JPH046180A - Production of porous ceramics of alumina system - Google Patents

Production of porous ceramics of alumina system

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JPH046180A
JPH046180A JP2105346A JP10534690A JPH046180A JP H046180 A JPH046180 A JP H046180A JP 2105346 A JP2105346 A JP 2105346A JP 10534690 A JP10534690 A JP 10534690A JP H046180 A JPH046180 A JP H046180A
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alumina
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康之 水嶋
Makoto Hori
誠 堀
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Abstract

PURPOSE:To obtain the porous ceramics of an alumina system having a high specific surface area at a high temp. by hydrolyzing a precursor mixture, which is obtd. by mixing a specific reforming agent and silicon alkoxide into alumina alkoxide, and gelatinizing the mixture, then calcining this gel after supercritical drying. CONSTITUTION:The precursor mixture of the alumina system is formed by mixing 0.1 to 5 times mol one or >= 2 kinds of alkanol amine, beta ketoate and betadiketone compd. (reforming agent) and 0.1 to 3mol% silicon alkoxide into the aluminum alkoxide. The precursor mixture is the hydrolyzed and gelatinized with water of 0.5 to 2 times the mol of the number of the reaction groups which exist in the above-mentioned mixture and are obtd. by hydrolyzing in the presence of a basic catalyst at need. The gel is dried by way of the supercritical state of the org. solvent occupying the greater part of the liquid component in the gel or the mixed system contg. this org. solvent. The dried gel is subjected to a heating treatment in a nonoxidative atmosphere.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野〕 本発明は、高温触媒担体に好適な高温下でも高い比表面
積を維持しうるアルミナ系多孔質セラミックスの製造方
法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing alumina-based porous ceramics that can maintain a high specific surface area even at high temperatures and are suitable for high-temperature catalyst carriers.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、化学プロセスに使用されてきた触媒は、通常、6
00°C以下の温度に耐性であるなら通常の化学プロセ
スに支障を生じることは特になかったためセラミックス
触媒が一般的に使用されても特にその耐熱性は問題にな
らなかったが、近年、高温熱化学プロセスを伴う装置、
特に、触媒燃焼器は、ガスタービン、ボイラー、シェア
ドエンジンなどの応用が期待され、NOヶ発生の低減化
、燃焼効率の向上環の要請から、1000°C以上の高
温環境に耐性のセラッミクスが使用されるようになって
きている。
Catalysts traditionally used in chemical processes are typically 6
Ceramic catalysts did not pose a problem in ordinary chemical processes if they could withstand temperatures below 00°C, so even when ceramic catalysts were commonly used, their heat resistance was not a problem. equipment involving chemical processes;
In particular, catalytic combustors are expected to be applied to gas turbines, boilers, shared engines, etc., and ceramics that can withstand high-temperature environments of 1000°C or higher are used to reduce NO emissions and improve combustion efficiency. This is becoming more and more common.

このようなセラッミクスは、例えば、所望の組成、形状
を得るために、種々の金属酸化物等の粉末を適宜配合混
合、成形、そして焼成して製造される。しかし、この方
法では出発原料粉末自体の比表面積が低いため高温焼成
により一層比表面積が低下し、効率の高い触媒とは言え
なかった。
Such ceramics are manufactured, for example, by suitably mixing powders of various metal oxides, molding, and firing in order to obtain a desired composition and shape. However, in this method, since the starting raw material powder itself has a low specific surface area, the specific surface area is further reduced by high-temperature calcination, and the catalyst cannot be said to be highly efficient.

