JP7324444B2 - Organic porous material, manufacturing method thereof, adsorbent and organic porous column - Google Patents

Organic porous material, manufacturing method thereof, adsorbent and organic porous column Download PDF

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本発明は、有機系多孔質体とその製造方法に関する。また、本発明は、有機系多孔質体を含む吸着剤及び有機系多孔質カラムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an organic porous material and a method for producing the same. The present invention also relates to an adsorbent containing an organic porous material and an organic porous column.

樹脂骨格と細孔とを有する有機系多孔質体が知られている。特許文献1には、メラミン樹脂の骨格を有する有機系多孔質体が開示されている。特許文献1の多孔質体は、反応性重縮合樹脂の混合物とポリマー粒子とを混合してゲル化させることにより得られる。 An organic porous material having a resin skeleton and pores is known. Patent Document 1 discloses an organic porous material having a melamine resin skeleton. The porous body of Patent Document 1 is obtained by mixing a mixture of reactive polycondensation resins and polymer particles and gelling the mixture.

特表2007-529619号公報Japanese Patent Publication No. 2007-529619

各種用途への有機系多孔質体の使用を考慮すると、細孔設計の自由度が高い有機系多孔質体の製法が求められる。しかし、従来の方法では、十分な自由度を達成できない。特許文献1の方法では、ラテックス粒子等のポリマー粒子を細孔の鋳型として用い、粒子間の空隙で重合を進行させて骨格を形成する。このため、細孔径の分布はブロードであり、特許文献1の多孔質体は、例えば、吸着カラムや分離カラムの用途には適していない。また、特許文献1の方法では、マクロ孔及びメソ孔の階層的な多孔構造を有する多孔質体の形成や骨格とマクロ孔との共連続構造を有する多孔質体の形成は困難である。 Considering the use of organic porous bodies for various applications, a method for producing organic porous bodies with a high degree of freedom in pore design is required. However, conventional methods cannot achieve sufficient degrees of freedom. In the method of Patent Document 1, polymer particles such as latex particles are used as a pore template, and polymerization proceeds in the voids between the particles to form a skeleton. Therefore, the pore size distribution is broad, and the porous body of Patent Document 1 is not suitable for use in, for example, adsorption columns and separation columns. Further, in the method of Patent Document 1, it is difficult to form a porous body having a hierarchical porous structure of macropores and mesopores or a porous body having a co-continuous structure of skeleton and macropores.

本発明は、細孔設計の自由度が高い有機系多孔質体の製造方法と、当該方法により達成可能な有機系多孔質体との提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for producing an organic porous material with a high degree of freedom in pore design, and an organic porous material achievable by the method.

本発明は、
メラミン単量体及びアルデヒド単量体、並びに/又は、メラミン単量体及びアルデヒド単量体のオリゴマーと、
相分離誘起剤と、
第1溶媒と、を含む溶液系において、
前記単量体及び/又は前記オリゴマーを縮合重合させることにより、メラミン樹脂の形成と前記溶液系のスピノーダル分解とを進行させて、
前記メラミン樹脂に富む骨格相と、前記第1溶媒に富む溶液相と、から構成される湿潤ゲルを形成する工程(I)と;
前記湿潤ゲルを乾燥させることにより、前記メラミン樹脂を基材とする骨格を前記骨格相から形成し、マクロ孔を前記溶液相から形成して、前記骨格及び前記マクロ孔を有する有機系多孔質体を得る工程(II)と;
を含む、有機系多孔質体の製造方法、
を提供する。
The present invention
melamine and aldehyde monomers and/or oligomers of melamine and aldehyde monomers;
a phase separation inducer;
In a solution system comprising a first solvent,
Formation of a melamine resin and spinodal decomposition of the solution system proceed by condensation polymerization of the monomer and/or the oligomer,
step (I) of forming a wet gel composed of said melamine resin-rich skeletal phase and said first solvent-rich solution phase;
By drying the wet gel, a skeleton based on the melamine resin is formed from the skeleton phase, macropores are formed from the solution phase, and an organic porous body having the skeleton and the macropores is formed. a step (II) of obtaining
A method for producing an organic porous material,
I will provide a.

別の側面から見て、本発明は、
メラミン樹脂を基材とする骨格と、マクロ孔と、前記骨格の表面に開口を有するメソ孔と、を有し、
前記メソ孔は、前記骨格間の空隙である前記マクロ孔と共に階層的な多孔構造を構成し、
前記マクロ孔の孔径のモードが0.1~10μmであり、
前記メソ孔の孔径のモードが2~40nmである有機系多孔質体、
を提供する。
Viewed from another aspect, the present invention provides
having a melamine resin-based skeleton, macropores, and mesopores having openings on the surface of the skeleton;
The mesopores constitute a hierarchical porous structure together with the macropores, which are voids between the skeletons,
The pore diameter mode of the macropores is 0.1 to 10 μm,
an organic porous material in which the pore size mode of the mesopores is 2 to 40 nm;
I will provide a.

別の側面から見て、本発明は、
上記本発明の有機系多孔質体を含む吸着剤、
を提供する。
Viewed from another aspect, the present invention provides
an adsorbent comprising the organic porous material of the present invention;
I will provide a.

別の側面から見て、本発明は、
上記本発明の有機系多孔質体と、ハウジングと、を備え、
前記有機系多孔質体は前記ハウジングに収容されている有機系多孔質カラム、
を提供する。
Viewed from another aspect, the present invention provides
comprising the organic porous body of the present invention and a housing,
an organic porous column in which the organic porous body is accommodated in the housing;
I will provide a.

本発明によれば、細孔設計の自由度が高い有機系多孔質体の製造方法と、当該方法により達成可能な有機系多孔質体とが提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the organic porous body with a high degree of freedom of pore design, and the organic porous body which can be achieved by the said method are provided.

図1は、有機系多孔質体が有するマクロ孔の孔径分布を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the pore size distribution of macropores of an organic porous body. 図2Aは、実施例のサンプル1A~1D,1Fについて、骨格及びマクロ孔の走査型電子顕微鏡(以下、「SEM」と記載する)による観察結果を示す図である。FIG. 2A is a diagram showing observation results of the skeleton and macropores of Samples 1A to 1D and 1F of Examples by a scanning electron microscope (hereinafter referred to as "SEM"). 図2Bは、実施例のサンプル1Cについて、マクロ孔及びメソ孔による階層的な多孔構造のSEMによる観察結果を示す図である。FIG. 2B is a diagram showing the results of SEM observation of the hierarchical porous structure of macropores and mesopores for sample 1C of Example. 図3は、実施例のサンプル2A~2Eについて、骨格及びマクロ孔のSEMによる観察結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the results of SEM observation of the skeleton and macropores of samples 2A to 2E of the example. 図4は、実施例のサンプル1D,1Eについて、マクロ孔の細孔分布測定の結果を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the results of pore size distribution measurement of macropores for Samples 1D and 1E of Examples. 図5は、実施例のサンプル1D,1Eについて、マクロ孔の細孔分布測定の結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the results of pore size distribution measurement of macropores for samples 1D and 1E of Examples. 図6は、実施例のサンプル1C~1E,2A,2Cの窒素吸脱着等温線を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 1C to 1E, 2A, and 2C of Examples. 図7は、実施例のサンプル1C~1E,2A,2Cについて、細孔分布測定の結果を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the results of pore size distribution measurement for samples 1C to 1E, 2A, and 2C of Examples. 図8は、実施例のサンプル2C,2CHの窒素吸脱着等温線を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 2C and 2CH of the example. 図9は、実施例のサンプル2C,2CHについて、細孔分布測定の結果を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the results of pore size distribution measurement for Samples 2C and 2CH of Examples. 図10は、実施例のサンプル3A,3AL,3B,3BLの窒素吸脱着等温線を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing nitrogen adsorption and desorption isotherms of Samples 3A, 3AL, 3B, and 3BL of Examples. 図11は、実施例のサンプル3A,3AL,3B,3BLについて、細孔分布測定の結果を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the results of pore size distribution measurement for samples 3A, 3AL, 3B, and 3BL of Examples. 図12は、実施例のサンプル1C,4A~4Eの窒素吸脱着等温線を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 1C and 4A to 4E of the example. 図13は、実施例のサンプル1C,4A~4Eについて、細孔分布測定の結果を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the results of pore size distribution measurement for samples 1C and 4A to 4E of Examples. 図14は、実施例のサンプル4F~4Mの窒素吸脱着等温線を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 4F to 4M of the example. 図15は、実施例のサンプル4F~4Mについて、細孔分布測定の結果を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing the results of pore size distribution measurement for Samples 4F to 4M of Examples. 図16は、実施例のサンプル4F,4N~4Rの窒素吸脱着等温線を示すグラフである。FIG. 16 is a graph showing nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 4F, 4N to 4R of the example. 図17は、実施例のサンプル4F,4N~4Rについて、細孔分布測定の結果を示すグラフである。FIG. 17 is a graph showing the results of pore size distribution measurement for samples 4F, 4N to 4R of the example. 図18は、実施例のサンプル4F,4S~4Z,4α,4βの窒素吸脱着等温線を示すグラフである。FIG. 18 is a graph showing nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 4F, 4S to 4Z, 4α, and 4β of the example. 図19は、実施例のサンプル4F,4S~4Z,4α,4βについて、細孔分布測定の結果を示すグラフである。FIG. 19 is a graph showing the results of pore size distribution measurement for samples 4F, 4S to 4Z, 4α, and 4β of Examples. 図20は、実施例のサンプル5A~5Dの窒素吸脱着等温線を示すグラフである。FIG. 20 is a graph showing the nitrogen adsorption and desorption isotherms of Samples 5A to 5D of Examples. 図21は、実施例のサンプル5A~5Dについて、細孔分布測定の結果を示すグラフである。FIG. 21 is a graph showing the results of pore size distribution measurement for Samples 5A to 5D of Examples. 図22は、実施例のサンプル4F,6A~6Cの窒素吸脱着等温線を示すグラフである。FIG. 22 is a graph showing nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 4F and 6A to 6C of the example. 図23は、実施例のサンプル4F,6A~6Cについて、細孔分布測定の結果を示すグラフである。FIG. 23 is a graph showing the results of pore size distribution measurement for Samples 4F and 6A to 6C of Examples. 図24は、実施例のサンプル4F,6D~6Gの窒素吸脱着等温線を示すグラフである。FIG. 24 is a graph showing nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 4F, 6D to 6G of the example. 図25は、実施例のサンプル4F,6D~6Gについて、細孔分布測定の結果を示すグラフである。FIG. 25 is a graph showing the results of pore size distribution measurement for samples 4F and 6D to 6G of Examples. 図26は、実施例のサンプル4F,6H~6Jの窒素吸脱着等温線を示すグラフである。FIG. 26 is a graph showing nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 4F and 6H to 6J of the example. 図27は、実施例のサンプル4F,6H~6Jについて、細孔分布測定の結果を示すグラフである。FIG. 27 is a graph showing the results of pore size distribution measurement for samples 4F and 6H to 6J of Examples. 図28は、実施例のサンプル1D,6K~6Nの窒素吸脱着等温線を示すグラフである。FIG. 28 is a graph showing nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 1D, 6K to 6N of the example. 図29は、実施例のサンプル1D,6K~6Nについて、細孔分布測定の結果を示すグラフである。FIG. 29 is a graph showing the results of pore size distribution measurement for samples 1D and 6K to 6N of Examples. 図30は、実施例のサンプル1C,7A~7Dの窒素吸脱着等温線を示すグラフである。FIG. 30 is a graph showing nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 1C and 7A to 7D of the example. 図31は、実施例のサンプル1C,7A~7Dについて、細孔分布測定の結果を示すグラフである。FIG. 31 is a graph showing the results of pore size distribution measurement for samples 1C and 7A to 7D of Examples. 図32は、実施例のカラムC1,C2の破過曲線を示すグラフである。FIG. 32 is a graph showing breakthrough curves of columns C1 and C2 of the example. 図33は、実施例のカラムC1,C2の金属イオン除去率及び積算回収率を示すグラフである。FIG. 33 is a graph showing the metal ion removal rate and integrated recovery rate of the columns C1 and C2 of the example. 図34は、実施例のカラムC3を用いた高速液体クロマトグラフ(以下、「HPLC」と記載する)の分離曲線の一例を示すグラフである。FIG. 34 is a graph showing an example of a separation curve of a high performance liquid chromatograph (hereinafter referred to as "HPLC") using the column C3 of Example.

本明細書では、IUPACによる提唱に基づき、孔径(細孔径)が50nm超の細孔をマクロ孔、孔径が2nm以上50nm以下の細孔をメソ孔と称する。なお、孔径が2nm未満の細孔は、一般に、ミクロ孔と称される。細孔の孔径及び平均孔径は、予想される孔径及び平均孔径の大きさに基づいて選択される一般的な細孔分布測定法により、求めることができる。細孔分布測定法は、例えば、マクロ孔について水銀圧入法であり、メソ孔について窒素ガス吸着法である。 In this specification, pores with a pore size (pore size) of more than 50 nm are referred to as macropores, and pores with a pore size of 2 nm or more and 50 nm or less are referred to as mesopores, based on the proposal by IUPAC. A pore having a pore diameter of less than 2 nm is generally referred to as a micropore. The pore size and average pore size of the pores can be determined by a general pore distribution measurement method selected based on the size of the expected pore size and average pore size. The pore distribution measurement method is, for example, a mercury intrusion method for macropores and a nitrogen gas adsorption method for mesopores.

(有機系多孔質体の製造方法)
[工程(I)]
工程(I)の溶液系は、メラミン単量体及びアルデヒド単量体、並びに/又は、メラミン単量体及びアルデヒド単量体のオリゴマーと、相分離誘起剤と、第1溶媒と、を含む。
(Method for producing organic porous material)
[Step (I)]
The solution system of step (I) includes melamine monomers and aldehyde monomers and/or oligomers of melamine monomers and aldehyde monomers, a phase separation inducer, and a first solvent.

メラミン単量体は、メラミン骨格を有し、かつ当該単量体が有するアミノ基を介したアルデヒド単量体との縮合重合が可能な単量体である。メラミン単量体は、例えば、メラミン及びその誘導体である。誘導体の例は、メチル化メラミン、エーテル化メラミン、アクリル化メラミン、アセチル化メラミン、メチロールメラミン及びベンゾイルメラミンである。メラミン単量体は、好ましくはメラミンである。溶液系は、2種以上のメラミン単量体を含んでいてもよい。 A melamine monomer is a monomer that has a melamine skeleton and is capable of condensation polymerization with an aldehyde monomer through the amino group of the monomer. Melamine monomers are, for example, melamine and its derivatives. Examples of derivatives are methylated melamine, etherified melamine, acrylated melamine, acetylated melamine, methylolmelamine and benzoylmelamine. The melamine monomer is preferably melamine. The solution system may contain two or more melamine monomers.

アルデヒド単量体は、アルデヒド基を有し、かつメラミン単量体との縮合重合が可能な単量体である。アルデヒド単量体は、例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、アクロレイン、ベンズアルデヒド、グリオキサール、フルフラールであり、好ましくはホルムアルデヒドである。上記例示した単量体は、置換基を有していてもよい。置換基は、典型的には、アルデヒド基を構成する炭素原子以外の炭素原子に結合している。置換基の例は、クロロ基、ブロモ基及びヨード基等のハロゲン基、カルボン酸基、アミノ基、エポキシ基、ヒドロキシ基、チオール基、ホスフィン基、シアノ基、アゾ基、並びにイミノ基である。溶液系は、2種以上のアルデヒド単量体を含んでいてもよい。 An aldehyde monomer is a monomer that has an aldehyde group and is capable of condensation polymerization with a melamine monomer. Aldehyde monomers are, for example, formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde, acrolein, benzaldehyde, glyoxal, furfural, preferably formaldehyde. The monomers exemplified above may have a substituent. Substituents are typically attached to carbon atoms other than those constituting the aldehyde group. Examples of substituents are halogen groups such as chloro, bromo and iodo groups, carboxylic acid groups, amino groups, epoxy groups, hydroxy groups, thiol groups, phosphine groups, cyano groups, azo groups and imino groups. The solution system may contain two or more aldehyde monomers.

メラミン単量体及びアルデヒド単量体のオリゴマーは、双方の単量体の縮合物であり、例えば、メチロールメラミンである。ただし、オリゴマーは、工程(I)においてメラミン樹脂の形成が可能である限り、上記例に限定されない。なお、オリゴマーは、通常、100個以下の単量体の縮合物である。溶液系は、メラミン単量体及びアルデヒド単量体のオリゴマーのみをメラミン樹脂の原料として含んでいてもよい。溶液系は、2種以上の当該オリゴマーを含んでいてもよい。 Oligomers of melamine and aldehyde monomers are condensation products of both monomers, eg methylolmelamine. However, the oligomer is not limited to the above examples as long as it can form a melamine resin in step (I). Incidentally, the oligomer is usually a condensate of 100 or less monomers. The solution system may contain only oligomers of melamine monomers and aldehyde monomers as raw materials for the melamine resin. The solution system may contain two or more such oligomers.

