JP7141980B2 - Connected mesoporous silica particles and method for producing the same - Google Patents

Connected mesoporous silica particles and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、連結メソポーラスシリカ粒子及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、平均一次粒子径、細孔径、細孔容量、及びタップ密度が特定の範囲にある新規な連結メソポーラスシリカ粒子及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to connected mesoporous silica particles and a method for producing the same, and more particularly to novel connected mesoporous silica particles having an average primary particle size, pore size, pore volume, and tap density within specific ranges and a method for producing the same. .

メソポーラスシリカは、ナノサイズの細孔を有し、比表面積の高い材料である。メソポーラスシリカは、このような特性を利用して、
(a)触媒担体、
(b)吸着材、
(c)断熱材、
(d)メソポーラス材料を製造するための鋳型、
などへの利用が検討されている。
メソポーラスシリカを実用化する場合、その形態制御が重要であり、従来から種々の検討がなされている。これまでに、フィルム状、球状(特許文献1、非特許文献1参照)、多角形状(非特許文献2参照)等、種々のメソポーラスシリカが合成されている。また、それらが連結した構造体の合成も多く報告されている。
Mesoporous silica is a material with nano-sized pores and a high specific surface area. Mesoporous silica utilizes these characteristics to
(a) a catalyst carrier;
(b) an adsorbent;
(c) thermal insulation;
(d) molds for producing mesoporous materials;
etc. is being considered.
When mesoporous silica is put to practical use, it is important to control its morphology, and various studies have been made heretofore. So far, various types of mesoporous silica have been synthesized, such as film-like, spherical (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1), and polygonal (see Non-Patent Document 2). In addition, many reports have been made on the synthesis of structures in which they are linked.

メソポーラスシリカをある種の用途に用いる場合、メソポーラスシリカの形態だけでなく、その平均一次粒子径、細孔径、細孔容量、タップ密度などが重要な要素となる場合がある。しかし、ある特定の平均一次粒子径、細孔径、細孔容量、及びタップ密度を兼ね備えたメソポーラスシリカが合成された例は、従来にはない。 When mesoporous silica is used for certain applications, not only the morphology of mesoporous silica but also its average primary particle size, pore size, pore volume, tap density, etc. may be important factors. However, there have been no examples of the synthesis of mesoporous silica having a specific average primary particle size, pore size, pore volume, and tap density.

特開2004-002161号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-002161

Chemistry of Materials, 2003, 15, 4247-4256Chemistry of Materials, 2003, 15, 4247-4256 Journal of the American Chemical Society, 1992, 114, 10834-10843Journal of the American Chemical Society, 1992, 114, 10834-10843

本発明が解決しようとする課題は、ある特定の平均一次粒子径、細孔径、細孔容量、及びタップ密度を兼ね備えた連結メソポーラスシリカ粒子、及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、低密度が要求される各種の用途に用いることができ、あるいは、低密度が要求される各種メソポーラス材料を合成するための鋳型として用いることが可能な連結メソポーラスシリカ粒子、及びその製造方法を提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is to provide connected mesoporous silica particles having a specific average primary particle size, pore size, pore volume, and tap density, and a method for producing the same.
Another problem to be solved by the present invention is that it can be used for various applications requiring low density, or can be used as a template for synthesizing various mesoporous materials requiring low density. It is an object of the present invention to provide possible linked mesoporous silica particles and a method for producing the same.

上記課題を解決するために本発明に係る連結メソポーラスシリカ粒子は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
(1)前記連結メソポーラスシリカ粒子は、メソポーラスシリカからなる1次粒子が連結した構造を備えている。
(2)前記連結メソポーラスシリカ粒子は、
平均1次粒子径が7nm以上300nm以下であり、
細孔径が2nm以上50nm以下であり、
細孔容量が0.2mL/g以上3.0mL/g以下であり、
タップ密度が0.05g/cm3以上0.2g/cm3以下である。
In order to solve the above problems, the gist of the connected mesoporous silica particles according to the present invention is to have the following configuration.
(1) The linked mesoporous silica particles have a structure in which primary particles made of mesoporous silica are linked.
(2) the linked mesoporous silica particles,
The average primary particle size is 7 nm or more and 300 nm or less,
Pore diameter is 2 nm or more and 50 nm or less,
Pore volume is 0.2 mL / g or more and 3.0 mL / g or less,
The tap density is 0.05 g/cm 3 or more and 0.2 g/cm 3 or less.

本発明に係る連結メソポーラスシリカ粒子の製造方法は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
(1)前記連結メソポーラスシリカ粒子の製造方法は、
シリカ源、界面活性剤及びアルカリ触媒を含む反応溶液中において、前記シリカ源を縮重合させ、前駆体粒子を得る重合工程と、
前記反応溶液から前記前駆体粒子を分離し、乾燥させる乾燥工程と、
前記前駆体粒子を焼成し、本発明に係る連結メソポーラスシリカ粒子を得る焼成工程と
を備えている。
(2)前記反応溶液は、
前記界面活性剤の濃度が0.03mol/L以上0.3mol/L以下であり、
前記シリカ源の濃度が0.05mol/L以上0.45mol/L以下である。
The gist of the method for producing linked mesoporous silica particles according to the present invention is to have the following configuration.
(1) The method for producing the linked mesoporous silica particles includes
a polymerization step of condensation polymerization of the silica source in a reaction solution containing a silica source, a surfactant and an alkali catalyst to obtain precursor particles;
a drying step of separating and drying the precursor particles from the reaction solution;
and a calcining step of calcining the precursor particles to obtain the connected mesoporous silica particles according to the present invention.
(2) the reaction solution is
the concentration of the surfactant is 0.03 mol/L or more and 0.3 mol/L or less;
The concentration of the silica source is 0.05 mol/L or more and 0.45 mol/L or less.

メソポーラスシリカは、通常、シリカ源、界面活性剤及び触媒を含む反応溶液中において、シリカ源を縮重合させることにより合成されている。この時、反応溶液中の界面活性剤の濃度及びシリカ源の濃度をそれぞれある特定の範囲に限定すると、メソポーラスシリカからなる1次粒子が連結した構造を備えており、かつ、平均一次粒子径、細孔径、細孔密度、及びタップ密度がそれぞれ特定の範囲内にある連結メソポーラスシリカ粒子を合成することができる。 Mesoporous silica is usually synthesized by polycondensing a silica source in a reaction solution containing a silica source, a surfactant and a catalyst. At this time, if the concentration of the surfactant and the concentration of the silica source in the reaction solution are each limited to a specific range, a structure in which primary particles made of mesoporous silica are connected, and an average primary particle diameter, Connected mesoporous silica particles can be synthesized that have pore sizes, pore densities, and tap densities within specific ranges.

本発明に係る連結メソポーラスシリカ粒子は、タップ密度が低いので、低密度が要求される各種の用途に用いることができる。あるいは、低密度が要求される各種メソポーラス材料を合成するための鋳型として用いることもできる。 Since the connected mesoporous silica particles according to the present invention have a low tap density, they can be used in various applications requiring low density. Alternatively, it can be used as a template for synthesizing various mesoporous materials that require low density.

実施例1で合成した試料のSEM写真である。1 is an SEM photograph of a sample synthesized in Example 1. FIG. 実施例2で合成した試料のSEM写真である。4 is an SEM photograph of a sample synthesized in Example 2. FIG. 実施例3で合成した試料のSEM写真である。4 is a SEM photograph of a sample synthesized in Example 3. FIG. 実施例4で合成した試料のSEM写真である。4 is an SEM photograph of a sample synthesized in Example 4. FIG. 実施例5で合成した試料のSEM写真である。4 is a SEM photograph of a sample synthesized in Example 5. FIG.

比較例1で合成した試料のSEM写真である。4 is an SEM photograph of a sample synthesized in Comparative Example 1. FIG. 比較例2で合成した試料のSEM写真である。4 is a SEM photograph of a sample synthesized in Comparative Example 2. FIG. 比較例3で合成した試料のSEM写真である。4 is an SEM photograph of a sample synthesized in Comparative Example 3. FIG. 比較例4で合成した試料のSEM写真である。4 is an SEM photograph of a sample synthesized in Comparative Example 4; 実施例6で合成した試料のSEM写真である。4 is a SEM photograph of a sample synthesized in Example 6. FIG. 実施例7で合成した試料のSEM写真である。4 is an SEM photograph of a sample synthesized in Example 7. FIG. 実施例8で合成した試料のSEM写真である。10 is a SEM photograph of a sample synthesized in Example 8. FIG.