そこで、より比表面積の高いセラッミクスを製造するた
めに、出発原料を粉末に代えて金属アルコキシドやバリ
ウムアルコキシドを混合加水分解して形成したゲルを焼
成するゾル・ゲル法が、INTERNATIONAL 
 SYMPO5IUM  ON  FINE  CER
AMIC3ARTT^゛87に「高温触媒燃焼における
耐熱性触媒材料の開発」と題した荒井弘通の文献に記載
されている。
Therefore, in order to produce ceramics with a higher specific surface area, the sol-gel method, in which a gel formed by mixing and hydrolyzing metal alkoxide or barium alkoxide instead of powder as the starting material is fired, is an INTERNATIONAL method.
SYMPO5IUM ON FINE CER
It is described in a document by Hiromichi Arai entitled "Development of heat-resistant catalyst materials for high-temperature catalytic combustion" in AMIC3ARTT^87.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、上記ゾル・ゲル法では、粉末として生成
するため一体化させるためには再形成が必要あること、
また、燃焼触媒として最も一般的な使用温度である12
00°C付近では、アルミナのα相への転移とそれに伴
う粒成長が起こり、比表面積が、せいぜい50〜60g
/m2と小さくなってしまい、尚比表面積が十分とはい
えなかった。
However, in the above-mentioned sol-gel method, since it is produced as a powder, reformation is required to integrate it.
In addition, 12
At around 00°C, alumina transitions to α phase and grain growth occurs, resulting in a specific surface area of 50 to 60 g at most.
/m2, and the specific surface area was not sufficient.

本発明は、以上の問題点を解決し、ゾル・ゲル法により
高温下で高い比表面積を有し、かつ一体化したパルキイ
なアルミナ系多孔質セラミッスの前駆体ゲル、即ち、ア
ルミナ系多孔質ゲルの製造方法を提供することを解決課
題とするものである。
The present invention solves the above problems and produces a precursor gel for alumina-based porous ceramics that has a high specific surface area at high temperatures and is integrated using a sol-gel method, that is, an alumina-based porous gel. The problem to be solved is to provide a manufacturing method for.

[課題を解決するための手段] 本発明は、アルミニウムアルコキシドに対し、アルカノ
ールアミン、βケト酸エステル、βジケトン化合物の1
種または2種以上をO,1〜5倍モルと、アルミニウム
アルコキシドに対し、0.1mol%〜30mol″A
のシリコンアルコキシドを?捏合してアルミナ系前駆体
混合物を形成する工程、必要に応じて塩基触媒の存在下
、該混合物中に存在する加水分解し得る反応基の数に対
し0.5〜2倍モルの水で該前駆体混合物を加水分解、
ゲル化せしめる工程、該ゲル中の液分の大半を占める有
機溶媒または少なくとも当該有機溶媒を含む混合系の超
e界状態を経てゲルの乾燥を行う工程、および乾燥され
たゲルを非酸化雰囲気中で加熱処理する工程からなるこ
とを特徴とするアルミナ系多孔質セラミックスの製造方
法であり、これにより上記課題を解決することができる
[Means for Solving the Problems] The present invention provides one of alkanolamine, β-keto acid ester, and β-diketone compound for aluminum alkoxide.
O, 1 to 5 times the mole of the species or two or more species, and 0.1 mol% to 30 mol''A to the aluminum alkoxide
silicon alkoxide? A step of kneading to form an alumina-based precursor mixture, optionally in the presence of a base catalyst, with water in an amount of 0.5 to 2 times the number of hydrolyzable reactive groups present in the mixture. hydrolyzing the precursor mixture;
a step of gelling, a step of drying the gel through a super-e-boundary state of an organic solvent that accounts for most of the liquid content in the gel, or a mixed system containing at least the organic solvent, and a step of drying the gel in a non-oxidizing atmosphere. The present invention is a method for producing alumina-based porous ceramics, which is characterized by comprising a step of heat-treating the ceramics, and thereby the above-mentioned problems can be solved.

