JP6803176B2 - 多孔質アルミナ粒子材料の製造方法 - Google Patents
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不溶物として水酸化アルミニウムを含む第1の原料液に対して、カルボン酸を加えて、アルミニウム含有コロイドである第2の原料液を調製する原料液調製工程と、
前記第2の原料液の液滴を加熱して粒子化する粒子化工程と、
を備える、方法を提供する。
結晶性アルミナを含有し、相対密度が60%以上80%以下、比表面積が20m2/g以上90m2/g以下である多孔質アルミナ粒子を含む、材料を提供する。
γ−アルミナを含有し、相対密度が60%以上80%以下、比表面積が60m2/g以上である多孔質アルミナ粒子を含む、材料を提供する。
α−アルミナを含有し、相対密度が60%以上80%以下、比表面積が20m2/g以上である多孔質アルミナ粒子を含む、材料を提供する。
本明細書に開示される多孔質アルミナ粒子材料の製造方法は、アルミニウム含有コロイドである原料液調製工程と、この原料液の液滴を加熱して粒子化する粒子化工程と、を備えることができる。さらに、本製造方法は、粒子を加熱して結晶化を促進する結晶化工程を備えることができる。
原料液調製工程は、第1の原料液から第2の原料液を調製する工程である。第2の原料液を、噴霧熱分解法に供することができる。
第1の原料液は、不溶物として水酸化アルミニウムを含む液体とすることができる。かかる第1の原料液は、種々の方法によって準備することができる。例えば、概して、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)は、水に不溶であるが、水酸化アルミニウムを水に投入した水であってもよい。
第2の原料液は、第1の原料液に対して、カルボン酸を加えて、不溶物である水酸化アルミニウムを、コロイド粒子として分散させたコロイド溶液として調製することができる。第2の原料液では、ゲル状の沈殿として生成した水酸化アルミニウムに、カルボン酸が吸着して、その結果、粒子間に反発力を生じさせて、コロイド粒子として分散させることができるようになるほか、カルボン酸が水酸化物イオンを一部置換したアルミニウム含有化合物も含む多様な分散質(コロイド粒子)を含むことになる。
粒子化工程は、第2の原料液の液滴を、加熱して粒子化することができる。粒子化工程は、第2の原料液を適当な液滴形成手段により液滴とし、当該液滴を加熱して液体を蒸発させるとともに第2の原料中の原料を熱分解して、アルミナを含む粒子を生成することができる。粒子化工程は、いわゆる噴霧熱分解法に準じて実施することができる。
粒子化工程で得られた粒子について、アルミナの結晶性や結晶型、多孔質性や比表面積などの粒子特性をさらに確実にするには、追加の焼成工程を行うことが好ましい。焼成工程は、例えば、粒子化工程で得られた粒子を加熱してアルミナの結晶化を促進する結晶化工程として実施してもよいし、カルボン酸を完全に消失させて多孔質性を向上させる及び/又は比表面積を増大させる工程として実施してもよい。
本明細書に開示される多孔質アルミナ粒子材料は、結晶性アルミナを含有し、20m2/g以上90m2/g以下の比表面積と、60%以上80%以下の相対密度を有することができる。本製造方法によれば、水酸化アルミニウム濃度やカルボン酸濃度を制御して多孔質性や比表面積を調整できるからである。
(1)多孔質アルミナ粒子材料の製造方法であって、
不溶物として水酸化アルミニウムを含む第1の原料液に対して、カルボン酸を加えて、アルミニウム含有コロイドである第2の原料液を調製する原料液調製工程と、
前記第2の原料液の液滴を加熱して粒子化する粒子化工程と、
を備える、方法。
(2)前記水酸化アルミニウムはゲル状の水酸化アルミニウムである、(1)に記載の方法。
(3)前記カルボン酸は、酢酸、クエン酸、シュウ酸及びリンゴ酸からなる群から選択される1種又は2種以上である、(1)又は(2)に記載の方法。
(4)前記カルボン酸は、クエン酸である、(3)に記載の方法。
(5)前記第2の原料液はほぼ透明である、(1)〜(4)のいずれかに記載の方法。
(6)前記原料液調製工程は、アルミニウム塩を溶解した前記液体のpHを調整して水酸化アルミニウムを析出させて前記第1の原料液を調製することを含む、(1)〜(5)のいずれかに記載の方法。
(7)前記原料液調製工程は、前記カルボン酸を、前記第1の原料液中のアルミニウムに対してモル比で1以上2以下加えることを含む、(1)〜(6)のいずれかに記載の方法。
(8)前記粒子化工程で得られた前記粒子を加熱してアルミナの結晶化を促進する結晶化工程をさらに備える、(1)〜(7)のいずれかに記載の方法。
(9)多孔質アルミナ粒子材料であって、
結晶性アルミナを含有し、相対密度が60%以上80%以下、比表面積が20m2/g以上90m2/g以下である多孔質アルミナ粒子を含む、材料。
(10)多孔質アルミナ粒子材料であって、
γ−アルミナを含有し、相対密度が60%以上80%以下、比表面積が60m2/g以上である多孔質アルミナ粒子を含む、材料。
(11)多孔質アルミナ粒子材料であって、