以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. 連結メソポーラスシリカ粒子]
本発明に係る連結メソポーラスシリカ粒子は、以下の構成を備えている。
(1)前記連結メソポーラスシリカ粒子は、メソポーラスシリカからなる1次粒子が連結した構造を備えている。
(2)前記連結メソポーラスシリカ粒子は、
平均1次粒子径が7nm以上300nm以下であり、
細孔径が2nm以上50nm以下であり、
細孔容量が0.2mL/g以上3.0mL/g以下であり、
タップ密度が0.05g/cm3以上0.2g/cm3以下である。
An embodiment of the present invention will be described in detail below.
[1. Linked Mesoporous Silica Particles]
The connected mesoporous silica particles according to the present invention have the following configuration.
(1) The linked mesoporous silica particles have a structure in which primary particles made of mesoporous silica are linked.
(2) the linked mesoporous silica particles,
The average primary particle size is 7 nm or more and 300 nm or less,
Pore diameter is 2 nm or more and 50 nm or less,
Pore volume is 0.2 mL / g or more and 3.0 mL / g or less,
The tap density is 0.05 g/cm 3 or more and 0.2 g/cm 3 or less.

[1.1. 構造]
本発明において、「連結メソポーラスシリカ粒子」とは、メソポーラスシリカからなる1次粒子が連結した構造を備えている粒子(2次粒子)をいう。
「メソポーラスシリカ」とは、メソ細孔を有するシリカであって、アスペクト比が3以下である粒子をいう。
[1.1. structure]
In the present invention, "connected mesoporous silica particles" refer to particles (secondary particles) having a structure in which primary particles of mesoporous silica are connected.
"Mesoporous silica" refers to particles of silica having mesopores and having an aspect ratio of 3 or less.

[1.2. 平均1次粒子径]
「平均1次粒子径」とは、1次粒子の短軸方向の長さの平均値をいう。「短軸方向の長さ」とは、1次粒子の長さが最も長い方向(長軸方向)に対して垂直方向の長さをいう。
一般に、平均1次粒子径が小さくなりすぎると、粒子間の凝集力が強くなりすぎ、タップ密度が過度に大きくなる。従って、平均1次粒子径は、7nm以上である必要がある。平均1次粒子径は、好ましくは、9nm以上、さらに好ましくは、12nm以上、さらに好ましくは、20nm以上、さらに好ましくは、50nm以上、さらに好ましくは、80nm以上である。
一方、平均1次粒子径が大きくなりすぎると、粒子間の隙間部分が減少するために、タップ密度が過度に大きくなる。従って、平均1次粒子径は、300nm以下である必要がある。平均1次粒子径は、好ましくは、280nm以下、さらに好ましくは、250nm以下である。
[1.2. Average primary particle size]
The term "average primary particle size" refers to the average length of primary particles in the minor axis direction. The term "short axis direction length" refers to the length in the direction perpendicular to the longest direction (major axis direction) of the primary particles.
In general, if the average primary particle size is too small, the cohesive force between particles will be too strong and the tap density will be too high. Therefore, the average primary particle size should be 7 nm or more. The average primary particle size is preferably 9 nm or more, more preferably 12 nm or more, still more preferably 20 nm or more, still more preferably 50 nm or more, still more preferably 80 nm or more.
On the other hand, if the average primary particle size is too large, the tap density becomes excessively high because the gaps between the particles are reduced. Therefore, the average primary particle size should be 300 nm or less. The average primary particle size is preferably 280 nm or less, more preferably 250 nm or less.

[1.3. 細孔径]
「細孔径」とは、1次粒子に含まれるメソ細孔の平均値をいい、1次粒子間にある空隙の大きさは含まれない。
一般に、細孔径が小さくなりすぎると、吸着可能な分子が大幅に制限される。従って、細孔径は、2nm以上である必要がある。細孔径は、好ましくは、2.5nm以上、さらに好ましくは、3nm以上である。
一方、細孔径が大きくなりすぎると、吸着した物質を保持する能力に欠ける。従って、細孔径は、50nm以下である必要がある。細孔径は、好ましくは、40nm以下、さらに好ましくは、30nm以下である。
[1.3. Pore diameter]
"Pore size" refers to the average value of mesopores contained in primary particles, and does not include the size of voids between primary particles.
Generally, when the pore size becomes too small, the molecules that can be adsorbed are severely limited. Therefore, the pore size should be 2 nm or more. The pore diameter is preferably 2.5 nm or more, more preferably 3 nm or more.
On the other hand, if the pore size is too large, the ability to retain adsorbed substances will be lacking. Therefore, the pore size should be 50 nm or less. The pore diameter is preferably 40 nm or less, more preferably 30 nm or less.

[1.4. 細孔容量]
「細孔容量」とは、1次粒子に含まれるメソ細孔の容積をいい、1次粒子間にある空隙の容積は含まれない。
一般に、細孔容量が小さくなりすぎると、吸着可能な分子数が制限される。従って、細孔容量は、0.2mL/g以上である必要がある。細孔容量は、好ましくは、0.25mL/g以上、さらに好ましくは、0.3mL/g以上である。
一方、細孔容量が大きくなりすぎると、機械的強度に劣る。従って、細孔容量は、3.0mL/g以下である必要がある。細孔容量は、好ましくは、2.8mL/g以下、さらに好ましくは、2.5mL/g以下である。
[1.4. Pore capacity]
"Pore volume" refers to the volume of mesopores contained in primary particles, and does not include the volume of voids between primary particles.
Generally, when the pore volume becomes too small, the number of molecules that can be adsorbed is limited. Therefore, the pore volume should be 0.2 mL/g or more. The pore volume is preferably 0.25 mL/g or more, more preferably 0.3 mL/g or more.
On the other hand, if the pore volume is too large, the mechanical strength is poor. Therefore, the pore volume should be 3.0 mL/g or less. The pore volume is preferably 2.8 mL/g or less, more preferably 2.5 mL/g or less.

[1.5. タップ密度]
「タップ密度」とは、JIS Z 2512に準拠して測定される値をいう。
一般に、タップ密度が小さくなりすぎると、機械的強度に劣る。従って、タップ密度は、0.05g/cm3以上である必要がある。タップ密度は、好ましくは、0.06g/cm3以上、さらに好ましくは、0.07g/cm3以上である。
一方、タップ密度が大きくなりすぎると、粒子間の隙間部分が減少し、吸着物質の移動が制限される。従って、タップ密度は、0.2g/cm3以下である必要がある。タップ密度は、好ましくは、0.19g/cm3以下、さらに好ましくは、0.18g/cm3以下である。
[1.5. tap density]
"Tap density" refers to a value measured according to JIS Z 2512.
In general, if the tap density is too low, the mechanical strength will be poor. Therefore, the tap density should be 0.05 g/cm 3 or more. The tap density is preferably 0.06 g/cm 3 or more, more preferably 0.07 g/cm 3 or more.
On the other hand, if the tap density is too high, the space between particles will decrease, restricting the movement of adsorbed substances. Therefore, the tap density should be 0.2 g/cm 3 or less. The tap density is preferably 0.19 g/cm 3 or less, more preferably 0.18 g/cm 3 or less.

[2. 連結メソポーラスシリカ粒子の製造方法]
本発明に係る連結メソポーラスシリカ粒子の製造方法は、
シリカ源、界面活性剤及び触媒を含む反応溶液中において、前記シリカ源を縮重合させ、前駆体粒子を得る重合工程と、
前記反応溶液から前記前駆体粒子を分離し、乾燥させる乾燥工程と、
前記前駆体粒子を焼成し、本発明に係る連結メソポーラスシリカ粒子を得る焼成工程と
を備えている。
本発明に係る連結メソポーラスシリカ粒子の製造方法は、乾燥させた前駆体粒子に対して拡径処理を行う拡径工程をさらに備えていても良い。
[2. Method for producing linked mesoporous silica particles]
The method for producing linked mesoporous silica particles according to the present invention comprises:
a polymerization step of condensation polymerization of the silica source in a reaction solution containing a silica source, a surfactant and a catalyst to obtain precursor particles;
a drying step of separating and drying the precursor particles from the reaction solution;
and a calcining step of calcining the precursor particles to obtain the connected mesoporous silica particles according to the present invention.
The method for producing linked mesoporous silica particles according to the present invention may further comprise a diameter-expanding step of subjecting the dried precursor particles to a diameter-expanding treatment.

[2.1. 重合工程]
まず、シリカ源、界面活性剤及び触媒を含む反応溶液中において、前記シリカ源を縮重合させ、前駆体粒子を得る(重合工程)。
[2.1. Polymerization process]
First, the silica source is polycondensed in a reaction solution containing a silica source, a surfactant and a catalyst to obtain precursor particles (polymerization step).