本発明において、アルミニウムアルコキシドとアルカノ
ールアミン、βケト酸エステル、βジケトン化合物(以
下、改質剤と言う場合がある)と所定量のシリコンアル
コキシドの混合によりアルミナ系前駆体混合物の形成は
反応を伴うものであり、両者を常温ないし加温下に混合
することができ、混和性、反応の均一性の面から有機溶
媒存在下で行うのが好ましい。もっとも、有機溶媒が存
在しなくても混合は可能である。ここで用いる有機溶媒
としてはアルミニウムアルコキシドおよび該遅延化剤を
溶解するものが好ましく、具体的にはメタノール、エタ
ノール、n−プロパツール、1so−プロパツール、5
ec−ブクノール等に代表されるアルコール類、トルエ
ン、ヘンゼン、キシレン等に代表される芳香族系炭化水
素、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、四塩
化炭素等が例示されるが、溶解度の観点からアルコール
類が好ましい。
In the present invention, the formation of an alumina-based precursor mixture by mixing an aluminum alkoxide, an alkanolamine, a β-keto acid ester, a β-diketone compound (hereinafter sometimes referred to as a modifier) and a predetermined amount of silicon alkoxide involves a reaction. Both can be mixed at room temperature or under heating, and from the viewpoint of miscibility and uniformity of reaction, it is preferable to carry out the reaction in the presence of an organic solvent. However, mixing is possible even without the presence of an organic solvent. The organic solvent used here is preferably one that dissolves the aluminum alkoxide and the retardant, and specifically methanol, ethanol, n-propanol, 1so-propanol, 5
Examples include alcohols typified by ec-buknol, aromatic hydrocarbons typified by toluene, hensen, xylene, etc., tetrahydrofuran, dimethylformamide, carbon tetrachloride, etc., but alcohols are preferred from the viewpoint of solubility. .

このアルミナ系前駆体混合物形成の場合、アルミニウム
アルコキシド、改質剤、及びシリコンアルコキシドの混
合順序は特に、限定されない。
In the case of forming this alumina-based precursor mixture, the order of mixing the aluminum alkoxide, the modifier, and the silicon alkoxide is not particularly limited.

本発明において、アルミナ系前駆体混合物の加水分解反
応により該シリコンアルコキシドはアルミニウムアルコ
キシドと水を介して反応し、該シリコン原子が結合され
たゲルが形成されると共に、アルミニウムアルコキシド
及びシリコンアルコキシド等由来のアルコール等の有機
溶媒が生成するので、ゲル形成後のゲル中(ゲル中以外
も包含されることは明らかである。)には、生成した有
機溶媒、上記添加有機溶媒、該改質剤等からなる有機溶
媒が存在することになる。
In the present invention, the silicon alkoxide reacts with the aluminum alkoxide through water by the hydrolysis reaction of the alumina-based precursor mixture, and a gel in which the silicon atoms are bonded is formed, and a gel derived from the aluminum alkoxide, silicon alkoxide, etc. is formed. Since organic solvents such as alcohol are generated, the gel after gel formation (obviously this also includes areas other than the gel) contains the generated organic solvent, the above-mentioned added organic solvent, the modifier, etc. Therefore, there will be an organic solvent.

該有機溶媒は、超臨界状態を経てなされるケルの乾燥と
共に除去されるが(以下、超臨界乾燥と略す)、所望に
より当該有機溶媒とそれ以外の化学物質との混合系、例
えば、当該有機溶媒と二酸化炭素との混合系にてなされ
るゲルの乾燥を実施してもよい。この場合の超臨界状態
とは、当該有機溶媒の1種又は混合物または当該有機溶
媒とそれ以外の化学物質との混合物に固有の臨界温度(
Tc)及び臨界圧力(P、)を越えた状態を指し、それ
ら有機溶媒または該混合物が液体と気体の中間の性質を
示す超臨界流体の状態を書味する。
The organic solvent is removed with the drying of Kel through a supercritical state (hereinafter referred to as supercritical drying), but if desired, a mixed system of the organic solvent and other chemical substances, for example, Drying of the gel may be carried out using a mixed system of a solvent and carbon dioxide. In this case, the supercritical state refers to the critical temperature (
It refers to a state in which the organic solvent or the mixture exceeds the critical pressure (Tc) and the critical pressure (P, ), and refers to the state of a supercritical fluid in which the organic solvent or the mixture exhibits properties intermediate between a liquid and a gas.