相分離誘起剤は、上記単量体(メラミン単量体及びアルデヒド単量体)及び/又はオリゴマーの縮合重合によるメラミン樹脂の形成と共に進行する溶液系のスピノーダル分解を誘起及び進行させる成分である。相分離誘起成分は、例えば、第1溶媒に溶解する高分子化合物である。高分子化合物は、ホモポリマーであってもよい。相分離誘起剤の例は、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸アミド、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム及びポリアリルアミン酸塩である。相分離誘起剤は、上記例示した高分子化合物の構成単位を2種以上有する共重合体であってもよいし、ドデシル硫酸ナトリウム及びセチルトリメチルアンモニウムクロリド等の界面活性剤であってもよい。相分離誘起剤は、好ましくはPEOである。 The phase separation inducer is a component that induces and promotes spinodal decomposition in a solution system that proceeds with the formation of a melamine resin by condensation polymerization of the above monomers (melamine monomers and aldehyde monomers) and/or oligomers. The phase separation inducing component is, for example, a polymer compound that dissolves in the first solvent. A polymer compound may be a homopolymer. Examples of phase separation inducers are polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid amide, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, sodium polystyrene sulfonate and polyallylamine. The phase separation inducer may be a copolymer having two or more structural units of the polymer compounds exemplified above, or may be a surfactant such as sodium dodecylsulfate and cetyltrimethylammonium chloride. The phase separation inducer is preferably PEO.

相分離誘起剤、例えばPEO、の数平均分子量は、例えば1000~40万であり、1万~30万、5万~25万、更には10万~20万であってもよい。 The number average molecular weight of the phase separation inducer such as PEO is, for example, 1000 to 400,000, and may be 10,000 to 300,000, 50,000 to 250,000, and further 100,000 to 200,000.

第1溶媒は、溶液系に含まれる上記単量体及び/又はオリゴマー、並びに相分離誘起剤を溶解する。第1溶媒の例は、親水性溶媒及び水である。親水性溶媒は、任意の混合比で水と混合可能な溶媒である。第1溶媒の例は、水、アルコール、アミド、エーテル、ジメチルスルホキシド及びこれらの混合溶媒である。ただし、水の添加によりスピノーダル分解が抑制される傾向にあることから、水を含む第1溶媒における当該水の含有量は、好ましくは5重量%以下であり、2重量%以下であってもよい。溶液系は、水を実質的に含まなくてもよく、水を含まなくてもよい。なお、本明細書において「実質的に含まない」とは、含有率が、例えば1重量%以下、好ましくは0.5重量%以下であることを意味する。アルコールの例は、メタノール、エタノール、n-プロパノール、2-プロパノール、n-ブタノール、トリエチレングリコールである。アミドの例は、N,N’-ジメチルアセトアミド及びN,N’-ジメチルホルムアミド(DMF)である。エーテルの例は、テトラヒドロフラン及びジオキサンである。第1溶媒は、上記例に限定されない。 The first solvent dissolves the above monomers and/or oligomers and the phase separation inducer contained in the solution system. Examples of first solvents are hydrophilic solvents and water. A hydrophilic solvent is a solvent that can be mixed with water in any mixing ratio. Examples of first solvents are water, alcohols, amides, ethers, dimethylsulfoxide and mixed solvents thereof. However, since spinodal decomposition tends to be suppressed by adding water, the content of water in the first solvent containing water is preferably 5% by weight or less, and may be 2% by weight or less. . The solution system may be substantially free of water or free of water. In the present specification, "substantially free" means that the content is, for example, 1% by weight or less, preferably 0.5% by weight or less. Examples of alcohols are methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, n-butanol, triethylene glycol. Examples of amides are N,N'-dimethylacetamide and N,N'-dimethylformamide (DMF). Examples of ethers are tetrahydrofuran and dioxane. The first solvent is not limited to the above examples.

溶液系がメラミン単量体を含む場合、溶液系におけるメラミン単量体の濃度は、例えば0.5~30重量%であり、1~20重量%、2~10重量%であってもよい。 When the solution system contains a melamine monomer, the concentration of the melamine monomer in the solution system is, for example, 0.5-30% by weight, and may be 1-20% by weight, 2-10% by weight.

溶液系が上記オリゴマーを含む場合、溶液系における当該オリゴマーの濃度は、例えば1~40重量%であり、2~30重量%、5~20重量%であってもよい。 When the solution system contains the oligomer, the concentration of the oligomer in the solution system may be, for example, 1-40% by weight, 2-30% by weight, 5-20% by weight.

溶液系におけるメラミン成分に対するアルデヒド成分のモル比(反応モル比:アルデヒド成分/メラミン成分)は、例えば1~12であり、1~10、4~8であってもよい。反応モル比は、溶液系に含まれる各単量体のモル量、並びにオリゴマーの組成(オリゴマーにおけるメラミン成分とアルデヒド成分の比率)及び濃度から算出可能である。 The molar ratio of the aldehyde component to the melamine component in the solution system (reaction molar ratio: aldehyde component/melamine component) is, for example, 1-12, and may be 1-10 or 4-8. The reaction molar ratio can be calculated from the molar amount of each monomer contained in the solution system, and the oligomer composition (ratio of melamine component and aldehyde component in the oligomer) and concentration.

溶液系における相分離誘起剤の濃度は、例えば0.01~15重量%であり、1~10重量%、0.5~3重量%であってもよい。 The concentration of the phase separation inducing agent in the solution system is, for example, 0.01-15% by weight, and may be 1-10% by weight, or 0.5-3% by weight.

溶液系は、メラミン単量体及びアルデヒド単量体、並びに/又は上記オリゴマーと共重合体可能な単量体Aを含んでいてもよい。単量体Aは、クロロ基、ブロモ基及びヨード基等のハロゲン基、カルボン酸基、アミノ基、エポキシ基、ヒドロキシ基、チオール基、ホスフィン基、シアノ基、アゾ基、並びにイミノ基から選ばれる少なくとも1種の基を有していてもよい。単量体Aの例は、尿素、グアニジン、エチレンイミン、フェノール、メルカプトトリアジン及びグアナミン、並びにこれらの誘導体である。溶液系は、例えば30重量%以下、好ましくは10重量%以下の範囲で単量体Aを含むことができる。溶液系が単量体Aを含む場合、工程(I)で形成するメラミン樹脂は、単量体Aに由来する構成単位を有しうる。 The solution system may contain melamine monomers and aldehyde monomers and/or monomer A copolymerizable with the above oligomers. Monomer A is selected from halogen groups such as chloro, bromo and iodo groups, carboxylic acid groups, amino groups, epoxy groups, hydroxy groups, thiol groups, phosphine groups, cyano groups, azo groups and imino groups. It may have at least one group. Examples of monomers A are urea, guanidine, ethyleneimine, phenol, mercaptotriazine and guanamine and derivatives thereof. The solution system can, for example, contain monomer A in the range of 30% by weight or less, preferably 10% by weight or less. When the solution system contains monomer A, the melamine resin formed in step (I) may have structural units derived from monomer A.

溶液系は、添加剤を含んでいてもよい。添加剤の例は、重合触媒である。重合触媒の例は、酸触媒である。酸触媒の例は、塩酸、硝酸及び硝酸等の無機酸、並びにトリフルオロ酢酸(TFA)及びトリフルオロメタンスルホン酸等の有機酸である。溶液系は、第1溶媒の使用量により異なるが、例えば0.1~5重量%の濃度で重合触媒を含んでいてもよい。 The solution system may contain additives. Examples of additives are polymerization catalysts. Examples of polymerization catalysts are acid catalysts. Examples of acid catalysts are inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid and nitric acid, and organic acids such as trifluoroacetic acid (TFA) and trifluoromethanesulfonic acid. The solution system may contain the polymerization catalyst at a concentration of, for example, 0.1 to 5% by weight, depending on the amount of the first solvent used.

工程(I)では、上記単量体及び/又はオリゴマーの縮合重合により、メラミン樹脂の形成と溶液系のスピノーダル分解とを進行させて、メラミン樹脂に富む骨格相と第1溶媒に富む溶液相とから構成される湿潤ゲルを形成する。 In the step (I), condensation polymerization of the above monomers and/or oligomers is allowed to proceed with formation of a melamine resin and spinodal decomposition of a solution system, resulting in a skeleton phase rich in the melamine resin and a solution phase rich in the first solvent. forms a wet gel consisting of

スピノーダル分解は、重合溶液系において生じうる相分離の一形態である。この相分離過程は、重合による樹脂の形成と共に進行する。スピノーダル分解は、重合により誘起される樹脂の濃度差(濃度勾配)が経時的に拡大して進行する。この点で、核生成及びこれに続く樹脂粒子の形成(核生成-成長過程)に基づく相分離とは異なっている。拡大した濃度差は、重合の進行により固定されて、骨格相及び溶液相から構成される湿潤ゲルが形成される。この形成反応は、スピノーダル分解を併用したゾル-ゲル法の一形態である。 Spinodal decomposition is a form of phase separation that can occur in polymerization solution systems. This phase separation process proceeds with the formation of a resin by polymerization. Spinodal decomposition progresses as the concentration difference (concentration gradient) of the resin induced by polymerization expands over time. In this respect, it differs from phase separation based on nucleation and subsequent formation of resin particles (nucleation-growth process). The widened concentration difference is fixed by the progress of polymerization to form a wet gel composed of a skeletal phase and a solution phase. This formation reaction is a form of sol-gel method combined with spinodal decomposition.

メラミン樹脂の形成と共に進行する溶液系のスピノーダル分解により、有機系多孔質体における細孔制御の自由度を向上できる。自由度の向上により達成しうる態様の例を以下の(1)~(4)に示す。(1)~(4)の例は、単独で又は任意の組み合わせで達成可能である。 The degree of freedom of pore control in the organic porous material can be improved by the solution system spinodal decomposition that progresses with the formation of the melamine resin. Examples of aspects that can be achieved by improving the degree of freedom are shown in (1) to (4) below. Examples (1) to (4) can be achieved alone or in any combination.

(1)工程(I)において骨格相と溶液相との共連続構造を有する湿潤ゲルを形成し、工程(II)において骨格とマクロ孔との共連続構造を有する有機系多孔質体を得てもよい。共連続構造は、co-continuous構造あるいはbi-continuous構造とも当業者に称される立体構造である。共連続構造を構成する各相は、それぞれ、連続した3次元の網目構造を有しており、互いに絡み合った状態にある。核生成-成長過程では、同時多発的に生成した多数の樹脂粒子が確率的に凝集して多孔質構造を形成するため、骨格とマクロ孔との共連続構造を有する多孔質体は得られない。 (1) Forming a wet gel having a co-continuous structure of the skeleton phase and the solution phase in step (I), and obtaining an organic porous body having a co-continuous structure of the skeleton and macropores in step (II). good too. A co-continuous structure is a three-dimensional structure also called a co-continuous structure or a bi-continuous structure by those skilled in the art. Each phase constituting the co-continuous structure has a continuous three-dimensional network structure and is in a mutually entangled state. In the nucleation-growth process, a large number of resin particles generated simultaneously and multiple times stochastically aggregate to form a porous structure, so a porous body having a co-continuous structure of skeleton and macropores cannot be obtained. .

(2)マクロ孔と、骨格の表面に開口を有するメソ孔(以下、単に「メソ孔」と記載する)とを有する有機系多孔質体を得てもよい。具体的には、工程(I)において、骨格相の表面に開口を持つ細孔(原メソ孔)を有する骨格相と、溶液相とから構成される湿潤ゲルを形成し、工程(II)において、上記細孔からメソ孔を形成して、マクロ孔及びメソ孔を有する有機系多孔質体を得る。マクロ孔及びメソ孔の階層的な多孔構造を有する有機系多孔質体を得てもよい。なお、マクロ孔及びメソ孔の階層的な多孔構造とは、マクロ孔とメソ孔とが互いに独立した孔径分布を同一多孔質体内に有する多孔構造を意味する。 (2) An organic porous body having macropores and mesopores having openings on the surface of the skeleton (hereinafter simply referred to as "mesopores") may be obtained. Specifically, in step (I), a wet gel composed of a skeletal phase having pores (original mesopores) with openings on the surface of the skeletal phase and a solution phase is formed, and in step (II) and forming mesopores from the pores to obtain an organic porous material having macropores and mesopores. An organic porous body having a hierarchical porous structure of macropores and mesopores may be obtained. The hierarchical porous structure of macropores and mesopores means a porous structure in which macropores and mesopores have independent pore size distributions within the same porous body.

(3)有機系多孔質体のマクロ孔について、孔径の制御の自由度を向上できる。マクロ孔の孔径のモード(最頻値)は、例えば0.1~100μm、特に0.1~10μmの範囲で制御できる。また、マクロ孔の孔径のモード(以下、単に「マクロ孔の孔径A」又は「孔径A」と記載する)を、メソ孔の孔径のモード(以下、単に「メソ孔の孔径B」又は「孔径B」と記載する)とは独立して制御することも可能である。独立した制御が可能であることに基づき、例えば、メソ孔の孔径Bに対するマクロ孔の孔径Aの比A/Bの制御も可能である。 (3) It is possible to improve the degree of freedom in controlling the diameter of the macropores of the organic porous material. The pore size mode (mode) of macropores can be controlled, for example, in the range of 0.1 to 100 μm, particularly 0.1 to 10 μm. In addition, the pore diameter mode of macropores (hereinafter simply referred to as "macropore diameter A" or "pore diameter A") is defined as the pore diameter mode of mesopores (hereinafter simply referred to as "mesopore diameter B" or "pore diameter B”) can also be controlled independently. Based on the possibility of independent control, it is also possible to control, for example, the ratio A/B of the pore diameter A of the macropores to the pore diameter B of the mesopores.

(4)有機系多孔質体のマクロ孔の孔径分布を小さくできる。例えば、有機系多孔質体に対する細孔分布測定により評価して、8μm以下の孔径分布(「孔径分布」の詳細は後述する)を示すマクロ孔とすることができる。 (4) The pore size distribution of the macropores of the organic porous material can be reduced. For example, macropores having a pore size distribution of 8 μm or less (“pore size distribution” will be described in detail later) can be obtained by evaluating the pore size distribution of an organic porous material.

工程(I)におけるスピノーダル分解の進行の状態及び細孔制御の自由度は、典型的には、相分離誘起剤の分子量、溶液系における相分離誘起剤の濃度、工程(I)の実施温度及び/又は実施時間により制御できる。 The state of progress of spinodal decomposition and the degree of freedom of pore control in step (I) are typically determined by the molecular weight of the phase separation inducer, the concentration of the phase separation inducer in the solution system, the temperature at which step (I) is performed, and the / Or it can be controlled by execution time.

工程(I)の実施温度は、例えば20~80℃であり、40~60℃であってもよい。工程(I)の実施時間は、溶液系の組成により異なるが、例えば0.2~24時間であり、0.5~4時間であってもよい。工程(I)では、必要に応じて、形成した湿潤ゲルの熟成を進行させてもよい。熟成は、例えば、20~120℃程度の温度雰囲気に1~48時間程度、湿潤ゲルを放置することで実施できる。 The temperature at which step (I) is performed is, for example, 20-80°C, and may be 40-60°C. The implementation time of step (I) varies depending on the composition of the solution system, but is, for example, 0.2 to 24 hours, and may be 0.5 to 4 hours. In step (I), aging of the formed wet gel may proceed as necessary. Aging can be performed, for example, by leaving the wet gel in an atmosphere at a temperature of about 20 to 120° C. for about 1 to 48 hours.

[工程(II)]
工程(II)では、湿潤ゲルを乾燥させることにより、メラミン樹脂を基材とする骨格(framework)を湿潤ゲルの骨格相から形成し、マクロ孔を湿潤ゲルの溶液相から形成して、上記骨格及びマクロ孔を有する有機系多孔質体を得る。
[Step (II)]
In step (II), the wet gel is dried to form a melamine resin-based framework from the framework phase of the wet gel, and macropores are formed from the solution phase of the wet gel to form the framework. and an organic porous body having macropores.

乾燥は、例えば、湿潤ゲルから第1溶媒を除去することにより実施できる。第1溶媒の除去は、常温で実施しても、加熱雰囲気下で実施してもよい。第1溶媒の除去は、常圧で実施しても、減圧雰囲気下で実施してもよい。 Drying can be performed, for example, by removing the first solvent from the wet gel. The removal of the first solvent may be performed at room temperature or in a heated atmosphere. The removal of the first solvent may be performed under normal pressure or under a reduced pressure atmosphere.