[2.1.1. シリカ源]
本発明において、シリカ源の種類は、特に限定されない。シリカ源としては、例えば、
(a)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、テトラエチレングリコキシシラン等のテトラアルコキシシラン類、
(b)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、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン等のトリアルコキシシラン類、
などがある。シリカ源には、これらのいずれか1種を用いても良く、あるいは、2種以上を組み合わせて用いても良い。
[2.1.1. silica source]
In the present invention, the type of silica source is not particularly limited. Examples of silica sources include
(a) tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetrabutoxysilane, dimethoxydiethoxysilane, tetraethyleneglycooxysilane;
(b) trialkoxysilanes such as 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-(2-aminoethyl)aminopropyltrimethoxysilane;
and so on. Any one of these may be used as the silica source, or two or more may be used in combination.

[2.1.2. 界面活性剤]
シリカ源を反応溶液中で縮重合させる場合において、反応溶液に界面活性剤を添加すると、反応溶液中において界面活性剤がミセルを形成する。ミセルの周囲には親水基が集合しているため、ミセルの表面にはシリカ源が吸着する。さらに、シリカ源が吸着しているミセルが反応溶液中において自己組織化し、シリカ源が縮重合する。その結果、1次粒子内部には、ミセルに起因する細孔が形成される。細孔の大きさは、主として、界面活性剤の分子長により制御(1~50nmまで)することができる。
[2.1.2. Surfactant]
When the silica source is polycondensed in the reaction solution, if a surfactant is added to the reaction solution, the surfactant forms micelles in the reaction solution. Since hydrophilic groups are gathered around the micelles, the silica source is adsorbed on the surfaces of the micelles. Further, the micelles to which the silica source is adsorbed self-organize in the reaction solution, and the silica source undergoes polycondensation. As a result, pores caused by micelles are formed inside the primary particles. The pore size can be controlled (from 1 to 50 nm) primarily by the molecular length of the surfactant.

本発明において、界面活性剤には、アルキル4級アンモニウム塩を用いる。アルキル4級アンモニウム塩とは、次の(a)式で表される化合物をいう。
CH3-(CH2)n-N+(R1)(R2)(R3)X- ・・・(a)
In the present invention, an alkyl quaternary ammonium salt is used as the surfactant. An alkyl quaternary ammonium salt refers to a compound represented by the following formula (a).
CH 3 —(CH 2 ) n —N + (R 1 )(R 2 )(R 3 )X (a)

(a)式中、R1、R2、R3は、それぞれ、炭素数が1~3のアルキル基を表す。R1、R2、及び、R3は、互いに同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。アルキル4級アンモニウム塩同士の凝集(ミセルの形成)を容易化するためには、R1、R2、及び、R3は、すべて同一であることが好ましい。さらに、R1、R2、及び、R3の少なくとも1つは、メチル基が好ましく、すべてがメチル基であることが好ましい。
(a)式中、Xはハロゲン原子を表す。ハロゲン原子の種類は特に限定されないが、入手の容易さからXは、Cl又はBrが好ましい。
(a) In the formula, R 1 , R 2 and R 3 each represent an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. R 1 , R 2 and R 3 may be the same or different. R 1 , R 2 and R 3 are all preferably the same in order to facilitate aggregation (micelle formation) between alkyl quaternary ammonium salts. Furthermore, at least one of R 1 , R 2 and R 3 is preferably a methyl group, and all are preferably methyl groups.
(a) In formula, X represents a halogen atom. Although the type of halogen atom is not particularly limited, X is preferably Cl or Br in terms of availability.

(a)式中、nは7~21の整数を表す。一般に、nが小さくなるほど、メソ孔の中心細孔径が小さい球状のメソ多孔体が得られる。一方、nが大きくなるほど、中心細孔径は大きくなるが、nが大きくなりすぎると、アルキル4級アンモニウム塩の疎水性相互作用が過剰となる。その結果、層状の化合物が生成し、メソ多孔体が得られない。nは、好ましくは、9~17、さらに好ましくは、13~17である。 (a) In the formula, n represents an integer of 7-21. In general, the smaller the value of n, the smaller the diameter of the mesopores at the center of the spherical mesoporous body. On the other hand, the larger the value of n, the larger the central pore size. As a result, a layered compound is produced and a mesoporous body cannot be obtained. n is preferably 9-17, more preferably 13-17.

(a)式で表されるものの中でも、アルキルトリメチルアンモニウムハライドが好ましい。アルキルトリメチルアンモニウムハライドとしては、例えば、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、ノニルトリメチルアンモニウムハライド、デシルトリメチルアンモニウムハライド、ウン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等がある。
これらの中でも、特に、アルキルトリメチルアンモニウムブロミド又はアルキルトリメチルアンモニウムクロリドが好ましい。
Among those represented by formula (a), alkyltrimethylammonium halide is preferred. Examples of alkyltrimethylammonium halides include hexadecyltrimethylammonium halide, octadecyltrimethylammonium halide, nonyltrimethylammonium halide, decyltrimethylammonium halide, undecyltrimethylammonium halide and dodecyltrimethylammonium halide.
Among these, alkyltrimethylammonium bromide and alkyltrimethylammonium chloride are particularly preferred.

連結メソポーラスシリカ粒子を合成する場合において、1種類のアルキル4級アンモニウム塩を用いても良く、あるいは、2種以上を用いても良い。しかしながら、アルキル4級アンモニウム塩は、1次粒子内にメソ孔を形成するためのテンプレートとなるので、その種類は、メソ孔の形状に大きな影響を与える。より均一なメソ孔を有するシリカ粒子を合成するためには、1種類のアルキル4級アンモニウム塩を用いるのが好ましい。 When synthesizing linked mesoporous silica particles, one type of alkyl quaternary ammonium salt may be used, or two or more types may be used. However, since the alkyl quaternary ammonium salt serves as a template for forming mesopores in the primary particles, its type has a great influence on the shape of the mesopores. In order to synthesize silica particles having more uniform mesopores, it is preferable to use one type of alkyl quaternary ammonium salt.

[2.1.3. 触媒]
シリカ源を縮重合させる場合、通常、反応溶液中に触媒を加える。粒子状のメソポーラスシリカを合成する場合、触媒には、水酸化ナトリウム、アンモニア水等のアルカリを用いるのが好ましい。
[2.1.3. catalyst]
When polycondensing a silica source, a catalyst is usually added to the reaction solution. When synthesizing particulate mesoporous silica, it is preferable to use an alkali such as sodium hydroxide or aqueous ammonia as the catalyst.

[2.1.4. 溶媒]
溶媒には、水、アルコールなどの有機溶媒、水と有機溶媒の混合溶媒などを用いる。
アルコールは、
(1)メタノール、エタノール、プロパノール等の1価のアルコール、
(2)エチレングリコール等の2価のアルコール、
(3)グリセリン等の3価のアルコール、
のいずれでも良い。
水と有機溶媒の混合溶媒を用いる場合、混合溶媒中の有機溶媒の含有量は、目的に応じて任意に選択することができる。一般に、溶媒中に適量の有機溶媒を添加すると、粒径や粒度分布の制御が容易化する。
[2.1.4. solvent]
As the solvent, water, an organic solvent such as alcohol, a mixed solvent of water and an organic solvent, or the like is used.
alcohol is
(1) monohydric alcohols such as methanol, ethanol and propanol;
(2) dihydric alcohols such as ethylene glycol;
(3) trihydric alcohols such as glycerin;
Either one is fine.
When a mixed solvent of water and an organic solvent is used, the content of the organic solvent in the mixed solvent can be arbitrarily selected depending on the purpose. In general, adding an appropriate amount of organic solvent to the solvent facilitates control of particle size and particle size distribution.

[2.1.5. 反応溶液の組成]
反応溶液中の組成は、合成されるメソポーラスシリカの外形や細孔構造に影響を与える。特に、反応溶液中の界面活性剤の濃度、及びシリカ源の濃度は、連結メソポーラスシリカ粒子の平均1次粒子径、細孔径、細孔容量、及びタップ密度に与える影響が大きい。
[2.1.5. Composition of Reaction Solution]
The composition of the reaction solution affects the external shape and pore structure of mesoporous silica to be synthesized. In particular, the concentration of the surfactant and the concentration of the silica source in the reaction solution have a great effect on the average primary particle size, pore size, pore volume and tap density of the connected mesoporous silica particles.