又、物質によって臨界点が違うので、それを合わせるこ
とは、超臨界流体の状態の制御が確実になるので好まし
く、従って、湿潤ゲル中の溶媒が超臨界乾燥に用いる所
望の溶媒と違う場合は、湿潤ゲル中の溶媒と超臨界乾燥
に用いる所望の溶媒とを交換する。具体的には、多量の
超臨界乾燥に用いる溶媒中に湿潤ゲルを浸漬して数時間
放置し、溶媒の拡散を利用して溶媒を交換する。
Also, since the critical point differs depending on the substance, it is preferable to match the critical point because it ensures control of the state of the supercritical fluid. Therefore, if the solvent in the wet gel is different from the desired solvent used for supercritical drying, , exchange the solvent in the wet gel with the desired solvent used for supercritical drying. Specifically, a wet gel is immersed in a large amount of the solvent used for supercritical drying, left for several hours, and the solvent is exchanged using diffusion of the solvent.

従って、超臨界乾燥における該ゲル中の液分の大半を占
める有機溶媒とは、溶媒置換を実施した場合は、置換に
用いた有機溶媒を、溶媒置換を実施しない場合は、ゲル
生成系に存在する該生成した有機溶媒、上記添加有機溶
媒、該改質剤等からなる有機溶媒を意味する。
Therefore, the organic solvent that occupies most of the liquid content in the gel in supercritical drying refers to the organic solvent used for replacement when solvent replacement is performed, and the organic solvent that is present in the gel production system when solvent replacement is not performed. It means an organic solvent consisting of the organic solvent produced, the organic solvent added above, the modifier, etc.

上述のようにゲル溶媒をその超臨界状態下で除くことに
より収縮のない、嵩高いゲル(エアロゲル)が生成する
。このエアロゲルは細かい気孔を多量に含む高い比表面
積を有する超多孔体である。
As mentioned above, by removing the gel solvent under its supercritical state, a bulky gel (aerogel) without shrinkage is produced. This airgel is a superporous material containing a large amount of fine pores and having a high specific surface area.

このエアロゲルを非酸化雰囲気中で加熱処理することに
より高い比表面積を維持することができるりもし、高密
度で気孔量の少ないゲル(キセロゲル)が生成したなら
ば、乾燥時に応力が発生し、数片または粉々に割れるこ
とが多いが、超臨界乾燥の性格上応力が発生しないため
、そのようなことはな(一体性に優れる該エアロゲルが
生成される。従って、本発明により一体化したエアロゲ
ルから目的の形状を有する高比表面積の多孔質セラッミ
クスを直接合成することが可能である。
It is possible to maintain a high specific surface area by heat-treating this airgel in a non-oxidizing atmosphere, but if a high-density gel (xerogel) with a small amount of pores is produced, stress will occur during drying, resulting in several Although it often breaks into pieces or pieces, this does not occur because stress is not generated due to the nature of supercritical drying (the airgel is produced with excellent integrity. Therefore, the airgel integrated by the present invention It is possible to directly synthesize high specific surface area porous ceramics with a desired shape.

一方、該シリコンアルコキシドを使用して、または使用
しないで形成した生成ゲルを超臨界乾燥ではなく通常の
大気圧下で溶媒を徐々に蒸発させて乾燥する常圧乾燥の
場合、乾燥時に収縮が生しるため上記高密度で気孔量の
少ないゲル(キセロゲル)が生成され、加熱と共に容易
に緻密化し、高い比表面積が維持できない。
On the other hand, in the case of normal pressure drying, in which the gel formed with or without the silicon alkoxide is dried by gradual evaporation of the solvent under normal atmospheric pressure rather than supercritical drying, shrinkage occurs during drying. As a result, the above-mentioned high-density gel (xerogel) with a small amount of pores is produced, which easily becomes dense with heating and cannot maintain a high specific surface area.