工程(II)では、湿潤ゲルが含む溶媒を第1溶媒から第2溶媒に置換(溶媒置換)した後に湿潤ゲルを乾燥させてもよい。ただし、第2溶媒は、好ましくは、第1溶媒に比べて小さな表面張力及び/又は比誘電率を有する。表面張力及び比誘電率には、20~25℃の範囲にある温度での値を採用できる。第2溶媒が第1溶媒に比べて小さな表面張力及び/又は比誘電率を有する態様では、溶液相の表面張力及び/又はメラミン樹脂の骨格(アミノ基及び水酸基等の極性基を有する)と溶液相との間の相互作用に起因して生じうる乾燥時における骨格の収縮や変形に基づくメソ孔の減少を抑制できる。言い換えると、この態様は、階層的な多孔構造を有する有機系多孔質体の形成に有利である。なお、上記抑制により、例えば、有機系多孔質体の比表面積及び全細孔容積を維持できる。 In step (II), the wet gel may be dried after replacing the solvent contained in the wet gel from the first solvent with the second solvent (solvent replacement). However, the second solvent preferably has a lower surface tension and/or dielectric constant than the first solvent. Values at temperatures in the range of 20-25° C. can be used for surface tension and dielectric constant. In an aspect in which the second solvent has a smaller surface tension and/or dielectric constant than the first solvent, the surface tension of the solution phase and/or the skeleton of the melamine resin (having polar groups such as amino groups and hydroxyl groups) and the solution It is possible to suppress the reduction of mesopores due to the shrinkage and deformation of the framework during drying, which can occur due to the interaction between phases. In other words, this aspect is advantageous for forming an organic porous material having a hierarchical porous structure. In addition, for example, the specific surface area and the total pore volume of the organic porous material can be maintained by the above suppression.

第2溶媒の例は、イソプロパノール(IPA)等のアルコール、n-ヘキサン等のアルカン、ジエチルエーテル等のエーテル、ハイドロフルオロエーテル、ハイドロフルオロカーボンである。 Examples of second solvents are alcohols such as isopropanol (IPA), alkanes such as n-hexane, ethers such as diethyl ether, hydrofluoroethers, hydrofluorocarbons.

第2溶媒の表面張力(20℃)は、19.0mN/m以下であってもよい。n-ヘキサンの表面張力(20℃)は18.4mN/mである。なお、第1溶媒の一例としてのDMFの表面張力(20℃)は、37.1mN/mである。 The surface tension (20° C.) of the second solvent may be 19.0 mN/m or less. The surface tension of n-hexane (20° C.) is 18.4 mN/m. DMF as an example of the first solvent has a surface tension (20° C.) of 37.1 mN/m.

第2溶媒の比誘電率(20℃)は、20以下であってもよく、15以下、10以下、更には5以下であってもよい。イソプロパノールの比誘電率(20℃)は18、n-ヘキサンの誘電率(20℃)は2.0である。20℃での比誘電率が10以下の溶媒は低極性溶媒に、5以下の溶媒は無極性溶媒に、それぞれ分類できる。第2溶媒は、低極性溶媒であってもよく、無極性溶媒であってもよい。なお、第1溶媒の一例としてのDMFの比誘電率(20℃)は、37である。 The dielectric constant (20° C.) of the second solvent may be 20 or less, 15 or less, 10 or less, or even 5 or less. Isopropanol has a dielectric constant (20° C.) of 18, and n-hexane (20° C.) has a dielectric constant of 2.0. Solvents with a dielectric constant of 10 or less at 20° C. can be classified as low-polar solvents, and solvents with a dielectric constant of 5 or less can be classified as non-polar solvents. The second solvent may be a low-polar solvent or a non-polar solvent. DMF, which is an example of the first solvent, has a dielectric constant (20° C.) of 37.

乾燥は、超臨界乾燥又は凍結乾燥により実施してもよい。超臨界流体を使用した超臨界乾燥によれば、メソ孔の減少をより確実に抑制できる。超臨界流体の例は、CO2流体である。 Drying may be performed by supercritical drying or freeze-drying. Supercritical drying using a supercritical fluid can more reliably suppress the reduction of mesopores. An example of a supercritical fluid is a CO2 fluid.

工程(II)において、湿潤ゲルに対して液体含浸処理を実施した後に、湿潤ゲルを乾燥させてもよい。工程(II)で溶媒置換を実施する場合、液体含浸処理は、溶媒置換の前及び/又は後に実施してもよい。液体含浸処理によれば、その条件により、例えば、メソ孔の孔径Bの増加、有機系多孔質体の比表面積の増加、及び有機系多孔質体の全細孔容積の増加から選ばれる少なくとも1つが可能となる。また、液体含浸処理によれば、その条件により、メソ孔の孔径Bをマクロ孔の孔径Aとは独立して制御できる。メソ孔の孔径Bは、例えば、2nm以上40nm以下で制御可能である。なお、本発明者らの検討によれば、液体含浸処理による骨格(骨格成分)の溶解が孔径Bの変化に関わっている可能性がある。また、液体含浸処理により溶解したメラミン樹脂は再析出していないと推定される。メラミン樹脂は、水及び各種の溶媒に対する高い耐性を有すると共に、水及び各種の溶媒に対してほとんど膨潤性を示さない。このため、液体含浸処理による上記効果は予想外といえる。 In step (II), the wet gel may be dried after the liquid impregnation treatment is performed on the wet gel. When solvent replacement is performed in step (II), the liquid impregnation treatment may be performed before and/or after solvent replacement. According to the liquid impregnation treatment, depending on the conditions, for example, at least one selected from an increase in the pore diameter B of the mesopores, an increase in the specific surface area of the organic porous material, and an increase in the total pore volume of the organic porous material. one is possible. Further, according to the liquid impregnation treatment, the pore diameter B of the mesopores can be controlled independently of the pore diameter A of the macropores depending on the conditions. The pore diameter B of the mesopores can be controlled, for example, between 2 nm and 40 nm. According to the studies of the present inventors, there is a possibility that the dissolution of the skeleton (framework component) due to the liquid impregnation treatment is involved in the change in the pore size B. Moreover, it is presumed that the melamine resin dissolved by the liquid impregnation treatment is not reprecipitated. A melamine resin has high resistance to water and various solvents, and exhibits almost no swelling in water and various solvents. For this reason, it can be said that the above-mentioned effect of the liquid impregnation treatment is unexpected.

液体含浸処理は、例えば、所定の温度にある液体中に湿潤ゲルを浸漬して実施できる。液体は、加熱されていてもよい。当該液体への溶媒置換の後、湿潤ゲルを浸漬してもよい。所定の温度は、例えば4~500℃であり、4~230℃、20~200℃であってもよい。浸漬時間は、例えば1~120時間であり、5~72時間であってもよい。常圧又は加圧下で浸漬してもよい。加圧の圧力は、液体含浸処理の温度での液体の蒸気圧であってもよい。大気圧を超える当該圧力は、密閉容器中での浸漬により達成可能である。 The liquid impregnation treatment can be performed, for example, by immersing the wet gel in a liquid at a predetermined temperature. The liquid may be heated. After solvent replacement with the liquid, the wet gel may be immersed. The predetermined temperature is, for example, 4 to 500.degree. C., and may be 4 to 230.degree. C. and 20 to 200.degree. The immersion time is, for example, 1 to 120 hours, and may be 5 to 72 hours. You may immerse under a normal pressure or pressurization. The pressurization pressure may be the vapor pressure of the liquid at the liquid impregnation temperature. Such pressures above atmospheric pressure can be achieved by immersion in a closed container.

液体含浸処理の一例は、加熱された水を上記液体に用いた水熱処理である。水熱処理によれば、例えば、メソ孔の孔径Bの増加、並びに有機系多孔質体の比表面積及び/又は全細孔容積の増加を達成できる。水熱処理に使用する水は、酸、塩基及び塩から選ばれる少なくとも1種を実質的に含まなくてもよく、含まなくてもよい。水は、酸及び/又は塩基を実質的に含まなくてもよく、含まなくてもよい。水は、イオン交換水や蒸留水等の純水であってもよく、逆浸透膜、限外ろ過膜又は精密ろ過膜を透過させて得た高純度又は超高純度の水であってもよい。水熱処理の温度は、例えば90~500℃であり、100~400℃であってもよい。 An example of liquid impregnation treatment is hydrothermal treatment using heated water as the liquid. Hydrothermal treatment can achieve, for example, an increase in the pore diameter B of mesopores and an increase in the specific surface area and/or the total pore volume of the organic porous material. The water used for the hydrothermal treatment may or may not substantially contain at least one selected from acids, bases and salts. The water may or may not be substantially free of acids and/or bases. The water may be pure water such as ion-exchanged water or distilled water, or may be high-purity or ultra-high-purity water obtained by passing through a reverse osmosis membrane, an ultrafiltration membrane, or a microfiltration membrane. . The temperature of the hydrothermal treatment is, for example, 90-500°C, and may be 100-400°C.

液体含浸処理の別の例は、酸性の溶液を上記液体に用いた酸処理、及び塩基性の溶液を上記液体に用いた塩基処理である。酸処理に使用する溶液は、通常、酸を含む。塩基処理に使用する溶液は、通常、塩基を含む。 Another example of a liquid impregnation treatment is an acid treatment using an acidic solution on the liquid and a base treatment using a basic solution on the liquid. The solution used for acid treatment usually contains acid. The solution used for base treatment usually contains a base.

酸処理では、有機系多孔質体の比表面積及び/又は全細孔容積を増加できる。また、酸の種類及び酸処理の温度により、メソ孔の孔径Bを増加できる。酸の例は、塩酸、硝酸及び硝酸等の無機酸、並びにTFA及びトリフルオロメタンスルホン酸等の有機酸である。酸の種類により異なるが、濃度0.001~5mol/L程度の溶液を酸処理に使用できる。酸処理に使用する溶液の溶媒の例は、水及びIPA等のアルコールである。例えば濃度0.1mol/Lの塩酸水溶液(以下、塩酸水溶液を単に「塩酸」と記載する)では、120℃以上の酸処理温度とすることで、メソ孔の孔径Bを増加できる。濃度0.0046mol/LのTFA(水溶液又はIPA溶液)では、100℃以上の熱処理とすることで、メソ孔の孔径Bを増加できる。 The acid treatment can increase the specific surface area and/or the total pore volume of the organic porous material. In addition, the pore size B of the mesopores can be increased by changing the type of acid and the temperature of the acid treatment. Examples of acids are inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid and nitric acid, and organic acids such as TFA and trifluoromethanesulfonic acid. Depending on the type of acid, a solution with a concentration of about 0.001 to 5 mol/L can be used for acid treatment. Examples of solvents for solutions used for acid treatment are water and alcohols such as IPA. For example, in a hydrochloric acid aqueous solution with a concentration of 0.1 mol/L (hereinafter, the hydrochloric acid aqueous solution is simply referred to as "hydrochloric acid"), the pore diameter B of the mesopores can be increased by setting the acid treatment temperature to 120° C. or higher. In TFA (aqueous solution or IPA solution) with a concentration of 0.0046 mol/L, the pore size B of mesopores can be increased by heat treatment at 100° C. or higher.

塩基処理では、有機系多孔質体の比表面積及び/又は全細孔容積を増加できる。本発明者らの検討によれば、塩基処理において孔径Bは維持される傾向にある。塩基の例は、水素化テトラメチルアンモニウム等の水酸化アルキルアンモニウム、水酸化ナトリウム及びアンモニアである。塩基の種類により異なるが、濃度0.001~5mol/L程度の溶液を塩基処理に使用できる。塩基処理に使用する溶液の溶媒の例は、水及びIPA等のアルコールである。 The base treatment can increase the specific surface area and/or the total pore volume of the organic porous material. According to the studies of the present inventors, the pore size B tends to be maintained in the base treatment. Examples of bases are alkylammonium hydroxides such as tetramethylammonium hydride, sodium hydroxide and ammonia. Depending on the type of base, a solution with a concentration of about 0.001 to 5 mol/L can be used for base treatment. Examples of solvents for solutions used for base treatment are water and alcohols such as IPA.

酸処理及び塩基処理の温度は、例えば10~300℃であり、20~150℃であってもよい。浸漬により酸処理又は塩基処理を実施する場合の浸漬時間は、例えば0.5~72時間であり、1~24時間であってもよい。 The temperature of acid treatment and base treatment is, for example, 10 to 300°C, and may be 20 to 150°C. The immersion time when acid treatment or base treatment is performed by immersion is, for example, 0.5 to 72 hours, and may be 1 to 24 hours.

液体含浸処理のまた別の例は、加熱されたアルコールを上記液体に用いたアルコール処理である。アルコールの例は、IPAである。アルコールは、水を含んでいてもよい。アルコール処理では、有機系多孔質体の比表面積及び/又は全細孔容積を増加できる。また、処理に用いた溶液の種類及び温度により、メソ孔の孔径Bを増加できる。アルコール処理の溶液は、酸及び/又は塩基を実質的に含んでいなくてもよく、含んでいなくてもよい。 Yet another example of a liquid impregnation treatment is an alcohol treatment using heated alcohol for the liquid. An example of alcohol is IPA. Alcohol may contain water. The alcohol treatment can increase the specific surface area and/or the total pore volume of the organic porous material. Moreover, the pore diameter B of the mesopores can be increased by changing the type and temperature of the solution used for the treatment. The alcohol treatment solution may or may not be substantially acid and/or base free.

アルコール処理の温度は、例えば10~300℃であり、20~120℃であってもよい。浸漬によりアルコール処理を実施する場合の浸漬時間は、例えば0.5~72時間であり、1~24時間であってもよい。 The temperature of alcohol treatment is, for example, 10 to 300°C, and may be 20 to 120°C. The immersion time when the alcohol treatment is performed by immersion is, for example, 0.5 to 72 hours, and may be 1 to 24 hours.

液体含浸処理では、水熱処理、酸処理、塩基処理及びアルコール処理から選ばれる2以上の処理を組み合わせて実施してもよい。 In the liquid impregnation treatment, two or more treatments selected from hydrothermal treatment, acid treatment, base treatment and alcohol treatment may be combined.

マクロ孔とメソ孔とを有する有機系多孔質体を得る場合、並びにマクロ孔及びメソ孔の階層的な多孔構造を有する有機系多孔質体を得る場合には、工程(II)において、湿潤ゲルに対して上記細孔(原メソ孔)の径を調整する処理(調整処理)を実施した後に、湿潤ゲルを乾燥させてもよい。細孔の径の調整は、例えば、細孔の径の増加である。工程(II
)で溶媒置換を実施する場合、調整処理は、溶媒置換の前及び/又は後に実施してもよい。調整処理の例は、上記液体含浸処理である。
When obtaining an organic porous body having macropores and mesopores, and when obtaining an organic porous body having a hierarchical porous structure of macropores and mesopores, in step (II), the wet gel After performing a treatment (adjustment treatment) for adjusting the diameter of the pores (original mesopores), the wet gel may be dried. Adjustment of the pore size is, for example, an increase in the pore size. Process (II
), the conditioning process may be performed before and/or after the solvent replacement. An example of a conditioning treatment is the liquid impregnation treatment described above.

本発明の製造方法は、メラミン樹脂を基材とする骨格とマクロ孔とを有する有機系多孔質体が得られる限り、工程(I)及び工程(II)以外の他の工程を含んでもよい。 The production method of the present invention may include steps other than steps (I) and (II) as long as an organic porous body having a melamine resin-based skeleton and macropores is obtained.

他の工程の例は、工程(II)を経て得られた有機系多孔質体に対する後処理工程である。後処理工程の例は、有機系多孔質体に対する酸処理である。酸処理では、有機系多孔質体の比表面積及び/又は全細孔容積を増加できる。また、酸の種類及び酸処理の温度により、メソ孔の孔径Bを増加できる。有機系多孔質体に対する酸処理は、例えば、上述した湿潤ゲルに対する酸処理と同様に実施できる。 Another example of the process is a post-treatment process for the organic porous material obtained through the process (II). An example of the post-treatment step is acid treatment of the organic porous body. The acid treatment can increase the specific surface area and/or the total pore volume of the organic porous material. In addition, the pore size B of the mesopores can be increased by changing the type of acid and the temperature of the acid treatment. The acid treatment of the organic porous body can be carried out, for example, in the same manner as the acid treatment of the wet gel described above.

本発明の製造方法により得た有機系多孔質体は、後述する各種の用途に使用できる。各種の用途への使用において、細孔設計の高い自由度は有利である。 The organic porous material obtained by the production method of the present invention can be used for various uses described below. A high degree of freedom in pore design is advantageous for use in various applications.