[A. 界面活性剤の濃度]
界面活性剤の濃度が低すぎると、粒子の析出速度が遅くなり、1次粒子が連結している構造体は得られない。従って、界面活性剤の濃度は、0.03mol/L以上である必要がある。界面活性剤の濃度は、好ましくは、0.035mol/L以上、さらに好ましくは、0.04mol/L以上である。
[A. Surfactant concentration]
If the concentration of the surfactant is too low, the deposition rate of the particles becomes slow, and a structure in which the primary particles are connected cannot be obtained. Therefore, the surfactant concentration should be 0.03 mol/L or more. The surfactant concentration is preferably 0.035 mol/L or more, more preferably 0.04 mol/L or more.

一方、界面活性剤の濃度が高すぎると、粒子の析出速度が速くなりすぎ、1次粒子径が容易に300nmを超える。従って、界面活性剤の濃度は、0.3mol/L以下である必要がある。界面活性剤の濃度は、好ましくは、0.28mol/L以下、さらに好ましくは、0.26mol/L以下、さらに好ましくは、0.20mol/L以下、さらに好ましくは、0.18mol/L以下、さらに好ましくは、0.16mol/L以下である。 On the other hand, if the concentration of the surfactant is too high, the precipitation rate of the particles becomes too fast, and the primary particle diameter easily exceeds 300 nm. Therefore, the surfactant concentration should be 0.3 mol/L or less. The surfactant concentration is preferably 0.28 mol/L or less, more preferably 0.26 mol/L or less, still more preferably 0.20 mol/L or less, still more preferably 0.18 mol/L or less, More preferably, it is 0.16 mol/L or less.

[B. シリカ源の濃度]
シリカ源の濃度が低すぎると、粒子の析出速度が遅くなり、1次粒子が連結している構造体は得られない。あるいは、界面活性剤が過剰となり、均一なメソ細孔が得られない場合がある。従って、シリカ源の濃度は、0.05mol/L以上である必要がある。シリカ源の濃度は、好ましくは、0.06mol/L以上、さらに好ましくは、0.07mol/L以上である。
[B. Concentration of silica source]
If the concentration of the silica source is too low, the deposition rate of particles will be slow, and a structure in which the primary particles are connected cannot be obtained. Alternatively, the surfactant may be excessive and uniform mesopores may not be obtained. Therefore, the silica source concentration should be 0.05 mol/L or more. The silica source concentration is preferably 0.06 mol/L or more, more preferably 0.07 mol/L or more.

一方、シリカ源の濃度が高すぎると、粒子の析出速度が速くなりすぎ、1次粒子径が容易に300nmを超える。あるいは、球状粒子ではなく、シート状の粒子が得られる場合がある。従って、シリカ源の濃度は、0.45mol/L以下である必要がある。シリカ源の濃度は、好ましくは、0.44mol/L以下、さらに好ましくは、0.43mol/L以下である。 On the other hand, if the concentration of the silica source is too high, the precipitation rate of particles becomes too fast, and the primary particle diameter easily exceeds 300 nm. Alternatively, sheet-like particles may be obtained instead of spherical particles. Therefore, the silica source concentration should be 0.45 mol/L or less. The silica source concentration is preferably 0.44 mol/L or less, more preferably 0.43 mol/L or less.

[C. 触媒の濃度]
本発明において、触媒の濃度は、特に限定されない。一般に、触媒の濃度が低すぎると、粒子の析出速度が遅くなる。一方、触媒の濃度が高すぎると、粒子の析出速度が速くなる。最適な触媒の濃度は、シリカ源の種類、界面活性剤の種類、目標とする物性値などに応じて最適な濃度を選択するのが好ましい。
[C. Concentration of catalyst]
In the present invention, the catalyst concentration is not particularly limited. In general, too low a concentration of catalyst slows down the deposition rate of the particles. On the other hand, if the catalyst concentration is too high, the particle precipitation rate will increase. The optimum concentration of the catalyst is preferably selected according to the type of silica source, the type of surfactant, target physical properties, and the like.

[2.1.6 反応条件]
所定量の界面活性剤を含む溶媒中に、シリカ源を加え、加水分解及び重縮合を行う。これにより、界面活性剤がテンプレートとして機能し、シリカ及び界面活性剤を含む前駆体粒子が得られる。
反応条件は、シリカ源の種類、前駆体粒子の粒径等に応じて、最適な条件を選択する。一般に、反応温度は、-20~100℃が好ましい。反応温度は、さらに好ましくは、0~80℃、さらに好ましくは、10~40℃である。
[2.1.6 Reaction conditions]
A silica source is added in a solvent containing a predetermined amount of surfactant for hydrolysis and polycondensation. Thereby, the surfactant functions as a template, and precursor particles containing silica and surfactant are obtained.
As for the reaction conditions, optimum conditions are selected according to the type of silica source, the particle size of the precursor particles, and the like. In general, the preferred reaction temperature is -20 to 100°C. The reaction temperature is more preferably 0 to 80°C, more preferably 10 to 40°C.

[2.2. 乾燥工程]
次に、前記反応溶液から前記前駆体粒子を分離し、乾燥させる(乾燥工程)。
乾燥は、前駆体粒子内に残存している溶媒を除去するために行う。乾燥条件は、溶媒の除去が可能な限りにおいて、特に限定されるものではない。
[2.2. Drying process]
Next, the precursor particles are separated from the reaction solution and dried (drying step).
Drying is performed to remove the solvent remaining in the precursor particles. Drying conditions are not particularly limited as long as the solvent can be removed.

[2.3. 拡径処理]
次に、必要に応じて、乾燥させた前駆体粒子に対して拡径処理を行っても良い(拡径工程)。「拡径処理」とは、1次粒子内のメソ細孔の直径を拡大させる処理をいう。
拡径処理は、具体的には、合成された前駆体粒子(界面活性剤の未除去のもの)を、拡径剤を含む溶液中で水熱処理することにより行う。この処理によって前駆体粒子の細孔径を拡大させることができる。
[2.3. diameter expansion]
Next, if necessary, the dried precursor particles may be subjected to diameter-expanding treatment (diameter-expanding step). "Diameter-enlarging treatment" refers to treatment for enlarging the diameter of mesopores in primary particles.
Specifically, the diameter-expanding treatment is performed by subjecting the synthesized precursor particles (from which the surfactant has not been removed) to a hydrothermal treatment in a solution containing a diameter-expanding agent. This treatment can enlarge the pore size of the precursor particles.

拡径剤としては、例えば、
(a)トリメチルベンゼン、トリエチルベンゼン、ベンゼン、シクロヘキサン、トリイソプロピルベンゼン、ナフタレン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンなどの炭化水素、
(b)塩酸、硫酸、硝酸などの酸、
などがある。
炭化水素共存下で水熱処理することにより細孔径が拡大するのは、拡径剤が溶媒から、より疎水性の高い前駆体粒子の細孔内に導入される際に、シリカの再配列が起こるためと考えられる。
また、塩酸などの酸共存下で水熱処理することにより細孔径が拡大するのは、1次粒子内部においてシリカの溶解・再析出が進行するためと考えられる。製造条件を最適化すると、シリカ内部に放射状細孔が形成される。これを酸共存下で水熱処理すると、シリカの溶解・再析出が起こり、放射状細孔が連通細孔に変換される。
Examples of diameter-enlarging agents include
(a) hydrocarbons such as trimethylbenzene, triethylbenzene, benzene, cyclohexane, triisopropylbenzene, naphthalene, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane;
(b) acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid;
and so on.
The reason why the pore diameter is enlarged by hydrothermal treatment in the presence of hydrocarbons is that silica rearrangement occurs when the pore-enlarging agent is introduced from the solvent into the pores of the more hydrophobic precursor particles. It is considered to be for
Further, the reason why the pore size is enlarged by the hydrothermal treatment in the coexistence of an acid such as hydrochloric acid is considered to be the progress of dissolution and reprecipitation of silica in the interior of the primary particles. Optimizing the manufacturing conditions results in the formation of radial pores inside the silica. When this is hydrothermally treated in the presence of an acid, dissolution and reprecipitation of silica occur, and radial pores are converted into continuous pores.

拡径処理の条件は、目的とする細孔径が得られる限りにおいて、特に限定されない。通常、反応溶液に対して、0.05mol/L~10mol/L程度の拡径剤を添加し、60~150℃で水熱処理するのが好ましい。 Conditions for the diameter-expanding treatment are not particularly limited as long as the desired pore diameter can be obtained. Generally, it is preferable to add a diameter-enlarging agent to the reaction solution in an amount of about 0.05 mol/L to 10 mol/L, and to perform hydrothermal treatment at 60 to 150°C.