尚、本発明において該超臨界乾燥処理されたゲルの高温
における焼成は、該出発原料のアルミニウムアルコキシ
ドに対し0.1mol%〜30mo Iχのシリコンア
ルコキシドを使用しているのでアルミナのα相転移温度
をこれを用いない場合に比べ遅延、即ち、より高温部に
することができるためより高温下に適応される科学プロ
セスにおいても高比表面積を維持できる結晶構造を有す
るアルミナ系多孔質ゲルが得られる。
In addition, in the present invention, the supercritically dried gel is calcined at high temperature by using silicon alkoxide in an amount of 0.1 mol % to 30 mol Iχ based on the aluminum alkoxide as the starting material, so that the α phase transition temperature of alumina is lowered. Compared to the case where this is not used, it is possible to obtain an alumina-based porous gel having a crystalline structure that can maintain a high specific surface area even in scientific processes that are applied to higher temperatures because the temperature can be made slower than in the case where this is not used.

この場合、シリコンアルコキシドの添加量が、0.1m
ol!以下だと添加物の効果が発揮されないため好まし
くなく、30mo1%以上だとムライト等の新しい結晶
相ができてしまうこと、融点が下がって焼結してしまい
易いため好ましくない。
In this case, the amount of silicon alkoxide added is 0.1 m
ol! If it is less than 30 mo1%, the effect of the additive will not be exhibited, which is not preferable, and if it is more than 30 mo1%, a new crystal phase such as mullite will be formed, and the melting point will be lowered, making it easy to sinter, which is not preferable.

該シリコンアルコキシドとしては、上記機能を有するも
ので、アルコキシ基を有するものであれば特に限定され
ないが、例示すれば、Si (OR) a (Rは、炭
素数1〜5のアルキル基等を表す。)、R’5i(OR
”)s(R’ は、フェニル基等のアリール基等の芳香
系基、炭素数1〜5のアルキル基等の非芳香系基等を表
し、R2は、炭素数1〜5のアルキル基等の非芳香系基
等を表す。)等及びこれらの部分加水分解物並びにその
縮合物(例えば、重合数2以上のもの)、等が挙げられ
、これらは、単独でも、適宜組合せても使用することが
できる。
The silicon alkoxide is not particularly limited as long as it has the above functions and has an alkoxy group, but examples include Si (OR) a (R represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, etc. ), R'5i(OR
”)s(R' represents an aromatic group such as an aryl group such as a phenyl group, a non-aromatic group such as an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, etc., and R2 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, etc. ), partial hydrolysates thereof, and condensates thereof (for example, those with a polymerization number of 2 or more), etc., and these may be used alone or in appropriate combinations. be able to.

本発明のアルミナ系前駆体混合物、ひいてはその加水分
解生成ゲルを形成するための出発原料としては、アルミ
ニウムアルコキシドおよびシリコンアルコキシドの他、
他の金属アルコキシド(例えば、PO(OR)3、Na
ORXMg(OR)z 、KORlCa(OR)z 、
Ti(OR)4.5r(OR)z 、Y(OR):l、
Zr (OR) s、Ba (OR) 2など、Rはメ
チル、エチル等のアルキル基)、他の金属塩等の無機化
合物(例えば、NaC1、MgBrz 、TiCIa等
のハロゲン化物、NaN0.、KzSO4、Ca(NO
:+)z等の硝酸塩、硫酸塩等)、アルコキシド以外の
有機金属化合物(例えば、CH3COONa、(CH3
COO)2 Ca等の酢酸塩、(COONa) z、(
COOK) 2等のシュウ酸塩、EDTA、 NT八等
のキレート化合物との錯体等)、場合によっては反応性
のよい金属並びに酸化物微粉末(例えば、CaO1Ti
Oz、5iOz、P2O6、ZrO2等)等を併用する
ことができる。
In addition to aluminum alkoxide and silicon alkoxide, starting materials for forming the alumina-based precursor mixture of the present invention and the hydrolyzed gel thereof include aluminum alkoxide and silicon alkoxide.
Other metal alkoxides (e.g. PO(OR)3, Na
ORXMg(OR)z, KORlCa(OR)z,
Ti(OR)4.5r(OR)z, Y(OR):l,
Zr (OR) s, Ba (OR) 2, etc., where R is an alkyl group such as methyl, ethyl, etc.), inorganic compounds such as other metal salts (for example, halides such as NaCl, MgBrz, TiCIa, NaN0., KzSO4, Ca(NO
nitrates, sulfates, etc.), organometallic compounds other than alkoxides (e.g., CH3COONa, (CH3
Acetate salts such as COO)2Ca, (COONa)z, (
complexes with chelate compounds such as oxalates such as COOK), EDTA, and NT8), and in some cases highly reactive metals and oxide fine powders (e.g., CaO1Ti).
ZrOz, 5iOz, P2O6, ZrO2, etc.) can be used in combination.