本発明の製造方法により得た有機系多孔質体は、メラミン樹脂に基づく高い耐水性、耐酸性及び耐塩基性、特に耐塩基性、を示しうる。高い耐塩基性は、例えば、耐塩基性に劣るとされるシリカ系多孔質体に比べて、有利な点となりうる。また、本発明の製造方法により得た有機系多孔質体は、水及び各種の溶媒に対する低い膨潤性又は収縮性を示しうる。 The organic porous material obtained by the production method of the present invention can exhibit high water resistance, acid resistance and base resistance, especially base resistance, based on the melamine resin. High base resistance can be an advantage over, for example, silica-based porous bodies, which are considered to be inferior in base resistance. In addition, the organic porous material obtained by the production method of the present invention can exhibit low swelling or shrinkage in water and various solvents.

本発明の製造方法によれば、例えば、以下に説明する有機系多孔質体Aを製造できる。ただし、本発明の製造方法により製造される有機系多孔質体は、有機系多孔質体Aに限定されない。 According to the production method of the present invention, for example, the organic porous body A described below can be produced. However, the organic porous body manufactured by the manufacturing method of the present invention is not limited to the organic porous body A.

[有機系多孔質体A]
有機系多孔質体Aは、メラミン樹脂を基材とする骨格と、マクロ孔と、骨格の表面に開口を有するメソ孔とを有する。マクロ孔は、骨格間の空隙である。骨格は、マクロ孔の壁面を構成している。メソ孔は、マクロ孔と共に階層的な多孔構造を構成している。マクロ孔の孔径Aは、0.1μm以上10μm以下である。メソ孔の孔径Bは、2nm以上40nm以下である。上述のように、孔径A及び孔径Bは、いずれも、モード(最頻値)である。細孔分布測定により求めたモードを、孔径A及び孔径Bとすることができる。
[Organic porous body A]
The organic porous material A has a skeleton made of a melamine resin, macropores, and mesopores having openings on the surface of the skeleton. Macropores are the voids between the skeleton. The skeleton constitutes the walls of the macropores. Mesopores constitute a hierarchical porous structure together with macropores. The pore diameter A of the macropores is 0.1 μm or more and 10 μm or less. The pore diameter B of the mesopores is 2 nm or more and 40 nm or less. As described above, both pore diameter A and pore diameter B are modes (mode values). The modes determined by the pore size distribution measurement can be defined as the pore size A and the pore size B.

メソ孔の孔径Bに対するマクロ孔の孔径Aの比A/Bは、15以上であってもよく、50以上、100以上、150以上、300以上、500以上、更には1000以上であってもよい。300以上の比A/Bを有する有機系多孔質体は、例えば、10nm以下の孔径Bにより可能となる低分子を処理する吸着、分離もしくは反応用の担体として、又は数μm以上の開口径を有するフィルターとしての用途に好ましく利用できる。100以下の比A/Bを有する有機系多孔質体は、例えば、10nmを超える孔径Bにより可能となる中分子から巨大分子を処理する吸着、分離もしくは反応用の担体として、又は1μm以下の開口径を有するフィルターとしての用途に好ましく利用できる。なお、本明細書では、吸着用の担体を「吸着剤」とも記載する。 The ratio A/B of the pore diameter A of the macropores to the pore diameter B of the mesopores may be 15 or more, 50 or more, 100 or more, 150 or more, 300 or more, 500 or more, or even 1000 or more. . An organic porous material having a ratio A/B of 300 or more can be used, for example, as a carrier for adsorption, separation or reaction for treating low-molecular-weight molecules, or as a support with an aperture diameter of several μm or more. It can be preferably used for applications as a filter having. Organic-based porous bodies with a ratio A/B of 100 or less can be used, for example, as supports for adsorption, separation or reaction processing of medium to large molecules or with openings of 1 μm or less, which are made possible by pore sizes B greater than 10 nm. It can be preferably used as a filter having a caliber. In addition, in this specification, the carrier for adsorption is also described as "adsorbent".

有機系多孔質体Aの平均骨格径は、例えば0.1μm以上50μm以下であり、0.1μm以上10μm以下、更には0.5μm以上5μm以下であってもよい。骨格径は、骨格が延びる方向に垂直な断面の径である。平均骨格径は、例えば、電子顕微鏡等の拡大観察手法を用いた有機系多孔質体の観察により求めることができる。骨格の任意の場所に対して少なくとも10点の評価ポイントを設け、各ポイントで評価した骨格径の平均値を平均骨格径とすることができる。 The average skeleton diameter of the organic porous material A is, for example, 0.1 μm or more and 50 μm or less, and may be 0.1 μm or more and 10 μm or less, or further 0.5 μm or more and 5 μm or less. The skeleton diameter is the diameter of a cross section perpendicular to the direction in which the skeleton extends. The average skeleton diameter can be determined, for example, by observing an organic porous material using a magnifying observation technique such as an electron microscope. At least 10 evaluation points can be assigned to arbitrary locations of the skeleton, and the average value of the skeleton diameters evaluated at each point can be taken as the average skeleton diameter.

骨格の基材であるメラミン樹脂は、メラミン単量体及びアルデヒド単量体、並びに/又は上記オリゴマーの縮合重合により形成された構造を有している。 The melamine resin, which is the base material of the skeleton, has a structure formed by condensation polymerization of melamine monomers, aldehyde monomers, and/or the above oligomers.

有機系多孔質体Aは、マクロ孔及びメソ孔の階層的な多孔構造を有している。この点は、例えば、分離及び/又は反応用の担体、吸着剤、並びに触媒の担持体の用途に有利である。 The organic porous material A has a hierarchical porous structure of macropores and mesopores. This is advantageous, for example, for separation and/or reaction carrier, adsorbent, and catalyst support applications.

有機系多孔質体Aは、骨格とマクロ孔との共連続構造を有していてもよい。共連続構造を有する有機系多孔質体Aは、例えば、分離及び/又は反応用の担体、吸着剤、並びに触媒の担持体の用途に有利である。 The organic porous body A may have a co-continuous structure of skeleton and macropores. The organic porous material A having a co-continuous structure is advantageous for use as, for example, a carrier for separation and/or reaction, an adsorbent, and a catalyst support.

有機系多孔質体Aのマクロ孔は、有機系多孔質体Aに対する細孔分布測定により評価して、20μm以下の孔径分布を示してもよい。孔径分布は、10μm以下、8μm以下、7μm以下、6μm以下、5μm以下、更には4μm以下であってもよい。孔径分布は、細孔分布測定により得られた細孔分布曲線(典型的には、差分細孔容積分布又はLog差分細孔容積分布)において、ベースラインを基準として求められる最大値と最小値の差として求めることができる(図1参照)。孔径分布の小さなマクロ孔を有する有機系多孔質体Aは、例えば、分離及び/又は反応用の担体、吸着剤の用途に有利である。 The macropores of the organic porous material A may be evaluated by pore size distribution measurement of the organic porous material A and may exhibit a pore size distribution of 20 μm or less. The pore size distribution may be 10 μm or less, 8 μm or less, 7 μm or less, 6 μm or less, 5 μm or less, or even 4 μm or less. The pore size distribution is the maximum and minimum values obtained based on the baseline in the pore distribution curve (typically, differential pore volume distribution or Log differential pore volume distribution) obtained by pore distribution measurement. It can be obtained as a difference (see Figure 1). The organic porous material A having macropores with a narrow pore size distribution is advantageous for use as, for example, a carrier for separation and/or reaction and an adsorbent.

有機系多孔質体Aは、大きな比表面積を有しうる。比表面積は、例えば10m2/g以上であり、50m2/g以上、100m2/g以上、120m2/g以上、200m2/g以上、250m2/g以上、300m2/g以上、350m2/g以上、更には400m2/g以上であってもよい。比表面積の上限は、例えば1000m2/g以下である。大きな比表面積を有する有機系多孔質体Aは、例えば、分離及び/又は反応用の担体、吸着剤、並びに触媒の担持体の用途に有利である。 The organic porous material A can have a large specific surface area. The specific surface area is, for example, 10 m 2 /g or more, 50 m 2 /g or more, 100 m 2 /g or more, 120 m 2 /g or more, 200 m 2 /g or more, 250 m 2 /g or more, 300 m 2 /g or more, 350 m 2 /g or more. 2 /g or more, and may be 400 m 2 /g or more. The upper limit of the specific surface area is, for example, 1000 m 2 /g or less. The organic porous material A having a large specific surface area is advantageous for use as, for example, a carrier for separation and/or reaction, an adsorbent, and a catalyst carrier.

有機系多孔質体Aは、大きな全細孔容積を有しうる。全細孔容積は、例えば0.10cm3/g以上であり、0.20cm3/g以上、0.40cm3/g以上、0.50cm3/g以上、0.60cm3/g以上、1.0cm3/g以上、1.5cm3/g以上、更には2.0cm3/g以上であってもよい。全細孔容積の上限は、例えば3.5cm3/g以下である。大きな全細孔容積を有する有機系多孔質体Aは、例えば、分離及び/又は反応用の担体、吸着剤、並びに触媒の担持体の用途に有利である。 The organic porous body A can have a large total pore volume. The total pore volume is, for example, 0.10 cm 3 /g or more, 0.20 cm 3 /g or more, 0.40 cm 3 /g or more, 0.50 cm 3 /g or more, 0.60 cm 3 /g or more, 1 0 cm 3 /g or more, 1.5 cm 3 /g or more, or even 2.0 cm 3 /g or more. The upper limit of the total pore volume is, for example, 3.5 cm 3 /g or less. The organic porous material A having a large total pore volume is advantageous for applications such as carriers for separation and/or reactions, adsorbents, and supports for catalysts.

有機系多孔質体Aの比表面積及び全細孔容積は、細孔分布測定により評価できる。比表面積及び全細孔容積の評価には、例えば、バレット-ジョイナー-ハレンダ(BJH)法を利用できる。 The specific surface area and total pore volume of the organic porous material A can be evaluated by pore distribution measurement. For evaluation of specific surface area and total pore volume, for example, the Barrett-Joyner-Halenda (BJH) method can be used.

有機系多孔質体Aの骨格は、メラミン樹脂を基材とする。このため、有機系多孔質体Aは、優れた耐水性、耐酸性及び耐塩基性、特に耐塩基性、を示しうる。これにより、水、酸又は塩基と接した場合においても、例えば、マクロ孔の構成を維持できる。また、有機系多孔質体Aは、水及び各種の有機溶媒に対する低い膨潤性又は収縮性を示しうる。有機系多孔質体Aでは、例えば、各種の有機溶媒による容積の変化を抑制できる。この特性は、例えば、分離及び/又は反応用の担体、吸着剤、並びに触媒の担持体の用途に有利である。また、この特性は、有機系多孔質体Aをハウジングに収容した有機系多孔質カラムにおいて、特に有利である。 The skeleton of the organic porous material A is based on a melamine resin. Therefore, the organic porous body A can exhibit excellent water resistance, acid resistance and base resistance, particularly base resistance. This allows, for example, the macropore configuration to be maintained even when in contact with water, acids or bases. In addition, the organic porous material A can exhibit low swelling or shrinking properties with respect to water and various organic solvents. The organic porous body A can, for example, suppress changes in volume due to various organic solvents. This property is advantageous, for example, for separation and/or reaction support, adsorbent, and catalyst support applications. Moreover, this characteristic is particularly advantageous in an organic porous column containing the organic porous body A in a housing.

有機系多孔質体Aは、様々な形状をとることができる。形状の例は、粒子、シート、並びに直方体、ディスク及び円柱体のようなバルク(塊状)である。有機系多孔質体Aは、シート及びバルク等のモノリス体であってもよい。モノリス体である有機系多孔質体Aは、取り扱いが容易であると共に、例えば、粒子を凝集及び成形して得た多孔質体に比べて特性の均一性を向上できる。また、有機系多孔質体Aのメソ孔の孔径Bは2nm以上40nm以下の範囲にある。このため、モノリス体としたときの強度をより確実に確保できる。 The organic porous body A can have various shapes. Examples of shapes are particles, sheets and bulks such as cuboids, discs and cylinders. The organic porous body A may be a monolithic body such as a sheet or bulk. The organic porous body A, which is a monolithic body, is easy to handle and can improve the uniformity of properties compared to a porous body obtained by, for example, aggregating and molding particles. The pore diameter B of the mesopores of the organic porous material A is in the range of 2 nm or more and 40 nm or less. Therefore, the strength of the monolith body can be ensured more reliably.

有機系多孔質体Aは、例えば、上述した本発明の製造方法により製造できる。 The organic porous body A can be produced, for example, by the production method of the present invention described above.

[有機系多孔質体B]
有機系多孔質体Bは、上述した本発明の製造方法により得た有機系多孔質体である。有機系多孔質体Bは、有機系多孔質体Aの説明において上述した多孔質体Aの構成及び/又は1若しくは2以上の特性を有していてもよい。
[Organic porous body B]
The organic porous body B is an organic porous body obtained by the production method of the present invention described above. The organic porous body B may have the configuration and/or one or more properties of the porous body A described above in the description of the organic porous body A.

[有機系多孔質体A,Bの用途]
有機系多孔質体A,Bは、各種の用途に使用できる。用途の例は、分離及び/又は反応用の担体、吸着剤、触媒の担持体、並びに研磨剤である。上記各用途の物品、例えば吸着剤、は、有機系多孔質体A及び/又は有機系多孔質体Bを含む。吸着剤は、有機化合物、無機化合物、金属、ペプチド、タンパク質、核酸、ウィルス、細胞、ミクロソーム、コロイド等の吸着剤であってもよい。酸による金属の回収が可能な吸着剤とすることも、ppbのオーダーで金属を吸着可能な吸着剤とすることもできる。分離用の担体は、有機化合物、無機化合物、金属、ペプチド、タンパク質、核酸、ウィルス、細胞、ミクロソーム、コロイド等を分離する担体であってもよい。触媒は、電池用触媒であってもよい。有機系多孔質体A,Bを焼成してカーボン多孔質体としてもよい。カーボン多孔質体は、N-ドープカーボンや炭素多孔質体の原料となりうる。N-ドープカーボンは、例えば、半導体に利用できる。ただし、有機系多孔質体A,Bの用途は、上記例に限定されない。
[Applications of Organic Porous Materials A and B]
The organic porous bodies A and B can be used for various purposes. Examples of applications are supports for separations and/or reactions, adsorbents, supports for catalysts, and abrasives. The article for each of the above uses, such as an adsorbent, contains the organic porous body A and/or the organic porous body B. Adsorbents may be adsorbents such as organic compounds, inorganic compounds, metals, peptides, proteins, nucleic acids, viruses, cells, microsomes, colloids, and the like. The adsorbent can be an adsorbent capable of recovering metals with an acid, or an adsorbent capable of adsorbing metals on the order of ppb. Carriers for separation may be carriers that separate organic compounds, inorganic compounds, metals, peptides, proteins, nucleic acids, viruses, cells, microsomes, colloids, and the like. The catalyst may be a cell catalyst. The organic porous bodies A and B may be fired to form a carbon porous body. The carbon porous material can be used as a raw material for N-doped carbon and carbon porous material. N-doped carbon can be used, for example, in semiconductors. However, the applications of the organic porous bodies A and B are not limited to the above examples.

有機系多孔質体A,Bにより有機系多孔質カラムを得てもよい。有機系多孔質カラムは、有機系多孔質体A及び/又は有機系多孔質体Bとハウジングとを備える。有機系多孔質体A及び/又は有機系多孔質体Bは、ハウジングに収容されている。有機多孔質カラムの例は、吸着カラム、分離カラム及び反応カラムである。吸着カラムは、有機化合物、無機化合物、金属、ペプチド、タンパク質、核酸、ウィルス、細胞、ミクロソーム、コロイド等の吸着カラムであってもよい。分離カラムは、有機化合物、無機化合物、金属、ペプチド、タンパク質、核酸、ウィルス、細胞、ミクロソーム、コロイド等の分離カラムであってもよい。 An organic porous column may be obtained from the organic porous bodies A and B. The organic porous column comprises an organic porous body A and/or an organic porous body B and a housing. The organic porous body A and/or the organic porous body B are housed in a housing. Examples of organic porous columns are adsorption columns, separation columns and reaction columns. The adsorption column may be an adsorption column for organic compounds, inorganic compounds, metals, peptides, proteins, nucleic acids, viruses, cells, microsomes, colloids, and the like. The separation column may be a separation column for organic compounds, inorganic compounds, metals, peptides, proteins, nucleic acids, viruses, cells, microsomes, colloids, and the like.

シリカ系多孔質体を収容した無機系多孔質カラムにおいても、その表面に官能基を導入することで、金属の吸着やペプチドの分離が可能である。しかし、シリカは、塩基に弱く、塩基性の溶液に溶解しやすい。また、水酸基の存在する溶液(例えば、水、アルコール等)に対しては、加水分解による溶出が徐々に進行する。シリカの表面に導入した官能基は、酸により溶出しやすい。シリカ以外の他の無機酸化物においても同様である。 Even in an inorganic porous column containing a silica-based porous material, it is possible to adsorb metals and separate peptides by introducing functional groups onto the surface thereof. However, silica is weak against bases and easily dissolved in basic solutions. In addition, elution due to hydrolysis proceeds gradually with respect to solutions in which hydroxyl groups are present (for example, water, alcohol, etc.). The functional groups introduced on the surface of silica are easily eluted by acid. The same applies to inorganic oxides other than silica.