[2.4. 焼成工程]
次に、必要に応じて拡径処理を行った後、前記前駆体粒子を焼成する(焼成工程)。これにより、本発明に係る連結メソポーラスシリカ粒子が得られる。
焼成は、OH基が残留している前駆体粒子を脱水・結晶化させるため、及び、メソ細孔内に残存している界面活性剤を熱分解させるために行われる。焼成条件は、脱水・結晶化、及び界面活性剤の熱分解が可能な限りにおいて、特に限定されない。焼成は、通常、大気中において、400℃~700℃で1時間~10時間加熱することにより行われる。
[2.4. Firing process]
Next, after performing a diameter-expanding treatment as necessary, the precursor particles are sintered (sintering step). Thereby, the connected mesoporous silica particles according to the present invention are obtained.
Firing is performed to dehydrate and crystallize the precursor particles in which OH groups remain, and to thermally decompose the surfactant remaining in the mesopores. The baking conditions are not particularly limited as long as dehydration/crystallization and thermal decomposition of the surfactant are possible. Firing is usually carried out by heating at 400° C. to 700° C. for 1 hour to 10 hours in the atmosphere.

[3. 作用]
メソポーラスシリカは、通常、シリカ源、界面活性剤及び触媒を含む反応溶液中において、シリカ源を縮重合させることにより合成されている。この時、反応溶液中の界面活性剤の濃度及びシリカ源の濃度をそれぞれある特定の範囲に限定すると、メソポーラスシリカからなる1次粒子が連結した構造を備えており、かつ、平均一次粒子径、細孔径、細孔密度、及びタップ密度がそれぞれ特定の範囲内にある連結メソポーラスシリカ粒子を合成することができる。
[3. action]
Mesoporous silica is usually synthesized by polycondensing a silica source in a reaction solution containing a silica source, a surfactant and a catalyst. At this time, if the concentration of the surfactant and the concentration of the silica source in the reaction solution are each limited to a specific range, a structure in which primary particles made of mesoporous silica are connected, and an average primary particle diameter, Connected mesoporous silica particles can be synthesized that have pore sizes, pore densities, and tap densities within specific ranges.

本発明に係る連結メソポーラスシリカ粒子は、タップ密度が低いので、低密度が要求される各種の用途に用いることができる。あるいは、低密度が要求される各種メソポーラス材料を合成するための鋳型として用いることもできる。 Since the connected mesoporous silica particles according to the present invention have a low tap density, they can be used in various applications requiring low density. Alternatively, it can be used as a template for synthesizing various mesoporous materials that require low density.

(実施例1)
[1. 試料の作製]
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド:28g、及び1規定水酸化ナトリウム溶液:68.6mLを、水:388g、メタノール:172g、及びエチレングリコール:172gからなる混合溶液に添加した。この混合溶液にテトラメトキシシラン:53.6gを添加したところ、しばらくしてから溶液が白濁し、粒子が合成できたことが確認できた。界面活性剤として使用したヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリドのモル濃度は0.106mol/L、シリカ源として使用したテトラメトキシシランのモル濃度は0.425mol/Lであった。
(Example 1)
[1. Preparation of sample]
Hexadecyltrimethylammonium chloride: 28 g and 1N sodium hydroxide solution: 68.6 mL were added to a mixed solution consisting of water: 388 g, methanol: 172 g, and ethylene glycol: 172 g. When 53.6 g of tetramethoxysilane was added to this mixed solution, the solution became cloudy after a while, confirming that particles were synthesized. The molar concentration of hexadecyltrimethylammonium chloride used as a surfactant was 0.106 mol/L, and the molar concentration of tetramethoxysilane used as a silica source was 0.425 mol/L.

8時間室温で攪拌後、濾過し、残渣を水:4Lに再分散した。再び濾過後、残渣を45℃のオーブンで乾燥させた。続いて、残渣を550℃で焼成することにより、有機成分を除去した。 After stirring at room temperature for 8 hours, the mixture was filtered and the residue was redispersed in 4 L of water. After filtration again, the residue was dried in an oven at 45°C. The organic components were then removed by firing the residue at 550°C.

[2. 評価]
窒素吸着等温線測定から求めた細孔径は2nm、細孔容量は0.56mL/gであった。また、タップ密度は0.16g/cm3であった。図1に、実施例1で合成した試料のSEM写真を示す。図1より、1次粒子が連結している様子が分かる。1次粒子の平均粒子径は、0.21μmであった。
[2. evaluation]
The pore diameter obtained from nitrogen adsorption isotherm measurement was 2 nm, and the pore volume was 0.56 mL/g. Also, the tap density was 0.16 g/cm 3 . FIG. 1 shows an SEM photograph of the sample synthesized in Example 1. As shown in FIG. From FIG. 1, it can be seen that the primary particles are connected. The average particle size of primary particles was 0.21 μm.

(実施例2)
[1. 試料の作製]
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド:28.2g、及び1規定水酸化ナトリウム溶液:27.4mLを、水:965g、及びメタノール:600gからなる混合溶液に添加した。この混合溶液にテトラエトキシシラン:28.9gを添加したところ、しばらくしてから溶液が白濁し、粒子が合成できたことが確認できた。界面活性剤のモル濃度は0.05mol/L、シリカ源のモル濃度は0.079mol/Lであった。
(Example 2)
[1. Preparation of sample]
Hexadecyltrimethylammonium chloride: 28.2 g and 1N sodium hydroxide solution: 27.4 mL were added to a mixed solution of water: 965 g and methanol: 600 g. When 28.9 g of tetraethoxysilane was added to this mixed solution, the solution became cloudy after a while, confirming that particles were synthesized. The molar concentration of the surfactant was 0.05 mol/L, and the molar concentration of the silica source was 0.079 mol/L.

8時間室温で攪拌後、濾過し、残渣を水:2Lに再分散した。再び濾過後、残渣を45℃のオーブンで乾燥させた。続いて、残渣を550℃で焼成することにより、有機成分を除去した。 After stirring at room temperature for 8 hours, the mixture was filtered and the residue was redispersed in 2 L of water. After filtration again, the residue was dried in an oven at 45°C. The organic components were then removed by firing the residue at 550°C.

[2. 評価]
窒素吸着等温線測定から求めた細孔径は2.3nm、細孔容量は0.87mL/gであった。また、タップ密度は0.16g/cm3であった。図2に、実施例2で合成した試料のSEM写真を示す。図2より、1次粒子が連結している様子が分かる。1次粒子の平均粒子径は、0.28μmであった。
[2. evaluation]
The pore diameter obtained from nitrogen adsorption isotherm measurement was 2.3 nm, and the pore volume was 0.87 mL/g. Also, the tap density was 0.16 g/cm 3 . FIG. 2 shows an SEM photograph of the sample synthesized in Example 2. As shown in FIG. From FIG. 2, it can be seen that the primary particles are connected. The average particle size of primary particles was 0.28 μm.

(実施例3)
[1. 試料の作製]
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド:28.2g、及び1規定水酸化ナトリウム溶液:27.4mLを、水:965g、メタノール:300g、及びエチレングリコール:300gからなる混合溶液に添加した。この混合溶液にテトラエトキシシラン:28.9gを添加したところ、しばらくしてから溶液が白濁し、粒子が合成できたことが確認できた。界面活性剤のモル濃度は0.053mol/L、シリカ源のモル濃度は0.084mol/Lであった。
(Example 3)
[1. Preparation of sample]
Hexadecyltrimethylammonium chloride: 28.2 g and 1N sodium hydroxide solution: 27.4 mL were added to a mixed solution consisting of water: 965 g, methanol: 300 g, and ethylene glycol: 300 g. When 28.9 g of tetraethoxysilane was added to this mixed solution, the solution became cloudy after a while, confirming that particles were synthesized. The molar concentration of the surfactant was 0.053 mol/L, and the molar concentration of the silica source was 0.084 mol/L.

8時間室温で攪拌後、濾過し、残渣を水:2Lに再分散した。再び濾過後、残渣を45℃のオーブンで乾燥させた。続いて、残渣を550℃で焼成することにより、有機成分を除去した。 After stirring at room temperature for 8 hours, the mixture was filtered and the residue was redispersed in 2 L of water. After filtration again, the residue was dried in an oven at 45°C. The organic components were then removed by firing the residue at 550°C.