α−アルミナを含有し、相対密度が60%以上80%以下、比表面積が20m2/g以上である多孔質アルミナ粒子を含む、材料。
多孔質アルミナ粒子材料を図2に示すスキームに従い合成した。
(実施例試料1)
原料として、硝酸アルミニウム9水和物(Al(NO3)3・9H2O)について以下の表に示す濃度の液を調製し、以下の濃度となるようにアンモニア水を添加して、ゲル状の水酸化アルミニウムの沈殿を生じさせた後、クエン酸水溶液をアルミニウム1モルに対して以下の表に示す濃度となるように撹拌しつつ徐々に添加して、アルミニウム含有コロイドを含有する透明な液とした。
実施例試料1と同様の原料を用いて以下の表に示す濃度の液を調製し、比較例試料1〜3については、クエン酸水溶液を以下の表に示すモル比となるように添加し、次いで、比較例1及び2については、アンモニア水を以下の表に示す濃度となるように添加して中和した(pH10)。また、比較例3については、アンモニア水を添加しなかった。さらに、比較例4については、クエン酸溶液もアンモニア水も添加しなかった。
調製した実施例試料1及び比較例試料1〜4について、超音波霧化装置を備える噴霧熱分解装置を用いて、入口から順に200℃、400℃、600℃及び800℃の熱源を備えるに全長120cmの加熱炉に、キャリアガスとして空気を5L/分で供給して、噴霧熱分解による粒子合成を行った。
(X線回折スペクトル)
実施例1で合成した実施例試料1及び比較例試料1〜4について、X線回折スペクトルを取得した。結果を図3に示す。図3に示すように、全ての材料について、γ相を確認できるとともに、他の相を確認できなかった。したがって、900℃、2時間の焼成によって、ほぼ完全にγ−アルミナを得ることができることがわかった。
SEM観察の結果を図4に示す。図4に示すように、いずれの材料も真球に近い球状粒子であることがわかった。
相対密度及び比表面積の測定結果を表2及び図5に示す。実施例試料1は、80m2/gを超える比表面積を有するとともに、その相対密度も約60%であった。すなわち、比較例1〜4に比較して高い比表面積を有する一方、低い相対密度を有していた。このことは、実施例試料1の原料液においては、沈殿させた水酸化アルミニウムにクエン酸を添加してアルミニウム含有コロイドを形成したためと考えられた。
(X線回折スペクトル)
(1)と同様に、実施例1で合成した実施例試料1及び比較例試料1〜4について、X線回折スペクトルを取得した。結果を図6に示す。図6に示すように、全ての材料について、α相を確認できたが、α相よりも少ないがγ相も確認した。したがって、1100℃、2時間の焼成によって、概ねα−アルミナ相を得ることはできることがわかった。
結果を図7に示す。図7に示すように、SEM観察により、いずれの材料も真球に近い球状粒子であることがわかった。
結果を表2及び図8に示す。実施例試料1は、20m2/gを超える比表面積を有するとともに、その相対密度も約70%であった。すなわち、(1)と同様に、比較例1〜4に比較して高い比表面積を有する一方、低い相対密度を有していた。このことは、実施例試料1の原料液においては、クエン酸が有効に不溶物の水酸化アルミニウムに対して供給された結果、多様な形態でアルミニウムを含有するコロイド粒子を含むアルミニウム含有コロイドになったためと考えられた。また、(1)との比較から、1100℃、2時間焼成により、粒子内部での焼結が進行して相対密度が増大し、比表面積が減少したものと考えられた。
Claims (6)
- 多孔質アルミナ粒子材料の製造方法であって、
アルミニウム塩を溶解した液体のpHを調整してゲル状の水酸化アルミニウムを析出させて第1の原料液を調製する工程と、
前記第1の原料液に対して、α−ヒドロキシトリカルボン酸を前記第1の原料液中のアルミニウムに対してモル比で1以上2以下加えて、アルミニウム含有コロイドである第2の原料液を調製する工程と、
前記第2の原料液の液滴を噴霧熱分解法により加熱して多孔質又は中空状の粒子を製造する粒子化工程と、
前記粒子化工程で得られた前記粒子を、γ−アルミナ又はα−アルミナを含有する多孔質アルミナ粒子を得るように焼成する結晶化工程と、
を備える、製造方法。 - 前記α−ヒドロキシトリカルボン酸は、クエン酸である、請求項1に記載の方法。
- 前記結晶化工程は、γ−アルミナを含有し、相対密度が60%以上80%以下、比表面積が60m2/g以上である多孔質アルミナ粒子を得るように前記粒子を焼成する工程である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記結晶化工程は、α−アルミナを含有し、相対密度が60%以上80%以下、比表面積が20m2/g以上である多孔質アルミナ粒子を得るように前記粒子を焼成する工程である、請求項1又は2に記載の方法。
- 多孔質アルミナ粒子材料であって、
γ−アルミナを含有し、相対密度が60%以上80%以下、比表面積が60m2/g以上である多孔質アルミナ粒子を含む、材料。 - 多孔質アルミナ粒子材料であって、
α−アルミナを含有し、相対密度が60%以上80%以下、比表面積が20m2/g以上である多孔質アルミナ粒子を含む、材料。
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