既存の有機系多孔質体(例えば、スチレンビーズ)は、通常、有機溶媒により膨潤又は収縮して容積が変化する。多孔質体の容積変化は、例えば、多孔質カラムとしての使用時に大きな問題となる。膨潤により、例えば、カラム内の流路が閉塞することがある。収縮により、例えば、カラムの機能が喪われることがある。有機溶媒に対して膨潤し難い有機系多孔質体(スチレン-ジビニルベンゼン系等)も存在する。しかし、当該多孔質体では、スチレン骨格に対して直接的に官能基を導入する後工程が必須である。 Existing organic porous materials (eg, styrene beads) are usually swelled or shrunk by an organic solvent to change their volume. A change in volume of a porous body, for example, becomes a big problem when used as a porous column. Swelling can, for example, clog channels in a column. Shrinkage can, for example, cause the column to lose function. There are also organic porous materials (styrene-divinylbenzene system, etc.) that are difficult to swell in organic solvents. However, the porous material requires a post-process to directly introduce a functional group into the styrene skeleton.

一方、有機系多孔質体A,Bは、優れた耐水性、耐酸性及び耐塩基性、並びに水及び各種の有機溶媒に対する低い膨潤性及び収縮性を示しうる。有機系多孔質体A,Bでは、例えば、各種の有機溶媒による容積の変化を抑制できる。また、有機系多孔質体A,Bでは、例えば、乾燥による収縮を抑制でき、湿潤状態以外での使用を視野に入れることができる。さらに、有機系多孔質体A,Bは、後工程を実施することなく、メラミン樹脂に由来するアミノ基等の極性基を無数に有している。これらの点は、上述した各用途における使用に有利である。 On the other hand, the organic porous bodies A and B can exhibit excellent water resistance, acid resistance and base resistance, and low swelling and shrinkage properties with respect to water and various organic solvents. In the organic porous bodies A and B, for example, changes in volume due to various organic solvents can be suppressed. In addition, the organic porous bodies A and B can suppress shrinkage due to drying, for example, and can be used in a state other than a wet state. Furthermore, the organic porous bodies A and B have countless polar groups such as amino groups derived from the melamine resin without performing post-processing. These points are advantageous for use in each of the applications described above.

以下、実施例により、本発明を更に詳細に説明する。本発明は、以下に示す具体的な態様に限定されない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. The present invention is not limited to the specific embodiments shown below.

[材料の準備]
PEO:シグマアルドリッチ製、数平均分子量(Mn)10万又は20万
メチロールメラミン:日本カーバイド工業製、ニカレジン(登録商標)
[Preparation of materials]
PEO: manufactured by Sigma-Aldrich, number average molecular weight (Mn) 100,000 or 200,000 Methylolmelamine: manufactured by Nippon Carbide Industry, Nikaresin (registered trademark)

[有機系多孔質体の評価方法]
作製した有機系多孔質体は、以下のように評価した。
[Evaluation method for organic porous material]
The produced organic porous bodies were evaluated as follows.

<骨格及びマクロ孔の構造>
骨格及びマクロ孔の構造は、走査型電子顕微鏡(以下、「SEM」と記載する)により観察した。SEMには、JEOL製、JSM-IT500HRを使用した。
<Structure of Skeleton and Macropores>
The structure of the skeleton and macropores was observed with a scanning electron microscope (hereinafter referred to as "SEM"). JSM-IT500HR manufactured by JEOL was used as the SEM.

<マクロ孔の孔径及び細孔分布>
マクロ孔の孔径及び細孔分布は、水銀圧入測定装置(島津製作所製、Autopore-IV-9505)により評価した。評価は、有機系多孔質体を真空乾燥(120℃、4時間以上)した後に実施した。
<Pore diameter and pore distribution of macropores>
The pore size and pore size distribution of the macropores were evaluated by a mercury intrusion measurement device (manufactured by Shimadzu Corporation, Autopore-IV-9505). The evaluation was carried out after drying the organic porous material in a vacuum (120° C., 4 hours or more).

<メソ孔の孔径、吸脱着等温線及び細孔分布、並びに比表面積及び全細孔容積>
メソ孔の孔径B、吸脱着等温線及び細孔分布、並びに有機系多孔質体の比表面積及び全細孔容積は、窒素吸着分析装置(マイクロトラック・ベル製、BELSORP-mini)により評価した。評価には、BJH法を採用した。評価は、有機系多孔質体を真空乾燥(120℃、4時間以上)した後に実施した。
<Mesopore diameter, adsorption/desorption isotherm and pore distribution, specific surface area and total pore volume>
The pore diameter B of the mesopores, the adsorption/desorption isotherm and pore distribution, and the specific surface area and total pore volume of the organic porous material were evaluated by a nitrogen adsorption analyzer (BELSORP-mini manufactured by Microtrack Bell). The BJH method was adopted for the evaluation. The evaluation was carried out after drying the organic porous material in a vacuum (120° C., 4 hours or more).

[1.マクロ孔の制御]
<有機系多孔質体の作製>
XmgのPEOを3.0mLのDMFに80℃で溶解させた。溶解液を室温に戻し、0.35gのメチロールメラミン(平均分子量260)を更に溶解させた。次に、50μLの硝酸水溶液(濃度60重量%)を重合触媒として加えて撹拌し、40℃にて静置して、ゲル化を進行させた。引き続き、40℃にて12時間及び60℃にて3時間の熟成を行い、湿潤ゲルを作製した。次に、湿潤ゲルをイソプロパノール(IPA)で溶媒置換し、更にn-ヘキサン(HEX)で溶媒置換した。次に、内容積100mLの空容器に湿潤ゲルを収容し、容器に蓋をすることなく常圧乾燥させて、有機系多孔質体を得た。溶媒置換は、50mLの各溶媒に対する8時間の浸漬を2回繰り返して実施した。常圧乾燥の乾燥温度は40℃、乾燥時間は24時間とした。
[1. Control of macropores]
<Preparation of organic porous material>
X mg of PEO was dissolved in 3.0 mL of DMF at 80°C. The solution was returned to room temperature, and 0.35 g of methylolmelamine (average molecular weight: 260) was further dissolved. Next, 50 μL of an aqueous nitric acid solution (concentration: 60% by weight) was added as a polymerization catalyst, stirred, and allowed to stand at 40° C. to promote gelation. Subsequently, aging was performed at 40° C. for 12 hours and at 60° C. for 3 hours to prepare a wet gel. The wet gel was then solvent-exchanged with isopropanol (IPA) and then with n-hexane (HEX). Next, the wet gel was placed in an empty container having an internal volume of 100 mL, and dried under normal pressure without covering the container to obtain an organic porous material. Solvent replacement was carried out by repeating 8-hour immersion in 50 mL of each solvent twice. The drying temperature of normal pressure drying was 40° C., and the drying time was 24 hours.

表1に、各サンプルにおけるPEOのMn及び使用量Xを示す。 Table 1 shows the Mn and amount X of PEO in each sample.

Figure 0007324444000001
Figure 0007324444000001

図2Aに、サンプル1A~1Fについて、骨格及びマクロ孔のSEMによる観察結果を示す。図3に、サンプル2A~2Eについて、骨格及びマクロ孔のSEMによる観察結果を示す。また、表2及び表3のそれぞれに、サンプル1A~1F及び2A~2Eのマクロ孔の孔径A及びメソ孔の孔径Bを示す。なお、表2,3の「-」は、未測定を意味する。 FIG. 2A shows SEM observations of the skeleton and macropores for samples 1A-1F. FIG. 3 shows SEM observations of the skeleton and macropores for Samples 2A-2E. Tables 2 and 3 also show the macropore diameter A and the mesopore diameter B of samples 1A to 1F and 2A to 2E, respectively. "-" in Tables 2 and 3 means unmeasured.

Figure 0007324444000002
Figure 0007324444000002

Figure 0007324444000003
Figure 0007324444000003

図2A,3及び表2,3に示すように、PEOのMn及び添加量により、メソ孔の孔径Bとは独立して、有機系多孔質体のマクロ孔の孔径Aを制御できた。PEOのMnが大きいほど、孔径Aは大きくなる傾向を示した。PEOのMnが20万であるサンプル1A~1Eでは、1.0~10μmの範囲で孔径Aを制御できた。PEOのMnが10万であるサンプル2A~2Eでは、0.1~1.0μmの範囲で孔径Aを制御できた。 As shown in FIGS. 2A and 3 and Tables 2 and 3, the pore diameter A of the macropores of the organic porous material could be controlled independently of the pore diameter B of the mesopores by the Mn and the amount of PEO added. The pore size A tended to increase as the Mn of PEO increased. In samples 1A to 1E in which Mn of PEO is 200,000, the pore diameter A could be controlled within the range of 1.0 to 10 μm. In samples 2A to 2E, in which Mn of PEO is 100,000, the pore size A could be controlled within the range of 0.1 to 1.0 μm.

また、サンプル1B~1F,2B~2Eは、骨格及びマクロ孔の共連続構造を有していた。サンプル1A,2Aは、マクロ孔の孔径Aが小さく、上記SEM観察像ではマクロ孔の確認ができなかった。 Also, samples 1B to 1F and 2B to 2E had a co-continuous structure of skeleton and macropores. In samples 1A and 2A, the pore size A of the macropores was small, and the macropores could not be confirmed in the SEM image.

細孔分布測定及びSEMの観察によれば、サンプル1A~1F,2A~2Eは、マクロ孔及びメソ孔の階層的な多孔構造を有していた。代表的な例としてサンプル1Cの骨格及びマクロ孔、並びに骨格の表面に開口を有するメソ孔のSEMによる観察結果を図2Bに示す。 According to pore distribution measurement and SEM observation, samples 1A-1F and 2A-2E had a hierarchical porous structure of macropores and mesopores. As a representative example, the results of SEM observation of the framework and macropores of Sample 1C, and mesopores having openings on the surface of the framework are shown in FIG. 2B.

サンプル1D,1Eについて、マクロ孔の細孔分布測定の結果(図4は積算細孔容積、図5は差分細孔容積分布)を図4,5に示す。図4,5に示すように、マクロ孔の孔径分布は、サンプル1Dについて2.2μm、サンプル1Eについて3.7μmと、8μm以下であった。サンプル1A~1C,1F,2A~2Eについても同様であった。 4 and 5 show the results of pore distribution measurement of macropores for samples 1D and 1E (cumulative pore volume in FIG. 4 and differential pore volume distribution in FIG. 5). As shown in FIGS. 4 and 5, the pore size distribution of the macropores was 2.2 μm for sample 1D and 3.7 μm for sample 1E, less than 8 μm. The same was true for samples 1A-1C, 1F and 2A-2E.

サンプル1C~1E,2A,2Cの窒素吸脱着等温線を図6に示す。サンプル1C~1E,2A,2Cについて、メソ孔の細孔分布測定の結果(差分細孔容積分布)を図7に示す。図6,7に示すように、マクロ孔の孔径Aが変化した場合においても、メソ孔の孔径Bはほとんど変化しなかった。サンプル1A,1B,1F,2B,2D,2Eについても同様であった。 The nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 1C-1E, 2A and 2C are shown in FIG. FIG. 7 shows the results of mesopore pore distribution measurement (differential pore volume distribution) for samples 1C to 1E, 2A, and 2C. As shown in FIGS. 6 and 7, even when the pore diameter A of the macropores changed, the pore diameter B of the mesopores hardly changed. The same was true for samples 1A, 1B, 1F, 2B, 2D and 2E.

[2.メソ孔の制御]
(I)溶媒置換に用いる溶媒の選択
溶媒置換にIPAのみを使用すると共に、乾燥温度を60℃に変更した以外はサンプル2Cと同様にして、サンプル2CAを得た。サンプル2C,2CAの窒素吸脱着等温線を図8に示す。サンプル2C,2CAについて、メソ孔の細孔分布測定の結果(差分細孔容積分布)を図9に示す。サンプル2C,2CAの比表面積及び全細孔容積を表4に示す。
[2. Control of mesopores]
(I) Selection of solvent used for solvent replacement Sample 2CA was obtained in the same manner as sample 2C except that only IPA was used for solvent replacement and the drying temperature was changed to 60°C. FIG. 8 shows nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 2C and 2CA. FIG. 9 shows the results of mesopore pore distribution measurement (differential pore volume distribution) for samples 2C and 2CA. Table 4 shows the specific surface areas and total pore volumes of Samples 2C and 2CA.

Figure 0007324444000004
Figure 0007324444000004

図8,9及び表4に示すように、HEXに溶媒置換した状態で常圧乾燥する(サンプル2C)ことにより、IPAに溶媒置換した状態で常圧乾燥した場合(サンプル2CA)に比べて、有機系多孔質体の比表面積及び全細孔容積が増加した。また、メソ孔の孔径Bは、HEXに溶媒置換した状態で常圧乾燥した場合の方が大きくなった。比表面積及び全細孔容積の変化は、湿潤ゲルが有する原メソ孔が乾燥時にどの程度残留するか(残留率)の相違によると考えられた。また、孔径Bの変化は、湿潤ゲルが有する原メソ孔が乾燥時に受ける収縮力の相違によると考えられた。残留率及び収縮力の相違は、IPA及びHEX間の表面張力及び/又は極性の強さの差に起因すると推定された。なお、溶媒置換に用いる溶媒の選択は、マクロ孔の形状及び孔径Aに対してほとんど影響しなかった。 As shown in FIGS. 8, 9 and Table 4, by drying at normal pressure with the solvent replaced with HEX (Sample 2C), compared to the case of drying at normal pressure with the solvent replaced with IPA (Sample 2CA), The specific surface area and total pore volume of the organic porous material increased. In addition, the pore size B of the mesopores was larger when the solvent was replaced with HEX and dried under normal pressure. The change in specific surface area and total pore volume was considered to be due to the difference in how much the original mesopores of the wet gel remained after drying (residual ratio). Moreover, it was considered that the change in the pore diameter B was due to the difference in shrinkage force that the original mesopores of the wet gel received during drying. Differences in retention rate and shrinkage force were presumed to be due to differences in surface tension and/or polar strength between IPA and HEX. The selection of the solvent used for solvent replacement had little effect on the shape and pore size A of the macropores.

(II)乾燥条件
Mn20万のPEOを45mg使用した以外はサンプル1Aと同様にして、サンプル3A~3Cを得た。ただし、サンプル3Aの溶媒置換にはIPAのみを使用した。サンプル3Cの乾燥は、溶媒置換することなく、超臨界状態にあるCO2(圧力14MPa、温度80℃)を用いた超臨界乾燥により行った。また、乾燥時間を48時間とした以外はサンプル3A,3Bと同様にして、サンプル3AL,3BLを得た。サンプル3AL,3BLは、サンプル3A,3Bに比べて長時間の乾燥、言い換えると、密閉空間から溶媒が蒸発する速度が穏やかな条件下での乾燥、により得た。
(II) Drying Conditions Samples 3A to 3C were obtained in the same manner as Sample 1A, except that 45 mg of Mn 200,000 PEO was used. However, only IPA was used for solvent replacement of sample 3A. Drying of sample 3C was performed by supercritical drying using CO 2 in a supercritical state (pressure 14 MPa, temperature 80° C.) without replacing the solvent. Samples 3AL and 3BL were obtained in the same manner as Samples 3A and 3B, except that the drying time was changed to 48 hours. Samples 3AL and 3BL were obtained by drying for a longer period of time than samples 3A and 3B, in other words, by drying under conditions in which the solvent evaporates from the closed space at a moderate rate.

サンプル3A,3AL,3B,3BL,3Cの窒素吸脱着等温線を図10に示す。サンプル3A,3AL,3B,3BL,3Cについて、メソ孔の細孔分布測定の結果(差分細孔容積分布)を図11に示す。サンプル3A,3AL,3B,3BL,3Cの比表面積及び全細孔容積を表5に示す。 FIG. 10 shows nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 3A, 3AL, 3B, 3BL and 3C. FIG. 11 shows the results of mesopore pore distribution measurement (differential pore volume distribution) for Samples 3A, 3AL, 3B, 3BL, and 3C. Table 5 shows the specific surface areas and total pore volumes of Samples 3A, 3AL, 3B, 3BL and 3C.