[2. 評価]
窒素吸着等温線測定から求めた細孔径は2.36nm、細孔容量は0.63mL/gであった。また、タップ密度は0.17g/cm3であった。図3に、実施例3で合成した試料のSEM写真を示す。図3より、1次粒子が連結している様子が分かる。1次粒子の平均粒子径は、0.047μmであった。
[2. evaluation]
The pore diameter obtained from nitrogen adsorption isotherm measurement was 2.36 nm, and the pore volume was 0.63 mL/g. Also, the tap density was 0.17 g/cm 3 . FIG. 3 shows an SEM photograph of the sample synthesized in Example 3. As shown in FIG. From FIG. 3, it can be seen that the primary particles are connected. The average particle size of primary particles was 0.047 μm.

(実施例4)
[1. 試料の作製]
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド:28.2g、及び1規定水酸化ナトリウム溶液:27.4mLを、水:965g、メタノール:300g、及びエチレングリコール:300gからなる混合溶液に添加した。この混合溶液にテトラエトキシシラン:28.9gを添加したところ、しばらくしてから溶液が白濁し、粒子が合成できたことが確認できた。界面活性剤のモル濃度は0.053mol/L、シリカ源のモル濃度は0.084mol/Lであった。
(Example 4)
[1. Preparation of sample]
Hexadecyltrimethylammonium chloride: 28.2 g and 1N sodium hydroxide solution: 27.4 mL were added to a mixed solution consisting of water: 965 g, methanol: 300 g, and ethylene glycol: 300 g. When 28.9 g of tetraethoxysilane was added to this mixed solution, the solution became cloudy after a while, confirming that particles were synthesized. The molar concentration of the surfactant was 0.053 mol/L, and the molar concentration of the silica source was 0.084 mol/L.

8時間室温で攪拌後、濾過し、残渣を水:2Lに再分散した。再び濾過後、残渣を45℃のオーブンで乾燥させた。乾燥した試料:10gを、エタノール300mL、水300mLの混合溶液に分散させ、トリメチルベンゼン:22.5gを加えた後、オートクレーブ中、100℃で3日間加熱した。オートクレーブ処理後の試料を濾過・洗浄した後、試料を550℃で焼成することにより、有機成分を除去した。 After stirring at room temperature for 8 hours, the mixture was filtered and the residue was redispersed in 2 L of water. After filtration again, the residue was dried in an oven at 45°C. 10 g of the dried sample was dispersed in a mixed solution of 300 mL of ethanol and 300 mL of water, and after adding 22.5 g of trimethylbenzene, the mixture was heated in an autoclave at 100° C. for 3 days. After filtering and washing the autoclaved sample, the organic component was removed by firing the sample at 550°C.

[2. 評価]
窒素吸着等温線測定から求めた細孔径は7.3nm、細孔容量は1.45mL/gであった。また、タップ密度は0.14g/cm3であった。図4に、実施例4で合成した試料のSEM写真を示す。図4より、1次粒子が連結している様子が分かる。1次粒子の平均粒子径は、0.064μmであった。
[2. evaluation]
The pore diameter obtained from nitrogen adsorption isotherm measurement was 7.3 nm, and the pore volume was 1.45 mL/g. Also, the tap density was 0.14 g/cm 3 . FIG. 4 shows an SEM photograph of the sample synthesized in Example 4. As shown in FIG. From FIG. 4, it can be seen that the primary particles are connected. The average particle size of the primary particles was 0.064 μm.

(実施例5)
[1. 試料の作製]
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド:28g、及び1規定水酸化ナトリウム溶液:68.6mLを、水:388g、メタノール:172g、及びエチレングリコール:172gからなる混合溶液に添加した。この混合溶液にテトラメトキシシラン:53.6gを添加したところ、しばらくしてから溶液が白濁し、粒子が合成できたことが確認できた。界面活性剤のモル濃度は0.106mol/L、シリカ源のモル濃度は0.425mol/Lであった。
(Example 5)
[1. Preparation of sample]
Hexadecyltrimethylammonium chloride: 28 g and 1N sodium hydroxide solution: 68.6 mL were added to a mixed solution consisting of water: 388 g, methanol: 172 g, and ethylene glycol: 172 g. When 53.6 g of tetramethoxysilane was added to this mixed solution, the solution became cloudy after a while, confirming that particles were synthesized. The surfactant molar concentration was 0.106 mol/L, and the silica source molar concentration was 0.425 mol/L.

8時間室温で攪拌後、濾過し、残渣を水:4Lに再分散した。再び濾過後、残渣を45℃のオーブンで乾燥させた。乾燥した試料:10gを、2規定塩酸:600mLに分散後、オートクレーブ中、150℃で3日間加熱した。オートクレーブ処理後の試料を濾過・洗浄した後、試料を550℃で焼成することにより、有機成分を除去した。 After stirring at room temperature for 8 hours, the mixture was filtered and the residue was redispersed in 4 L of water. After filtration again, the residue was dried in an oven at 45°C. After dispersing 10 g of the dried sample in 600 mL of 2N hydrochloric acid, the dispersion was heated in an autoclave at 150° C. for 3 days. After filtering and washing the autoclaved sample, the organic component was removed by firing the sample at 550°C.

[2. 評価]
窒素吸着等温線測定から求めた細孔径は8nm、細孔容量は0.66mL/gであった。また、タップ密度は0.11g/cm3であった。図5に、実施例5で合成した試料のSEM写真を示す。図5より、1次粒子が連結している様子が分かる。1次粒子の平均粒子径は、0.23μmであった。
[2. evaluation]
The pore diameter obtained from nitrogen adsorption isotherm measurement was 8 nm, and the pore volume was 0.66 mL/g. Also, the tap density was 0.11 g/cm 3 . FIG. 5 shows an SEM photograph of the sample synthesized in Example 5. As shown in FIG. From FIG. 5, it can be seen that the primary particles are connected. The average particle size of primary particles was 0.23 μm.

(比較例1)
[1. 試料の作製]
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド:35.2g、及び1規定水酸化ナトリウム溶液:22.8mLを、水:3980g、及びメタノール:4000gからなる混合溶液に添加した。この混合溶液にテトラエトキシシラン:18.1gを添加したところ、しばらくしてから溶液が白濁し、粒子が合成できたことが確認できた。界面活性剤のモル濃度は0.012mol/L、シリカ源のモル濃度は0.0095mol/Lであった。
(Comparative example 1)
[1. Preparation of sample]
Hexadecyltrimethylammonium chloride: 35.2 g and 1N sodium hydroxide solution: 22.8 mL were added to a mixed solution of water: 3980 g and methanol: 4000 g. When 18.1 g of tetraethoxysilane was added to this mixed solution, the solution became cloudy after a while, confirming that particles were synthesized. The molar concentration of the surfactant was 0.012 mol/L, and the molar concentration of the silica source was 0.0095 mol/L.

8時間室温で攪拌後、濾過し、残渣を水:1Lに再分散した。再び濾過後、残渣を45℃のオーブンで乾燥させた。続いて、残渣を550℃で焼成することにより、有機成分を除去した。 After stirring at room temperature for 8 hours, the mixture was filtered and the residue was redispersed in 1 L of water. After filtration again, the residue was dried in an oven at 45°C. The organic components were then removed by firing the residue at 550°C.

[2. 評価]
窒素吸着等温線測定から求めた細孔径は2.2nm、細孔容量は0.74mL/gであった。また、タップ密度は0.26g/cm3であった。図6に、比較例1で合成した試料のSEM写真を示す。図6より、1次粒子が独立している様子が分かる。1次粒子の平均粒子径は、1.07μmであった。
タップ密度が0.20g/cm3を超えたのは、1次粒子の1つ1つが完全に独立し、連結した構造を有していないためと考えられる。
1次粒子が独立していたのは、テンプレートとなるヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリドの濃度(0.012mol/L)とシリカ源のテトラエトキシシランの濃度(0.0095mol/L)が共に低く、反応がゆっくり進行したためと考えられる。
さらに、平均1次粒子径が300nmを超えたのは、界面活性剤及びシリカ源の濃度が共に低く、反応がゆっくり進行したためと考えられる。
[2. evaluation]
The pore diameter obtained from nitrogen adsorption isotherm measurement was 2.2 nm, and the pore volume was 0.74 mL/g. Also, the tap density was 0.26 g/cm 3 . FIG. 6 shows an SEM photograph of the sample synthesized in Comparative Example 1. As shown in FIG. From FIG. 6, it can be seen that the primary particles are independent. The average particle size of primary particles was 1.07 μm.
The tap density exceeded 0.20 g/cm 3 probably because each primary particle was completely independent and did not have a connected structure.
The primary particles were independent because the concentration of hexadecyltrimethylammonium chloride (0.012 mol/L) as a template and the concentration of tetraethoxysilane (0.0095 mol/L) as a silica source were both low, and the reaction was Probably because it progressed slowly.
Furthermore, the reason why the average primary particle size exceeded 300 nm is considered to be that the concentrations of both the surfactant and the silica source were low and the reaction proceeded slowly.

