分岐鎖状のプロピル基、直鎖又は分岐鎖状のブチル基、直鎖又は分岐鎖状のペンチル基、直鎖又は分岐鎖状のヘキシル基、直鎖又は分岐鎖状のヘプチル基、直鎖又は分岐鎖状のオクチル基、直鎖又は分岐鎖状のノニル基、直鎖又は分岐鎖状のデシル基、直鎖又は分岐鎖状のウンデシル基、直鎖又は分岐鎖状のドデシル基、直鎖又は分岐鎖状のテトラデシル基、直鎖又は分岐鎖状のヘキサデシル基、直鎖又は分岐鎖状のオクタデシル基、アリル基、ビニル基、フェニル基、アルキルフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、シクロヘキシル基、ピリジル基、ピリミジル基、キノリル基、イソキノリル基、イミダゾール基、インドール基及びプリン基からなる群から選択される少なくとも1種の基に、前記官能基が結合したものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の球状シリカ系メソ多孔体。   The first organic group is a methyl group, an ethyl group, a linear or branched propyl group, a linear or branched butyl group, a linear or branched pentyl group, a linear or branched chain Hexyl group, linear or branched heptyl group, linear or branched octyl group, linear or branched nonyl group, linear or branched decyl group, linear or branched chain Undecyl group, linear or branched dodecyl group, linear or branched tetradecyl group, linear or branched hexadecyl group, linear or branched octadecyl group, allyl group, vinyl group, At least one selected from the group consisting of phenyl group, alkylphenyl group, biphenyl group, naphthyl group, cyclohexyl group, pyridyl group, pyrimidyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, imidazole group, indole group and purine group Based spherical mesoporous silica material according to claim 1 or 2, wherein the functional group is obtained by coupling. 前記第二の有機基が、炭素数が18以下の直鎖又は分岐鎖状のヘテロ原子を有していてもよい脂肪族化合物系有機基、及び炭素数が18以下のヘテロ原子を有していてもよい環式化合物系有機基からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の球状シリカ系メソ多孔体。   The second organic group has an aliphatic compound-based organic group which may have a linear or branched heteroatom having 18 or less carbon atoms, and a heteroatom having 18 or less carbon atoms. The spherical silica-based mesoporous material according to any one of claims 1 to 3, which is at least one selected from the group consisting of cyclic compound-based organic groups that may be present. 前記第二の有機基が、メチル基、エチル基、直鎖又は分岐鎖状のプロピル基、直鎖又は分岐鎖状のブチル基、直鎖又は分岐鎖状のペンチル基、直鎖又は分岐鎖状のヘキシル基、直鎖又は分岐鎖状のヘプチル基、直鎖又は分岐鎖状のオクチル基、直鎖又は分岐鎖状のノニル基、直鎖又は分岐鎖状のデシル基、直鎖又は分岐鎖状のウンデシル基、直鎖又は分岐鎖状のドデシル基、直鎖又は分岐鎖状のテトラデシル基、直鎖又は分岐鎖状のヘキサデシル基、直鎖又は分岐鎖状のオクタデシル基、アリル基、ビニル基、フェニル基、アルキルフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、シクロヘキシル基、ピリジル基、ピリミジル基、キノリル基、イソキノリル基、イミダゾール基、インドール基、プリン基、並びに、
これらの基に、水酸基、カルボニル基、アルデヒド基、イミノ基、シアノ基、アゾ基、アジ基、ニトロ基、チオール基、アミド基、ウレイド基、エステル基及びエーテル基からなる群から選択される少なくとも1種のヘテロ原子を含む官能基を有する有機基が結合した基、
からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載の球状シリカ系メソ多孔体。
The second organic group is a methyl group, an ethyl group, a linear or branched propyl group, a linear or branched butyl group, a linear or branched pentyl group, a linear or branched chain Hexyl group, linear or branched heptyl group, linear or branched octyl group, linear or branched nonyl group, linear or branched decyl group, linear or branched chain Undecyl group, linear or branched dodecyl group, linear or branched tetradecyl group, linear or branched hexadecyl group, linear or branched octadecyl group, allyl group, vinyl group, Phenyl, alkylphenyl, biphenyl, naphthyl, cyclohexyl, pyridyl, pyrimidyl, quinolyl, isoquinolyl, imidazole, indole, purine, and
These groups include at least selected from the group consisting of hydroxyl group, carbonyl group, aldehyde group, imino group, cyano group, azo group, azide group, nitro group, thiol group, amide group, ureido group, ester group and ether group. A group to which an organic group having a functional group containing one kind of heteroatom is bonded;
The spherical silica-based mesoporous material according to claim 1, wherein the spherical silica-based mesoporous material is at least one selected from the group consisting of:
Friedel−Craftsアルキル化反応又はエステル加水分解反応に用いるための触媒であって、請求項1〜5のうちのいずれか一項に記載の球状シリカ系メソ多孔体からなることを特徴とする触媒。 A catalyst for use in a Friedel-Crafts alkylation reaction or an ester hydrolysis reaction, the catalyst comprising the spherical silica-based mesoporous material according to any one of claims 1 to 5. 請求項1〜5のうちのいずれか一項に記載の球状シリカ系メソ多孔体からなることを特徴とする吸着材。
An adsorbent comprising the spherical silica-based mesoporous material according to any one of claims 1 to 5.
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