Figure 0007324444000005
Figure 0007324444000005

図10,11及び表5に示すように、常圧乾燥の時間を長くすることにより、有機系多孔質体の比表面積及び全細孔容積が増加した。一方、メソ孔の孔径Bは、ほとんど変化しなかった。また、超臨界乾燥により、有機系多孔質体の比表面積及び全細孔容積が大きく増加すると共に、メソ孔の孔径Bが増加した。比表面積及び全細孔容積の変化は、原メソ孔の上記残留率の相違によると考えられた。また、超臨界乾燥による孔径Bの増加は、原メソ孔に対する上記収縮率の低減によると考えられた。なお、乾燥時間及び乾燥手法は、マクロ孔の形状及び孔径Aに対してほとんど影響しなかった。 As shown in FIGS. 10 and 11 and Table 5, the specific surface area and the total pore volume of the organic porous material increased by lengthening the normal pressure drying time. On the other hand, the pore diameter B of the mesopores hardly changed. Moreover, the supercritical drying significantly increased the specific surface area and the total pore volume of the organic porous material, and also increased the pore size B of the mesopores. The change in specific surface area and total pore volume was considered to be due to the difference in the residual ratio of original mesopores. Also, the increase in the pore diameter B due to supercritical drying was considered to be due to the decrease in the aforementioned shrinkage rate with respect to the original mesopores. It should be noted that the drying time and drying method had little effect on the shape and pore size A of the macropores.

(III)水熱処理
湿潤ゲルに対して水熱処理を実施した以外はサンプル1Cと同様にして、サンプル4A~4Eを得た。水熱処理は、熟成と溶媒置換との間に実施した。水熱処理は、熟成後の湿潤ゲルを常温(25℃)の蒸留水に8時間浸漬することを2回繰り返した後、密閉された容器中において約20mLの蒸留水に湿潤ゲルを浸漬し、温度T℃で24時間加熱して実施した。サンプル1C,4A~4Eの窒素吸脱着等温線を図12に示す。サンプル1C,4A~4Eについて、メソ孔の細孔分布測定の結果(差分細孔容積分布)を図13に示す。サンプル1C,4A~4Eの水熱処理の温度T(サンプル1Cを除く)、メソ孔の孔径B、比表面積及び全細孔容積を表6に示す。
(III) Hydrothermal treatment Samples 4A to 4E were obtained in the same manner as Sample 1C, except that the wet gel was hydrothermally treated. Hydrothermal treatment was performed between aging and solvent replacement. In the hydrothermal treatment, the wet gel after aging is repeatedly immersed in distilled water at room temperature (25 ° C.) for 8 hours, and then the wet gel is immersed in about 20 mL of distilled water in a sealed container. It was carried out by heating at T° C. for 24 hours. FIG. 12 shows nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 1C and 4A to 4E. FIG. 13 shows the results of mesopore distribution measurement (differential pore volume distribution) for samples 1C and 4A to 4E. Table 6 shows the hydrothermal treatment temperature T (except sample 1C), mesopore diameter B, specific surface area and total pore volume of samples 1C and 4A to 4E.

Figure 0007324444000006
Figure 0007324444000006

図12,13及び表6に示すように、水熱処理の温度を高くすることにより、メソ孔の孔径Bが増加すると共に、有機系多孔質体の比表面積及び全細孔容積が増加した。水熱処理の温度が120℃のときに、比表面積及び全細孔容積は最も大きくなった。また、水熱処理の時間を変化させたところ、時間が長いほどメソ孔の孔径Bが増加すると共に、比表面積及び全細孔容積が増加する傾向を示した。なお、水熱処理は、マクロ孔の形状及び孔径Aに対してほとんど影響しなかった。 As shown in FIGS. 12 and 13 and Table 6, increasing the temperature of the hydrothermal treatment increased the pore diameter B of the mesopores and increased the specific surface area and total pore volume of the organic porous material. The specific surface area and total pore volume were maximized when the hydrothermal treatment temperature was 120°C. When the hydrothermal treatment time was varied, the longer the time, the larger the pore size B of the mesopores, and the specific surface area and total pore volume tended to increase. The hydrothermal treatment had little effect on the macropore shape and pore diameter A.

Mn20万のPEOを45mg使用した以外はサンプル1Aと同様にして、サンプル4Fを得た。また、湿潤ゲルに対して水熱処理を実施した以外はサンプル4Fと同様にして、サンプル4G~4M(水熱処理の温度90℃)及びサンプル4N~4R(水熱処理の温度120℃)を得た。水熱処理は、IPAによる溶媒置換の後に実施した。水熱処理は、IPAによる溶媒置換後の湿潤ゲルを常温の蒸留水に8時間浸漬することを2回繰り返した後、密閉された容器中において約20mLの蒸留水に湿潤ゲルを浸漬し、温度90℃又は120℃でD日間(90℃)又はL時間(120℃)加熱して実施した。なお、サンプル4Fを除く各サンプルは、水熱処理後の湿潤ゲルに対してIPA及びHEXによる溶媒置換及びその後の常圧乾燥を実施して得た。サンプル4F~4M及びサンプル4F,4N~4Rの窒素吸脱着等温線を、それぞれ図14及び図16に示す。サンプル4F~4M及びサンプル4F,4N~4Rについて、メソ孔の細孔分布測定の結果(差分細孔容積分布)を、それぞれ図15及び図17に示す。サンプル4F,4G~4Rの水熱処理の温度及び時間D(サンプル4Fを除く)、並びに比表面積及び全細孔容積を表7に示す。 Sample 4F was obtained in the same manner as Sample 1A, except that 45 mg of PEO with Mn of 200,000 was used. In addition, samples 4G to 4M (hydrothermal treatment temperature 90° C.) and samples 4N to 4R (hydrothermal treatment temperature 120° C.) were obtained in the same manner as sample 4F except that the wet gel was subjected to hydrothermal treatment. Hydrothermal treatment was performed after solvent replacement with IPA. In the hydrothermal treatment, the wet gel after solvent replacement with IPA is repeatedly immersed in distilled water at room temperature for 8 hours, and then the wet gel is immersed in about 20 mL of distilled water in a sealed container. C. or 120.degree. C. for D days (90.degree. C.) or L hours (120.degree. C.). In addition, each sample except for sample 4F was obtained by exchanging the solvent with IPA and HEX for the wet gel after the hydrothermal treatment and then drying at normal pressure. The nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 4F-4M and samples 4F, 4N-4R are shown in FIGS. 14 and 16, respectively. The results of mesopore pore distribution measurement (differential pore volume distribution) for samples 4F to 4M and samples 4F and 4N to 4R are shown in FIGS. 15 and 17, respectively. Table 7 shows the temperature and time D of the hydrothermal treatment of Samples 4F, 4G to 4R (except Sample 4F), as well as the specific surface area and total pore volume.

Figure 0007324444000007
Figure 0007324444000007

図14~17及び表7に示すように、溶媒置換後の水熱処理の時間を長く及び/又は温度を高くすることにより、メソ孔の孔径Bが増加すると共に、有機系多孔質体の比表面積及び全細孔容積が増加した。水熱処理の時間が5日(90℃)及び12時間(120℃)のときに、比表面積及び全細孔容積は最も大きくなった。なお、水熱処理は、マクロ孔の形状及び孔径Aに対してほとんど影響しなかった。 As shown in FIGS. 14 to 17 and Table 7, by increasing the time and/or temperature of the hydrothermal treatment after solvent replacement, the pore diameter B of the mesopores increases and the specific surface area of the organic porous material and increased total pore volume. The specific surface area and total pore volume became the largest when the hydrothermal treatment time was 5 days (90°C) and 12 hours (120°C). The hydrothermal treatment had little effect on the macropore shape and pore diameter A.

湿潤ゲルに対して水熱処理を実施した以外はサンプル4Fと同様にして、サンプル4S~4Z及び4α,4βを得た。水熱処理は、IPAによる溶媒置換の後に実施した。水熱処理は、IPAによる溶媒置換後の湿潤ゲルを常温の蒸留水に8時間浸漬することを2回繰り返した後、密閉された容器中において約20mLの蒸留水に湿潤ゲルを浸漬し、温度T℃で24時間加熱して実施した。なお、各サンプルは、水熱処理後の湿潤ゲルに対してIPA及びHEXによる溶媒置換及びその後の常圧乾燥を実施して得た。サンプル4F,4S~4βの窒素吸脱着等温線を図18に示す。サンプル4F,4S~4βについて、メソ孔の細孔分布測定の結果(差分細孔容積分布)を図19に示す。サンプル4F,4S~4βの水熱処理の温度T(サンプル4Fを除く)、比表面積及び全細孔容積を表8に示す。 Samples 4S to 4Z and 4α and 4β were obtained in the same manner as Sample 4F, except that the wet gel was subjected to hydrothermal treatment. Hydrothermal treatment was performed after solvent replacement with IPA. In the hydrothermal treatment, the wet gel after solvent replacement with IPA is repeatedly immersed in distilled water at room temperature for 8 hours, and then the wet gel is immersed in about 20 mL of distilled water in a sealed container. C. for 24 hours. Each sample was obtained by subjecting the wet gel after hydrothermal treatment to solvent replacement with IPA and HEX, followed by normal pressure drying. FIG. 18 shows nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 4F, 4S to 4β. FIG. 19 shows the results of mesopore pore distribution measurement (differential pore volume distribution) for samples 4F and 4S to 4β. Table 8 shows the hydrothermal treatment temperature T (excluding sample 4F), specific surface area and total pore volume of samples 4F and 4S to 4β.

Figure 0007324444000008
Figure 0007324444000008

図18,19及び表8に示すように、溶媒置換後の水熱処理の温度を高くすることにより、メソ孔の孔径Bが増加すると共に、有機系多孔質体の比表面積及び全細孔容積が増加した。水熱処理の温度Tが130℃のときに、比表面積及び全細孔容積は最も大きくなった。水熱処理の温度が140℃以上になると、130℃のときに比べてメソ孔の孔径Bが減少すると共に、比表面積及び全細孔容積も減少する傾向を示した。なお、水熱処理は、マクロ孔の形状及び孔径Aに対してほとんど影響しなかった。 As shown in FIGS. 18, 19 and Table 8, by increasing the temperature of the hydrothermal treatment after solvent replacement, the pore diameter B of the mesopores increases, and the specific surface area and total pore volume of the organic porous material increase. Increased. When the hydrothermal treatment temperature T was 130°C, the specific surface area and the total pore volume were the largest. When the hydrothermal treatment temperature was 140°C or higher, the pore size B of the mesopores tended to decrease, and the specific surface area and total pore volume also tended to decrease, compared to those at 130°C. The hydrothermal treatment had little effect on the macropore shape and pore diameter A.

(IV)種々の液体を用いた液体含浸処理
Mn20万のPEOを45mg使用すると共に、熟成後の湿潤ゲルに対して種々の液体を用いた液体含浸処理を実施した以外はサンプル1Aと同様にして、サンプル5A~5Dを得た。液体含浸処理は、IPAによる溶媒置換の後に実施した。液体含浸処理は、IPAによる溶媒置換後の湿潤ゲルを、密閉された容器中において約20mLの上記液体に浸漬し、温度120℃で24時間加熱して実施した。なお、サンプル5A~5Dは、液体含浸処理後の湿潤ゲルに対してIPA及びHEXによる溶媒置換及びその後の常圧乾燥を実施して得た。サンプル5A~5Dの窒素吸脱着等温線を図20に示す。サンプル5A~5Dについて、メソ孔の細孔分布測定の結果(差分細孔容積分布)を図21に示す。サンプル5A~5Dの液体含浸処理に用いた液体、比表面積及び全細孔容積を表9に示す。
(IV) Liquid impregnation treatment using various liquids 45 mg of Mn 200,000 PEO was used, and the wet gel after aging was subjected to liquid impregnation treatment using various liquids in the same manner as sample 1A. , to obtain samples 5A-5D. Liquid impregnation was performed after solvent replacement with IPA. The liquid impregnation treatment was carried out by immersing the wet gel after solvent replacement with IPA in about 20 mL of the above liquid in a sealed container and heating at a temperature of 120° C. for 24 hours. Samples 5A to 5D were obtained by performing solvent replacement with IPA and HEX on the wet gel after the liquid impregnation treatment and then drying at normal pressure. The nitrogen adsorption and desorption isotherms of Samples 5A-5D are shown in FIG. FIG. 21 shows the results of mesopore pore distribution measurement (differential pore volume distribution) for samples 5A to 5D. Table 9 shows the liquid, specific surface area and total pore volume used in the liquid impregnation treatment of Samples 5A-5D.

Figure 0007324444000009
Figure 0007324444000009

図20,21及び表9に示すように、いずれの液体を用いた120℃の液体含浸処理においてもメソ孔の孔径Bが増加すると共に、有機系多孔質体の比表面積及び全細孔容積が増加した。また、図示していないものの、液体含浸処理の時間を変化させたところ、時間が長いほどメソ孔の孔径Bが増加すると共に、比表面積及び全細孔容積が増加する傾向を示した。なお、液体含浸処理は、マクロ孔の形状及び孔径Aに対してほとんど影響しなかった。 As shown in FIGS. 20, 21 and Table 9, the pore diameter B of the mesopores increased and the specific surface area and total pore volume of the organic porous material increased in the liquid impregnation treatment at 120° C. using any of the liquids. Increased. Although not shown, when the liquid impregnation time was changed, the longer the time, the larger the pore diameter B of the mesopores, and the specific surface area and total pore volume tended to increase. It should be noted that the liquid impregnation treatment had little effect on the shape and pore size A of the macropores.

(V)酸処理及び塩基処理
湿潤ゲルに対して塩酸による酸処理を実施した以外はサンプル4Fと同様にして、サンプル6A~6Cを得た。酸処理は、IPAによる溶媒置換の後に実施した。酸処理は、IPAによる溶媒置換後の湿潤ゲルを常温の塩酸(濃度0.1mol/L)に8時間浸漬することを2回繰り返した後、約20mLの上記塩酸に温度T℃で24時間、湿潤ゲルを浸漬して実施した。なお、各サンプルは、酸処理後の湿潤ゲルに対してIPA及びHEXによる溶媒置換及びその後の常圧乾燥を実施して得た。サンプル4F,6A~6Cの窒素吸脱着等温線を図22に示す。サンプル4F,6A~6Cについて、メソ孔の細孔分布測定の結果(差分細孔容積分布)を図23に示す。サンプル4F,6A~6Cの酸処理の温度T(サンプル4Fを除く)、比表面積及び全細孔容積を表10に示す。
(V) Acid Treatment and Base Treatment Samples 6A to 6C were obtained in the same manner as Sample 4F, except that the wet gel was acid treated with hydrochloric acid. Acid treatment was performed after solvent replacement with IPA. The acid treatment is performed by repeatedly immersing the wet gel after solvent replacement with IPA in hydrochloric acid (concentration 0.1 mol/L) at room temperature for 8 hours, followed by immersing it in about 20 mL of the above hydrochloric acid at a temperature of T ° C. for 24 hours. It was performed by soaking the wet gel. Each sample was obtained by exchanging the solvent with IPA and HEX for the wet gel after the acid treatment and then drying it under normal pressure. FIG. 22 shows nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 4F and 6A to 6C. FIG. 23 shows the results of mesopore pore distribution measurement (differential pore volume distribution) for samples 4F and 6A to 6C. Table 10 shows the acid treatment temperature T (except sample 4F), specific surface area and total pore volume of samples 4F and 6A to 6C.

Figure 0007324444000010
Figure 0007324444000010

図22,23及び表10に示すように、100℃以上の酸処理により有機系多孔質体の比表面積及び全細孔容積が増加した。メソ孔の孔径Bは、上記各条件の酸処理ではほとんど変化しなかった。当該酸処理は、マクロ孔の形状及び孔径Aに対してほとんど影響しなかった。なお、60℃以下の酸処理では、骨格成分が溶解することなく、酸の触媒作用による加水分解及び重縮合反応によって骨格の再結合が促進された結果、比表面積及び全細孔容積が減少したと推定される。 As shown in FIGS. 22 and 23 and Table 10, the acid treatment at 100° C. or higher increased the specific surface area and total pore volume of the organic porous material. The pore diameter B of the mesopores hardly changed in the acid treatment under each of the above conditions. The acid treatment had little effect on the macropore shape and pore diameter A. In addition, in the acid treatment at 60°C or less, the skeleton components did not dissolve, and the recombination of the skeleton was promoted by the hydrolysis and polycondensation reaction catalyzed by the acid, resulting in a decrease in the specific surface area and total pore volume. It is estimated to be.