(比較例2)
[1. 試料の作製]
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド:28g、及び1規定水酸化ナトリウム溶液:91.2mLを、水:365g、及びエチレングリコール:344gからなる混合溶液に添加した。この混合溶液にテトラメトキシシラン:53.6gを添加したところ、しばらくしてから溶液が白濁し、粒子が合成できたことが確認できた。界面活性剤のモル濃度は0.114mol/L、シリカ源のモル濃度は0.459mol/Lであった。
(Comparative example 2)
[1. Preparation of sample]
Hexadecyltrimethylammonium chloride: 28 g and 1N sodium hydroxide solution: 91.2 mL were added to a mixed solution of water: 365 g and ethylene glycol: 344 g. When 53.6 g of tetramethoxysilane was added to this mixed solution, the solution became cloudy after a while, confirming that particles were synthesized. The molar concentration of the surfactant was 0.114 mol/L and the molar concentration of the silica source was 0.459 mol/L.

8時間室温で攪拌後、濾過し、残渣を水:1Lに再分散した。再び濾過後、残渣を45℃のオーブンで乾燥させた。続いて、残渣を550℃で焼成することにより、有機成分を除去した。 After stirring at room temperature for 8 hours, the mixture was filtered and the residue was redispersed in 1 L of water. After filtration again, the residue was dried in an oven at 45°C. The organic components were then removed by firing the residue at 550°C.

[2. 評価]
図7に、比較例2で合成した試料のSEM写真を示す。図7より、ほとんどが平板状の粒子であり、アスペクト比が3以下の粒子が得られないことが分かる。
粒子が平板状となったのは、シリカ原料となるテトラメトキシシランの濃度が高く(0.459mol/L)、粒子生成が不均一に進行したためと考えられる。
[2. evaluation]
FIG. 7 shows an SEM photograph of the sample synthesized in Comparative Example 2. As shown in FIG. From FIG. 7, it can be seen that most of the grains are tabular grains and grains having an aspect ratio of 3 or less are not obtained.
It is considered that the grains became tabular because the concentration of tetramethoxysilane as a silica raw material was high (0.459 mol/L) and grain formation progressed unevenly.

(比較例3)
[1. 試料の作製]
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド:14.1g、及び1規定水酸化ナトリウム溶液:27.4mLを、水:1957g、及びメタノール:1216gからなる混合溶液に添加した。この混合溶液にテトラエトキシシラン:29gを添加したところ、しばらくしてから溶液が白濁し、粒子が合成できたことが確認できた。界面活性剤のモル濃度は0.013mol/L、シリカ源のモル濃度は0.04mol/Lであった。
(Comparative Example 3)
[1. Preparation of sample]
Hexadecyltrimethylammonium chloride: 14.1 g and 1N sodium hydroxide solution: 27.4 mL were added to a mixed solution of water: 1957 g and methanol: 1216 g. When 29 g of tetraethoxysilane was added to this mixed solution, the solution became cloudy after a while, confirming that particles were synthesized. The molar concentration of the surfactant was 0.013 mol/L, and the molar concentration of the silica source was 0.04 mol/L.

8時間室温で攪拌後、濾過し、残渣を水:2Lに再分散した。再び濾過後、残渣を45℃のオーブンで乾燥させた。続いて、残渣を550℃で焼成することにより、有機成分を除去した。 After stirring at room temperature for 8 hours, the mixture was filtered and the residue was redispersed in 2 L of water. After filtration again, the residue was dried in an oven at 45°C. The organic components were then removed by firing the residue at 550°C.

[2. 評価]
図8に、比較例3で合成した試料のSEM写真を示す。図8より、粒子は独立しており、連結した粒子は得られなかった。
1次粒子が独立していたのは、シリカ源であるテトラエトキシシランの濃度が低く(0.04mol/L)、反応がゆっくり進行したためと考えられる。
[2. evaluation]
FIG. 8 shows an SEM photograph of the sample synthesized in Comparative Example 3. As shown in FIG. From FIG. 8, the particles were independent and no connected particles were obtained.
The primary particles were independent, probably because the concentration of tetraethoxysilane as a silica source was low (0.04 mol/L) and the reaction proceeded slowly.

(比較例4)
[1. 試料の作製]
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド:14.1g、及び1規定水酸化ナトリウム溶液:27.4mLを、水:965g、及びメタノール:508gからなる混合溶液に添加した。この混合溶液にテトラエトキシシラン:29gを添加したところ、しばらくしてから溶液が白濁し、粒子が合成できたことが確認できた。界面活性剤のモル濃度は0.025mol/L、シリカ源のモル濃度は0.079mol/Lであった。
(Comparative Example 4)
[1. Preparation of sample]
Hexadecyltrimethylammonium chloride: 14.1 g and 1N sodium hydroxide solution: 27.4 mL were added to a mixed solution of water: 965 g and methanol: 508 g. When 29 g of tetraethoxysilane was added to this mixed solution, the solution became cloudy after a while, confirming that particles were synthesized. The molar concentration of the surfactant was 0.025 mol/L, and the molar concentration of the silica source was 0.079 mol/L.

8時間室温で攪拌後、濾過し、残渣を水:1Lに再分散した。再び濾過後、残渣を45℃のオーブンで乾燥させた。続いて、残渣を550℃で焼成することにより、有機成分を除去した。 After stirring at room temperature for 8 hours, the mixture was filtered and the residue was redispersed in 1 L of water. After filtration again, the residue was dried in an oven at 45°C. The organic components were then removed by firing the residue at 550°C.

[2. 評価]
図9に、比較例4で合成した試料のSEM写真を示す。1次粒子の平均粒子径は、0.45μmであった。
平均1次粒子径が300nmを超えたのは、テンプレートとなるヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリドの濃度(0.025mol/L)が低く、反応がゆっくり進行したためと考えられる。
[2. evaluation]
FIG. 9 shows an SEM photograph of the sample synthesized in Comparative Example 4. As shown in FIG. The average particle size of primary particles was 0.45 μm.
The average primary particle diameter exceeded 300 nm, probably because the concentration of hexadecyltrimethylammonium chloride (0.025 mol/L) as a template was low and the reaction proceeded slowly.

(実施例6)
[1. 試料の作製]
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド:28.2g、及び1規定水酸化ナトリウム溶液:13.7mLを、水:482.5g、メタノール:152g、及びエチレングリコール:152gからなる混合溶液に添加した。この混合溶液にテトラエトキシシラン:14.5gを添加したところ、しばらくしてから溶液が白濁し、粒子が合成できたことが確認できた。界面活性剤として使用したヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリドのモル濃度は0.105mol/L、シリカ源として使用したテトラメトキシシランのモル濃度は0.083mol/Lであった。
(Example 6)
[1. Preparation of sample]
Hexadecyltrimethylammonium chloride: 28.2 g and 1N sodium hydroxide solution: 13.7 mL were added to a mixed solution consisting of water: 482.5 g, methanol: 152 g, and ethylene glycol: 152 g. When 14.5 g of tetraethoxysilane was added to this mixed solution, the solution became cloudy after a while, confirming that particles were synthesized. The molar concentration of hexadecyltrimethylammonium chloride used as a surfactant was 0.105 mol/L, and the molar concentration of tetramethoxysilane used as a silica source was 0.083 mol/L.

8時間室温で攪拌後、濾過し、残渣を水:4Lに再分散した。再び濾過後、残渣を45℃のオーブンで乾燥させた。乾燥した試料:10gを、1規定硫酸:600mLに分散後、オートクレーブ中、130℃で3日間加熱した。濾過、洗浄後、550℃で焼成することにより、有機成分を除去した。 After stirring at room temperature for 8 hours, the mixture was filtered and the residue was redispersed in 4 L of water. After filtration again, the residue was dried in an oven at 45°C. After dispersing 10 g of the dried sample in 600 mL of 1N sulfuric acid, it was heated in an autoclave at 130° C. for 3 days. After filtration and washing, the organic components were removed by firing at 550°C.

[2. 評価]
窒素吸着等温線測定から求めた細孔径は5.1nm、細孔容量は1.3mL/gであった。また、タップ密度は0.08g/cm3であった。図10に、実施例6で合成した試料のSEM写真を示す。図10より、非常に細かな一次粒子が凝集して二次粒子が形成され、それらが連結している様子が分かる。一次粒子の平均粒子径は、7.5nmであった。
[2. evaluation]
The pore diameter obtained from nitrogen adsorption isotherm measurement was 5.1 nm, and the pore volume was 1.3 mL/g. Also, the tap density was 0.08 g/cm 3 . FIG. 10 shows an SEM photograph of the sample synthesized in Example 6. As shown in FIG. From FIG. 10, it can be seen that very fine primary particles aggregate to form secondary particles, which are linked together. The average particle size of primary particles was 7.5 nm.

(実施例7)
[1. 試料の作製]
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド:14.1g、及び1規定水酸化ナトリウム溶液:13.7mLを、水:482.5g、及びエチレングリコール:304gからなる混合溶液に添加した。この混合溶液にテトラエトキシシラン:14.5gを添加したところ、しばらくしてから溶液が白濁し、粒子が合成できたことが確認できた。界面活性剤として使用したヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリドのモル濃度は0.056mol/L、シリカ源として使用したテトラメトキシシランのモル濃度は0.089mol/Lであった。
(Example 7)
[1. Preparation of sample]
Hexadecyltrimethylammonium chloride: 14.1 g and 1N sodium hydroxide solution: 13.7 mL were added to a mixed solution of water: 482.5 g and ethylene glycol: 304 g. When 14.5 g of tetraethoxysilane was added to this mixed solution, the solution became cloudy after a while, confirming that particles were synthesized. The molar concentration of hexadecyltrimethylammonium chloride used as a surfactant was 0.056 mol/L, and the molar concentration of tetramethoxysilane used as a silica source was 0.089 mol/L.

8時間室温で攪拌後、濾過し、残渣を水:4Lに再分散した。再び濾過後、残渣を45℃のオーブンで乾燥させた。乾燥した試料:10gを、1規定硫酸:600mLに分散後、オートクレーブ中、130℃で3日間加熱した。濾過、洗浄後、550℃で焼成することにより、有機成分を除去した。 After stirring at room temperature for 8 hours, the mixture was filtered and the residue was redispersed in 4 L of water. After filtration again, the residue was dried in an oven at 45°C. After dispersing 10 g of the dried sample in 600 mL of 1N sulfuric acid, it was heated in an autoclave at 130° C. for 3 days. After filtration and washing, the organic components were removed by firing at 550°C.

[2. 評価]
窒素吸着等温線測定から求めた細孔径は5.0nm、細孔容量は0.79mL/gであった。また、タップ密度は0.18g/cm3であった。図11に、実施例7で合成した試料のSEM写真を示す。図11より、数nmから十数nmの一次粒子が連結している様子が分かる。一次粒子の平均粒子径は、12.8nmであった。
[2. evaluation]
The pore diameter obtained from nitrogen adsorption isotherm measurement was 5.0 nm, and the pore volume was 0.79 mL/g. Also, the tap density was 0.18 g/cm 3 . FIG. 11 shows an SEM photograph of the sample synthesized in Example 7. From FIG. 11, it can be seen that primary particles of several nanometers to ten and several nanometers are connected. The average particle size of primary particles was 12.8 nm.

(実施例8)
[1. 試料の作製]
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド:60.1g、及び1規定水酸化ナトリウム溶液:34.2mLを、水:462g、エチレングリコール:152g、及びメタノール:152gからなる混合溶液に添加した。この混合溶液にテトラエトキシシラン:36.2gを添加したところ、しばらくしてから溶液が白濁し、粒子が合成できたことが確認できた。界面活性剤として使用したヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリドのモル濃度は0.227mol/L、シリカ源として使用したテトラメトキシシランのモル濃度は0.211mol/Lであった。
(Example 8)
[1. Preparation of sample]
Hexadecyltrimethylammonium chloride: 60.1 g and 1N sodium hydroxide solution: 34.2 mL were added to a mixed solution consisting of water: 462 g, ethylene glycol: 152 g, and methanol: 152 g. When 36.2 g of tetraethoxysilane was added to this mixed solution, the solution became cloudy after a while, confirming that particles were synthesized. The molar concentration of hexadecyltrimethylammonium chloride used as a surfactant was 0.227 mol/L, and the molar concentration of tetramethoxysilane used as a silica source was 0.211 mol/L.

8時間室温で攪拌後、濾過し、残渣を水:4Lに再分散した。再び濾過後、残渣を45℃のオーブンで乾燥させた。乾燥した試料:10gを、2規定塩酸:600mLに分散後、オートクレーブ中、140℃で3日間加熱した。濾過、洗浄後、550℃で焼成することにより、有機成分を除去した。 After stirring at room temperature for 8 hours, the mixture was filtered and the residue was redispersed in 4 L of water. After filtration again, the residue was dried in an oven at 45°C. After dispersing 10 g of the dried sample in 600 mL of 2N hydrochloric acid, it was heated at 140° C. for 3 days in an autoclave. After filtration and washing, the organic components were removed by firing at 550°C.

[2. 評価]
窒素吸着等温線測定から求めた細孔径は7.0nm、細孔容量は0.85mL/gであった。また、タップ密度は0.19g/cm3であった。図12に、実施例8で合成した試料のSEM写真を示す。図12より、数nmから十数nmの一次粒子が連結している様子が分かる。一次粒子の平均粒子径は、0.114μmであった。
[2. evaluation]
The pore diameter obtained from nitrogen adsorption isotherm measurement was 7.0 nm, and the pore volume was 0.85 mL/g. Also, the tap density was 0.19 g/cm 3 . FIG. 12 shows an SEM photograph of the sample synthesized in Example 8. As shown in FIG. From FIG. 12, it can be seen that primary particles of several nanometers to ten and several nanometers are connected. The average particle size of primary particles was 0.114 μm.

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is by no means limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.

本発明に係る連結メソポーラスシリカ粒子は、(a)触媒担体、(b)吸着材、(c)断熱材、(d)メソポーラス材料を製造するための鋳型、などに用いることができる。 The linked mesoporous silica particles according to the present invention can be used as (a) a catalyst carrier, (b) an adsorbent, (c) a heat insulating material, (d) a mold for producing a mesoporous material, and the like.

Claims (2)

以下の構成を備えた連結メソポーラスシリカ粒子。
(1)前記連結メソポーラスシリカ粒子は、メソポーラスシリカからなる1次粒子が連結した構造を備えている。
(2)前記連結メソポーラスシリカ粒子は、
平均1次粒子径が7nm以上300nm以下であり、
細孔径が2nm以上50nm以下であり、
細孔容量が0.2mL/g以上3.0mL/g以下であり、
タップ密度が0.05g/cm3以上0.2g/cm3以下である。
Connected mesoporous silica particles having the following composition.
(1) The linked mesoporous silica particles have a structure in which primary particles made of mesoporous silica are linked.
(2) the linked mesoporous silica particles,
The average primary particle size is 7 nm or more and 300 nm or less,
Pore diameter is 2 nm or more and 50 nm or less,
Pore volume is 0.2 mL / g or more and 3.0 mL / g or less,
The tap density is 0.05 g/cm 3 or more and 0.2 g/cm 3 or less.
以下の構成を備えた連結メソポーラスシリカ粒子の製造方法。
(1)前記連結メソポーラスシリカ粒子の製造方法は、
シリカ源、界面活性剤及びアルカリ触媒を含む反応溶液中において、前記シリカ源を縮重合させ、前駆体粒子を得る重合工程と、
前記反応溶液から前記前駆体粒子を分離し、乾燥させる乾燥工程と、
前記前駆体粒子を焼成し、請求項1に記載の連結メソポーラスシリカ粒子を得る焼成工程と
を備えている。
(2)前記反応溶液は、
前記界面活性剤の濃度が0.03mol/L以上0.3mol/L以下であり、
前記シリカ源の濃度が0.05mol/L以上0.45mol/L以下である。
A method for producing linked mesoporous silica particles having the following configuration.
(1) The method for producing the linked mesoporous silica particles includes
a polymerization step of condensation polymerization of the silica source in a reaction solution containing a silica source, a surfactant and an alkali catalyst to obtain precursor particles;
a drying step of separating and drying the precursor particles from the reaction solution;
and a firing step of firing the precursor particles to obtain the linked mesoporous silica particles according to claim 1 .
(2) the reaction solution is
the concentration of the surfactant is 0.03 mol/L or more and 0.3 mol/L or less;
The concentration of the silica source is 0.05 mol/L or more and 0.45 mol/L or less.
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