湿潤ゲルに対してTFAによる酸処理を実施した以外はサンプル4Fと同様にして、サンプル6D~6Gを得た。酸処理は、IPAによる溶媒置換の後に実施した。酸処理は、IPAによる溶媒置換後の湿潤ゲルをTFAのIPA溶液(濃度4.6mmol/L、温度25℃、約20mL)に温度T℃で24時間、浸漬して実施した。なお、各サンプルは、酸処理後の湿潤ゲルに対してIPA及びHEXによる溶媒置換及びその後の常圧乾燥を実施して得た。サンプル4F,6D~6Gの窒素吸脱着等温線を図24に示す。サンプル4F,6D~6Gについて、メソ孔の細孔分布測定の結果(差分細孔容積分布)を図25に示す。サンプル4F,6D~6Gの酸処理の温度T(サンプル4Fを除く)、比表面積及び全細孔容積を表11に示す。 Samples 6D to 6G were obtained in the same manner as sample 4F, except that the wet gel was acid-treated with TFA. Acid treatment was performed after solvent replacement with IPA. The acid treatment was performed by immersing the wet gel after solvent replacement with IPA in an IPA solution of TFA (concentration 4.6 mmol/L, temperature 25° C., about 20 mL) at a temperature T° C. for 24 hours. Each sample was obtained by exchanging the solvent with IPA and HEX for the wet gel after the acid treatment and then drying it under normal pressure. FIG. 24 shows nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 4F and 6D to 6G. FIG. 25 shows the results of mesopore pore distribution measurement (differential pore volume distribution) for samples 4F and 6D to 6G. Table 11 shows the acid treatment temperature T (except sample 4F), specific surface area and total pore volume of samples 4F and 6D to 6G.

Figure 0007324444000011
Figure 0007324444000011

図24,25及び表11に示すように、100℃以上の酸処理によりメソ孔の孔径Bが増加すると共に、有機系多孔質体の比表面積及び全細孔容積が増加した。また、酸処理の温度が高くなるほど、孔径B、比表面積及び全細孔容積は増加する傾向を示した。当該酸処理は、マクロ孔の形状及び孔径Aに対してほとんど影響しなかった。なお、60℃以下の酸処理では、骨格成分が溶解することなく、酸の触媒作用による加水分解及び重縮合反応によって骨格の再結合が促進された結果、比表面積及び全細孔容積が減少したと推定される。 As shown in FIGS. 24 and 25 and Table 11, acid treatment at 100° C. or higher increased the pore diameter B of mesopores, and also increased the specific surface area and total pore volume of the organic porous material. Moreover, the pore diameter B, the specific surface area and the total pore volume tended to increase as the acid treatment temperature increased. The acid treatment had little effect on the macropore shape and pore diameter A. In addition, in the acid treatment at 60°C or less, the skeleton components did not dissolve, and the recombination of the skeleton was promoted by the hydrolysis and polycondensation reaction catalyzed by the acid, resulting in a decrease in the specific surface area and total pore volume. It is estimated to be.

湿潤ゲルに対してアンモニア水による塩基処理を実施した以外はサンプル4Fと同様にして、サンプル6H~6Jを得た。塩基処理は、IPAによる溶媒置換の後に実施した。塩基処理は、IPAによる溶媒置換後の湿潤ゲルをアンモニア水溶液(濃度2mol/L、温度25℃、約20mL)に温度T℃でD日間、浸漬して実施した。なお、各サンプルは、塩基処理後の湿潤ゲルに対してIPA及びHEXによる溶媒置換及びその後の常圧乾燥を実施して得た。サンプル4F,6H~6Jの窒素吸脱着等温線を図26に示す。サンプル4F,6H~6Jについて、メソ孔の細孔分布測定の結果(差分細孔容積分布)を図27に示す。サンプル4F,6H~6Jの塩基処理の温度T及び時間D(サンプル4Fを除く)、並びに比表面積及び全細孔容積を表12に示す。 Samples 6H to 6J were obtained in the same manner as Sample 4F, except that the wet gel was subjected to base treatment with aqueous ammonia. Base treatment was performed after solvent replacement with IPA. The base treatment was performed by immersing the wet gel after solvent replacement with IPA in an aqueous ammonia solution (concentration: 2 mol/L, temperature: 25°C, about 20 mL) at a temperature of T°C for D days. Each sample was obtained by performing solvent substitution with IPA and HEX on the wet gel after base treatment and then drying under normal pressure. FIG. 26 shows nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 4F and 6H to 6J. FIG. 27 shows the mesopore distribution measurement results (differential pore volume distribution) of samples 4F and 6H to 6J. Table 12 shows the temperature T and time D of the base treatment of Samples 4F, 6H to 6J (except Sample 4F), as well as the specific surface area and total pore volume.

Figure 0007324444000012
Figure 0007324444000012

図26,27及び表12に示すように、80℃以上の塩基処理により有機系多孔質体の比表面積及び全細孔容積が増加した。メソ孔の孔径Bは、上記各条件の塩基処理ではほとんど変化しなかった。また、塩基処理の温度が高く及び/又は時間が長くなるほど、比表面積及び全細孔容積は増加する傾向を示した。当該塩基処理は、マクロ孔の形状及び孔径Aに対してほとんど影響しなかった。なお、60℃以下の塩基処理では、骨格成分が溶解することなく、塩基の触媒作用による加水分解及び重縮合反応によって骨格の再結合が促進された結果、比表面積及び全細孔容積が減少したと推定される。 As shown in FIGS. 26 and 27 and Table 12, the base treatment at 80° C. or higher increased the specific surface area and total pore volume of the organic porous material. The pore diameter B of the mesopores hardly changed by the base treatment under the above conditions. Also, the higher the temperature and/or the longer the time of the base treatment, the higher the specific surface area and total pore volume tended to increase. The base treatment had little effect on the macropore shape and pore diameter A. In addition, in the base treatment at 60°C or less, the skeleton components did not dissolve, and the recombination of the skeleton was promoted by the hydrolysis and polycondensation reaction catalyzed by the base, resulting in a decrease in the specific surface area and total pore volume. It is estimated to be.

湿潤ゲルに対して塩酸による酸処理又は水酸化ナトリウムによる塩基処理を実施した以外はサンプル1Dと同様にして、サンプル6K,6Lを得た。サンプル6Kの酸処理及びサンプル6Lの塩基処理は、IPAによる溶媒置換の後に実施した。サンプル6Kの酸処理及びサンプル6Lの塩基処理は、それぞれ、IPAによる溶媒置換後の湿潤ゲルを常温の塩酸(濃度0.1mol/L、約20mL)又は水酸化ナトリウム水溶液(濃度1mol/L、約20mL)に25℃で12時間、浸漬して実施した。なお、サンプル6K,6Lは、それぞれ、酸処理又は塩基処理後の湿潤ゲルに対してHEXによる溶媒置換及びその後の常圧乾燥を実施して得た。上記とは別に、サンプル1Dに対して、後工程として、塩酸による酸処理又は水酸化ナトリウムによる塩基処理を実施して、サンプル6M,6Nを得た。サンプル6Mの酸処理及びサンプル6Nの塩基処理は、それぞれ、サンプル6Kの酸処理及びサンプル6Lの塩基処理と同様に実施した。なお、サンプル6M,6Nは、それぞれ、酸処理又は塩基処理後の有機系多孔質体に対してHEXによる溶媒置換及びその後の常圧乾燥を実施して得た。サンプル1D,6K~6Nの窒素吸脱着等温線を図28に示す。サンプル1D,6K~6Nについて、メソ孔の細孔分布測定の結果(差分細孔容積分布)を図29に示す。サンプル1D,6K~6Nを含む各サンプルの比表面積及び全細孔容積を表13に示す。 Samples 6K and 6L were obtained in the same manner as Sample 1D except that the wet gel was acid-treated with hydrochloric acid or base-treated with sodium hydroxide. Acid treatment of sample 6K and base treatment of sample 6L were performed after solvent replacement with IPA. For the acid treatment of sample 6K and the base treatment of sample 6L, respectively, the wet gel after solvent replacement with IPA was treated with hydrochloric acid (concentration 0.1 mol/L, about 20 mL) or aqueous sodium hydroxide solution (concentration 1 mol/L, about 20 mL) at room temperature. 20 mL) at 25° C. for 12 hours. Samples 6K and 6L were each obtained by subjecting the wet gel after acid treatment or base treatment to solvent replacement with HEX and subsequent normal pressure drying. Separately from the above, sample 1D was post-processed with acid treatment with hydrochloric acid or base treatment with sodium hydroxide to obtain samples 6M and 6N. Acid treatment of sample 6M and base treatment of sample 6N were carried out in the same manner as acid treatment of sample 6K and base treatment of sample 6L, respectively. Samples 6M and 6N were each obtained by subjecting the organic porous material after acid treatment or base treatment to solvent replacement with HEX and subsequent normal pressure drying. Nitrogen adsorption and desorption isotherms of samples 1D, 6K to 6N are shown in FIG. FIG. 29 shows the mesopore distribution measurement results (differential pore volume distribution) for samples 1D and 6K to 6N. Table 13 shows the specific surface area and total pore volume of each sample, including samples 1D and 6K-6N.

Figure 0007324444000013
Figure 0007324444000013

図28,29及び表13に示すように、上記条件の酸処理により有機系多孔質体の比表面積及び全細孔容積が増加した。特に、サンプル6Mでの増加量が大きかった。一方、上記条件の塩基処理により有機系多孔質体の比表面積及び全細孔容積は若干減少した。メソ孔の孔径Bは、上記条件の酸処理及び塩基処理ではほとんど変化しなかった。なお、当該酸処理及び塩基処理は、マクロ孔の形状及び孔径Aに対してほとんど影響しなかった。有機系多孔質体に対する酸処理では、酸の触媒作用による加水分解反応により骨格成分が溶解し、比表面積及び全細孔容積が増加したと推定される。一方、有機系多孔質体に対する塩基処理では、骨格成分の溶解が進行せず、比表面積及び全細孔容積が若干減少したと推定される。湿潤ゲルに対する酸処理に関し、サンプル1D系列では、上述のサンプル4F系列に比べてより低い処理温度での比表面積及び全細孔容積の増加がみられた。これは、サンプル1D系列の方が骨格が緻密であり、酸による骨格成分の溶解が単位体積あたりで見て相対的に大きくなったためと推定される。 As shown in FIGS. 28 and 29 and Table 13, the acid treatment under the above conditions increased the specific surface area and total pore volume of the organic porous material. In particular, the amount of increase in sample 6M was large. On the other hand, the specific surface area and total pore volume of the organic porous material were slightly reduced by the base treatment under the above conditions. The pore diameter B of the mesopores hardly changed in the acid treatment and base treatment under the above conditions. The acid treatment and base treatment hardly affected the shape and diameter A of the macropores. It is presumed that in the acid treatment of the organic porous material, the skeleton component was dissolved by the hydrolysis reaction catalyzed by the acid, and the specific surface area and the total pore volume increased. On the other hand, it is presumed that the base treatment of the organic porous material did not progress the dissolution of the skeleton component and slightly decreased the specific surface area and the total pore volume. Regarding the acid treatment of the wet gel, the sample 1D series showed an increase in specific surface area and total pore volume at lower treatment temperatures compared to the sample 4F series described above. It is presumed that this is because the sample 1D series has a denser skeleton, and the dissolution of the skeleton component by acid is relatively large when viewed per unit volume.

[3.溶液系への水の影響]
湿潤ゲルを形成する溶液系にVμLの水を添加した以外はサンプル1Cと同様にして、サンプル7A~7Dを得た。添加する水には蒸留水を用いた。各サンプルの窒素吸脱着等温線を図30に示す。各サンプルについて、メソ孔の細孔分布測定の結果(差分細孔容積分布)を図31に示す。各サンプルにおける水の添加量V、比表面積及び全細孔容積を表14に示す。
[3. Effect of water on solution system]
Samples 7A-7D were obtained in the same manner as Sample 1C, except that VμL of water was added to the solution system forming the wet gel. Distilled water was used as the water to be added. FIG. 30 shows the nitrogen adsorption and desorption isotherms of each sample. FIG. 31 shows the results of mesopore distribution measurement (differential pore volume distribution) for each sample. Table 14 shows the added amount V of water, the specific surface area and the total pore volume of each sample.

Figure 0007324444000014
Figure 0007324444000014

図30,31及び表14に示すように、溶液系に添加する水の量が多くなるほど、有機系多孔質体の比表面積及び全細孔容積が減少する傾向を示した。一方、メソ孔の孔径Bは、ほとんど変化しなかった。また、溶液系に添加する水の量が多くなるほど、マクロ孔の孔径Aは減少した。溶液系に添加する水は、骨格相と溶液相との相分離を抑制する作用を有すると推定された。 As shown in FIGS. 30, 31 and Table 14, the specific surface area and total pore volume of the organic porous material tended to decrease as the amount of water added to the solution system increased. On the other hand, the pore diameter B of the mesopores hardly changed. In addition, as the amount of water added to the solution system increased, the pore size A of the macropores decreased. It was presumed that water added to the solution system has the effect of suppressing phase separation between the skeleton phase and the solution phase.

[4.各種用途への使用例]
(カラムの作製)
サンプル4Oを乳鉢で粉砕し、日本工業規格(JIS)Z8801に準拠した目開きを有する金網篩を用いて、粒子径20/63μmの範囲で分級した。分級した多孔質体を樹脂製のカラム(内径5.5mm)に吸着体高さ10mmにて充填して、有機系多孔質カラムC1を作製した。
[4. Usage examples for various applications]
(Preparation of column)
Sample 40 was pulverized in a mortar and classified in the particle size range of 20/63 μm using a wire mesh sieve having openings according to Japanese Industrial Standards (JIS) Z8801. The classified porous material was packed in a resin column (inner diameter: 5.5 mm) with an adsorbent height of 10 mm to prepare an organic porous column C1.

特開2016-70937号公報に開示の二段階孔シリカゲルを、上記金網篩を用いて粒子径20/63μmの範囲で分級した。次に、分級したシリカゲルを、2-アミノエチル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン(メルクミリポア社製)のトルエン溶液(10容量%)に投入して温度100℃で3時間還流させた。次に、常温に戻して濾過によりシリカゲルを回収し、2-プロパノールで洗浄後、乾燥させて、エチレンジアミン基を導入したエチレンジアミンシリカゲルを得た。エチレンジアミン基の導入量は、ゲル容積あたり250μmol/mLgelであった。次に、エチレンジアミンシリカゲルを樹脂製のカラム(内径5.5mm)に吸着体高さ10mmにて充填して、シリカカラムC2を作製した。 The two-stage pore silica gel disclosed in JP-A-2016-70937 was classified in the particle size range of 20/63 μm using the wire mesh sieve. Next, the classified silica gel was put into a toluene solution (10% by volume) of 2-aminoethyl-3-aminopropyltriethoxysilane (manufactured by Merck Millipore) and refluxed at 100° C. for 3 hours. Next, the temperature was returned to normal temperature, the silica gel was collected by filtration, washed with 2-propanol, and dried to obtain ethylenediamine silica gel into which ethylenediamine groups were introduced. The amount of ethylenediamine groups introduced was 250 μmol/mL gel per gel volume. Next, a silica column C2 was produced by packing ethylenediamine silica gel into a resin column (inner diameter: 5.5 mm) with an adsorbent height of 10 mm.

(パラジウム動的吸着と吸着量の測定)
42.4mgの酢酸パラジウムを2mLの塩酸メタノール溶液(濃度3.5重量%)に溶解させ、水により体積200mLに希釈して、濃度100ppm(重量基準)のパラジウムを含む溶液Aを得た。次に、カラムC1及びC2の各々に対して流量1mL/分にて溶液Aを流し、各カラムの出口より5mLずつ溶液を回収した。回収した各溶液から、ヨウ化カリウム滴定法により各カラム出口側のパラジウム濃度を算出した。各カラムの出口から排出された溶液の総量に対するパラジウム濃度の関係(破過曲線)を図32に示す。図32に示すように、カラムC1及びC2は、パラジウムに対する同程度の吸着性能を示した。
(Palladium dynamic adsorption and adsorption amount measurement)
42.4 mg of palladium acetate was dissolved in 2 mL of hydrochloric acid methanol solution (concentration 3.5% by weight) and diluted with water to a volume of 200 mL to obtain solution A containing palladium with a concentration of 100 ppm (by weight). Next, solution A was passed through each of columns C1 and C2 at a flow rate of 1 mL/min, and 5 mL of the solution was recovered from the outlet of each column. From each collected solution, the concentration of palladium on the outlet side of each column was calculated by the potassium iodide titration method. FIG. 32 shows the relationship (breakthrough curve) between the palladium concentration and the total amount of solution discharged from the outlet of each column. As shown in Figure 32, columns C1 and C2 showed comparable adsorption performance for palladium.

カラムC1では、溶液Aを50mL流した時点でパラジウムが溶出し始めた(破過)。破過の時点におけるパラジウムの動的吸着量は5mgであった。カラムC1のゲル体積は0.238mLである。ゲル容積あたりのパラジウムの動的吸着量は、21mg/mLgel(=200μmol/mLgel)であった。 In column C1, palladium began to elute (breakthrough) when 50 mL of solution A was flowed. The dynamic adsorption amount of palladium at the time of breakthrough was 5 mg. The gel volume of column C1 is 0.238 mL. The dynamic adsorption amount of palladium per gel volume was 21 mg/mLgel (=200 μmol/mLgel).

カラムC2では、溶液Aを45mL流した時点でパラジウムが溶出し始めた。破過の時点におけるパラジウムの動的吸着量は4.5mgであった。カラムC2のゲル体積は0.238mLである。ゲル容積あたりのパラジウムの動的吸着量は、19mg/mLgel(=180μmol/mLgel)であった。ここで、カラムC2のシリカゲルにおけるエチレンジアミン基導入量は240μmol/mLgelである。すなわち、エチレンジアミン基導入量の75%がパラジウムを吸着した時点で破過が確認された。 In column C2, palladium began to elute when 45 mL of solution A was run. The dynamic adsorption amount of palladium at the time of breakthrough was 4.5 mg. The gel volume of column C2 is 0.238 mL. The dynamic adsorption amount of palladium per gel volume was 19 mg/mLgel (=180 μmol/mLgel). Here, the amount of ethylenediamine groups introduced into the silica gel of column C2 is 240 μmol/mLgel. That is, breakthrough was confirmed when palladium was adsorbed by 75% of the introduced amount of ethylenediamine groups.

カラムC1及びC2のパラジウム吸着容量は、図32に示すように同等である。したがって、カラムC1に充填した有機系多孔質体において有効に作用するパラジウムイオン交換基(アミノ基及び水酸基)の量は、カラムC2のシリカゲルにおけるエチレンジアミン基導入量と同等であると考えられた。上記結果より、当該多孔質体のパラジウムイオン交換基量は250μmol/mLgel以上と推定された。 The palladium adsorption capacities of columns C1 and C2 are comparable as shown in FIG. Therefore, the amount of palladium ion-exchange groups (amino groups and hydroxyl groups) that act effectively in the organic porous material packed in column C1 was considered to be equivalent to the amount of ethylenediamine groups introduced in the silica gel of column C2. From the above results, the amount of palladium ion-exchange groups in the porous material was estimated to be 250 μmol/mLgel or more.

(金属イオンの選択吸着及び脱着の測定)
複数の金属イオンを含む溶液Bとして、米国SPEX社製、汎用混合標準液XSTC-7の超純水による希釈溶液1mLを作製した。XSTC-7は、金属イオンとして、Au、Ir、Pd、Pt、Rh、Ru、Sn、Te、Hf及びSbの各金属のイオンをそれぞれ濃度10mg/Lで含有する。また、XSTC-7は、濃度10重量%の塩酸及び1重量%の硝酸を含有する。超純水には、精密ろ過膜を透過させた水を使用した。また、超純水により、XSTC-7を10倍に希釈した。
(Measurement of selective adsorption and desorption of metal ions)
As a solution B containing a plurality of metal ions, 1 mL of a general-purpose mixed standard solution XSTC-7, manufactured by US SPEX, diluted with ultrapure water was prepared. XSTC-7 contains metal ions of Au, Ir, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, Te, Hf and Sb at a concentration of 10 mg/L. XSTC-7 also contains 10% by weight hydrochloric acid and 1% by weight nitric acid. As the ultrapure water, water passed through a microfiltration membrane was used. In addition, XSTC-7 was diluted 10-fold with ultrapure water.

次に、カラムC1及びC2の各々に対して流量1mL/分にて溶液Bを流し、各カラムの出口より全量を回収した(カラムC1:回収液RE1、カラムC2:回収液RE2)。 Next, solution B was passed through each of columns C1 and C2 at a flow rate of 1 mL/min, and the entire amount was recovered from the outlet of each column (column C1: recovered liquid RE1, column C2: recovered liquid RE2).

次に、カラムC1及びC2の各々に対して、濃度1mol/Lの硝酸、濃度1mol/Lの塩酸、並びにチオ尿素(濃度0.1mol/L)及び塩酸(濃度1mol/L)を含有する水溶液を、この順に流量1mL/minにて1mLずつ連続して流し、各カラムの出口より、それぞれ全量を回収した(カラムC1:回収液RE3(硝酸),RE4(塩酸),RE5(チオ尿素+塩酸)、カラムC2:回収液RE6(硝酸),RE7(塩酸),RE8(チオ尿素+塩酸))。 Next, for each of columns C1 and C2, an aqueous solution containing nitric acid with a concentration of 1 mol/L, hydrochloric acid with a concentration of 1 mol/L, and thiourea (with a concentration of 0.1 mol/L) and hydrochloric acid (with a concentration of 1 mol/L) was continuously flowed in this order at a flow rate of 1 mL/min, and the entire amount was recovered from the outlet of each column (Column C1: recovery liquid RE3 (nitric acid), RE4 (hydrochloric acid), RE5 (thiourea + hydrochloric acid ), column C2: recovery liquid RE6 (nitric acid), RE7 (hydrochloric acid), RE8 (thiourea + hydrochloric acid)).

溶液B及び回収液RE1~RE8の各々に含まれる各金属イオン(Ru,Pd,Hf,Ir,Pt,Au,Rh及びTe)の濃度をICP-AES法により分析した。図33の(a)に、溶液B及び回収液RE1の分析により求めたカラムC1の金属イオン除去率を示す。(b)に、溶液B及び回収液RE2の分析により求めたカラムC2の金属イオン除去率を示す。(c)に、回収液RE3~RE5の分析により求めたカラムC1の金属イオン積算回収率を示す。(d)に、回収液RE6~RE8の分析により求めたカラムC2の金属イオン積算回収率を示す。積算回収率は、硝酸による回収率、塩酸による回収率、並びにチオ尿素+塩酸による回収率の積算である。 Concentrations of metal ions (Ru, Pd, Hf, Ir, Pt, Au, Rh and Te) contained in solution B and recovery solutions RE1 to RE8 were analyzed by the ICP-AES method. FIG. 33(a) shows the metal ion removal rate of the column C1 determined by the analysis of the solution B and the recovery liquid RE1. (b) shows the metal ion removal rate of column C2 obtained by analysis of solution B and recovery liquid RE2. (c) shows the integrated recovery rate of metal ions in column C1 obtained by analysis of recovery liquids RE3 to RE5. (d) shows the integrated recovery rate of metal ions in column C2 obtained by analysis of recovered liquids RE6 to RE8. The integrated recovery rate is the integration of the recovery rate by nitric acid, the recovery rate by hydrochloric acid, and the recovery rate by thiourea + hydrochloric acid.

図33に示すように、カラムC1は、カラムC2と同様に、Au、Pt、Pd、Rh及びIr等の貴金属イオンに対して、1ppm程度の低濃度においても70~100%程度の除去率を示した。また、上記硝酸、上記塩酸又は上記チオ尿素含有塩酸水溶液を用いた洗浄により、カラムに吸着された貴金属を回収可能であることが確認された。ICP-AES法の検出下限が凡そ1~5ppbであることを考慮すると、除去率100%では、サブppbのオーダーまで金属イオンを選択的に吸着し、回収できることになる。また、有機系多孔質体は、焼却処理による貴金属のみの回収が可能である。一方、シリカゲルは焼却により消失しないため、焼却処理による貴金属の回収が困難である。 As shown in FIG. 33, column C1, like column C2, has a removal rate of about 70 to 100% for noble metal ions such as Au, Pt, Pd, Rh and Ir even at a low concentration of about 1 ppm. Indicated. Further, it was confirmed that the noble metal adsorbed on the column can be recovered by washing with the above nitric acid, the above hydrochloric acid, or the above thiourea-containing hydrochloric acid aqueous solution. Considering that the detection limit of the ICP-AES method is about 1 to 5 ppb, at a removal rate of 100%, it is possible to selectively adsorb and recover metal ions to the order of sub-ppb. Also, the organic porous material can be incinerated to recover only the noble metal. On the other hand, since silica gel does not disappear by incineration, it is difficult to recover precious metals by incineration.

(液体クロマトグラフィーによる親水性化合物及び疎水性化合物の分離)
サンプル2Cを乳鉢で粉砕しJIS Z8801に準拠した目開きを有する金網篩を用いて、粒子径63/212μmの範囲で分級した。分級した多孔質体をGLサイエンス社製、ステンレスカラム(内径4.6mm×長さ50mm)に充填して、HPLC用カラムC3を作製した。
(Separation of hydrophilic compounds and hydrophobic compounds by liquid chromatography)
Sample 2C was pulverized in a mortar and classified in the particle size range of 63/212 μm using a wire mesh sieve having mesh openings conforming to JIS Z8801. The classified porous material was packed in a stainless steel column (4.6 mm inner diameter×50 mm length) manufactured by GL Sciences to prepare an HPLC column C3.

作製したカラムC3を、島津製作所製、HPLCシステムLC-20ADに組み込んだ。次に、ウラシル及びナフタレンを含有するサンプルをカラムC3に注入した後、アセトニトリル及び水の混合溶液を、流量1mL/分にて、イソクラティック条件にて分離した。分離は、UV検出器(検出波長254nm)により検証した。アセトニトリル及び水の混合比率(体積基準)を75:25、65:35、50:50及び40:60に変化させた場合に得られたクロマトグラフを図34に示す。各グラフのuはウラシル、nはナフタレンをそれぞれ意味する。 The prepared column C3 was installed in an HPLC system LC-20AD manufactured by Shimadzu Corporation. Next, after injecting a sample containing uracil and naphthalene into column C3, a mixed solution of acetonitrile and water was separated under isocratic conditions at a flow rate of 1 mL/min. Separation was verified by a UV detector (detection wavelength 254 nm). FIG. 34 shows chromatographs obtained when the mixing ratio (by volume) of acetonitrile and water was changed to 75:25, 65:35, 50:50 and 40:60. In each graph, u means uracil and n means naphthalene.

図34に示すように、アセトニトリル及び水の比率が75:25及び65:35の場合は、ナフタレンが先に検出された。また、アセトニトリル及び水の比率が50:50及び40:60の場合は、ウラシルが先に検出された。カラムC3に用いた有機系多孔質体は、アミノ基や水酸基等に由来する親水部と、芳香環や炭素鎖に由来する疎水部との双方の相互作用部を骨格に有している。有機溶剤の濃度が高い場合は水素結合に基づく相互作用によりウラシルが保持され、水の濃度が高い場合は疎水性の相互作用によりナフタレンが保持されて、それぞれ図34に示す分離がなされたと推定された。カラムC3は、水素結合及び疎水結合を利用したクロマトグラフィー用カラムとして利用可能であることが確認された。 As shown in Figure 34, naphthalene was detected first when the ratio of acetonitrile and water was 75:25 and 65:35. Uracil was detected first when the ratios of acetonitrile and water were 50:50 and 40:60. The organic porous material used in column C3 has, in its skeleton, interaction portions of both hydrophilic portions derived from amino groups, hydroxyl groups, etc. and hydrophobic portions derived from aromatic rings and carbon chains. It is presumed that when the concentration of the organic solvent is high, uracil is retained by interaction based on hydrogen bonding, and when the concentration of water is high, naphthalene is retained by hydrophobic interaction, and the separation shown in FIG. 34 was achieved. Ta. It was confirmed that column C3 can be used as a column for chromatography using hydrogen bonding and hydrophobic bonding.

本発明の製造方法により得た有機系多孔質体は、従来の有機系多孔質体と同様の各種の用途に使用できる。 The organic porous body obtained by the production method of the present invention can be used for various uses similar to conventional organic porous bodies.

Claims (12)

メラミン単量体及びアルデヒド単量体、並びに/又は、メラミン単量体及びアルデヒド単量体のオリゴマーと、
相分離誘起剤としてポリエチレンオキシドと、
第1溶媒と、を含む溶液系において、
前記単量体及び/又は前記オリゴマーを縮合重合させることにより、メラミン樹脂の形成と前記溶液系のスピノーダル分解とを進行させて、
前記メラミン樹脂に富む骨格相と、前記第1溶媒に富む溶液相と、から構成される湿潤ゲルを形成する工程(I)と;
前記湿潤ゲルを乾燥させることにより、前記メラミン樹脂を基材とする骨格を前記骨格相から形成し、マクロ孔を前記溶液相から形成して、前記骨格及び前記マクロ孔を有する有機系多孔質体を得る工程(II)と;
を含み、
前記骨格相は、前記骨格相の表面に開口を持つ細孔を有し、
前記工程(II)において、前記表面に開口を持つメソ孔を前記細孔から形成して、前記メソ孔を有すると共に、前記マクロ孔及び前記メソ孔の階層的な多孔構造を有する前記有機系多孔質体を得る、有機系多孔質体の製造方法。
melamine and aldehyde monomers and/or oligomers of melamine and aldehyde monomers;
polyethylene oxide as a phase separation inducer;
In a solution system comprising a first solvent,
Formation of a melamine resin and spinodal decomposition of the solution system proceed by condensation polymerization of the monomer and/or the oligomer,
step (I) of forming a wet gel composed of said melamine resin-rich skeletal phase and said first solvent-rich solution phase;
By drying the wet gel, a skeleton based on the melamine resin is formed from the skeleton phase, macropores are formed from the solution phase, and an organic porous body having the skeleton and the macropores is formed. a step (II) of obtaining
including
The skeleton phase has pores with openings on the surface of the skeleton phase,
In the step (II), mesopores having openings on the surface are formed from the pores, and the organic porous structure has the mesopores and a hierarchical porous structure of the macropores and the mesopores. A method for producing an organic porous body to obtain a porous body.
前記オリゴマーが、メチロールメラミンである請求項1に記載の有機系多孔質体の製造方法。 2. The method for producing an organic porous material according to claim 1, wherein said oligomer is methylolmelamine. 前記湿潤ゲルは、前記骨格相と前記溶液相との共連続構造を有し、
前記有機系多孔質体は、前記骨格と前記マクロ孔との共連続構造を有する請求項1又は2に記載の有機系多孔質体の製造方法。
The wet gel has a co-continuous structure of the skeleton phase and the solution phase,
3. The method for producing an organic porous body according to claim 1, wherein the organic porous body has a co-continuous structure of the skeleton and the macropores.
前記マクロ孔の孔径のモードが0.1μm以上10μm以下である請求項1~3のいずれかに記載の有機系多孔質体の製造方法 The method for producing an organic porous material according to any one of claims 1 to 3, wherein the pore size mode of the macropores is 0.1 µm or more and 10 µm or less. 前記メソ孔の孔径のモードが2nm以上40nm以下である請求項1~4のいずれかに記載の有機系多孔質体の製造方法 5. The method for producing an organic porous material according to claim 1, wherein the mesopores have a pore diameter mode of 2 nm or more and 40 nm or less. 前記工程(II)において、前記湿潤ゲルに対して前記細孔の径を調整する処理を実施した後に前記湿潤ゲルを乾燥させる請求項1~のいずれかに記載の有機系多孔質体の製造方法。 6. The production of the organic porous material according to any one of claims 1 to 5, wherein in the step (II), the wet gel is dried after the treatment for adjusting the pore diameter of the wet gel. Method. 前記溶液系が重合触媒を更に含む請求項1~6のいずれかに記載の有機系多孔質体の製造方法。 The method for producing an organic porous material according to any one of claims 1 to 6, wherein the solution system further contains a polymerization catalyst. 前記工程(II)において、前記湿潤ゲルが含む溶媒を前記第1溶媒から前記第1溶媒とは異なる第2溶媒に置換した後に前記湿潤ゲルを乾燥させる請求項1~7のいずれかに記載の有機系多孔質体の製造方法。 The wet gel according to any one of claims 1 to 7, wherein in the step (II), the wet gel is dried after replacing the solvent contained in the wet gel from the first solvent with a second solvent different from the first solvent. A method for producing an organic porous material. 前記第2溶媒は、前記第1溶媒に比べて小さな表面張力及び/又は比誘電率を有する請求項8に記載の有機系多孔質体の製造方法。 9. The method for producing an organic porous material according to claim 8, wherein the second solvent has a smaller surface tension and/or relative permittivity than the first solvent. 前記第2溶媒の表面張力(20℃)が、19.0mN/m以下である請求項9に記載の有機系多孔質体の製造方法。 10. The method for producing an organic porous material according to claim 9, wherein the second solvent has a surface tension (20[deg.] C.) of 19.0 mN/m or less. 前記工程(II)において、前記湿潤ゲルに対して液体含浸処理を実施した後に前記湿潤ゲルを乾燥させる請求項1~10のいずれかに記載の有機系多孔質体の製造方法。 11. The method for producing an organic porous material according to any one of claims 1 to 10, wherein in the step (II), the wet gel is dried after the wet gel is impregnated with a liquid. 前記液体含浸処理が水熱処理である請求項11に記載の有機系多孔質体の製造方法。 12. The method for producing an organic porous material according to claim 11, wherein the liquid impregnation treatment is hydrothermal treatment.
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