本発明で用いられるアルミニウムアルコキシドは、一般
式(RO)+へ!(R:アルキル基)で表わされるもの
であり、具体的にはRはメチル、エチル、n−プロピル
、1so−プロピル、n−ブチル、1so−ブチル、5
ec−ブチル、ter t−ブチル等がある。
The aluminum alkoxide used in the present invention has the general formula (RO)+! (R: alkyl group), specifically R is methyl, ethyl, n-propyl, 1so-propyl, n-butyl, 1so-butyl, 5
Examples include ec-butyl and tert-butyl.

本発明で用いられるアルミニウムアルコキシド等と混合
、反応されるアルカノールアミンとしては、モノエタノ
ールアミン、モノn−プロパツルアミン、モノ1so−
プロパツールアミン、ジェタノールアミン、ジ1so−
プロパツールアミン、トリエタノールアミン、ト1月S
O−プロパツールアミンなどが挙げられ、同じくβケト
酸エステルとしては、アセト酢酸エチル、アセト酢酸メ
チル、マロン酸エチル、マロン酸ジエチルなどが挙げら
れ、βジケトン化合物としては、アセチルアセトン等が
挙げられる。
The alkanolamines to be mixed and reacted with aluminum alkoxide etc. used in the present invention include monoethanolamine, mono-n-propazuramine, mono-1so-
propatoolamine, jetanolamine, di-1so-
Propertoolamine, triethanolamine, Tojan S
Examples of the β-keto acid ester include ethyl acetoacetate, methyl acetoacetate, ethyl malonate, diethyl malonate, and the like. Examples of the β-diketone compound include acetylacetone.

上記アルカノールアミン、βケト酸エステル、βシテI
・ン化合物は、その1種または2種以上の総和がアルミ
ニウムアルコキシドに対し0.1倍モル〜5倍モルとア
ルミニウムアルコキシドに対し、Q、1mol%〜30
mol%のシリコンアルコキシドを該アルミニウムアル
コキシドと混合・反応させられ、アルミナ系前駆体混合
物が形成される。この場合、0.1倍モル以下であると
次工程の加水分解速度制御の効果が小さく均質なゲルが
得られない。又、5倍モル以上だと安定化され過ぎてゲ
ル化が困難であるので好ましくない。
The above alkanolamines, β-keto acid esters, β-cite I
- The sum of one or more of the compounds is 0.1 to 5 times the mole of aluminum alkoxide, and Q, 1 mol% to 30 times the mole of aluminum alkoxide.
A mol % of silicon alkoxide is mixed and reacted with the aluminum alkoxide to form an alumina-based precursor mixture. In this case, if the amount is 0.1 times the mole or less, the effect of controlling the hydrolysis rate in the next step is small and a homogeneous gel cannot be obtained. Moreover, if it is 5 times the mole or more, it is not preferable because it is too stabilized and gelation becomes difficult.

該アルミナ系前駆体混合物は、必要に応して、塩4触媒
、例えば、アンモニア、ピリジン、ピペリジン、ピペラ
ジンの存在下、該混合物中に存在する加水分解しうる反
応基の数(例えば、該(RO)、Affの未反応のRO
基、および上記アルカノールアミン、βケト酸エステル
、βジケトン化合物と該RO基との反応生成基の数、即
ち、出発原料のアルミニウムアルコキシド、あるいは該
シリコンアルコキシ1ξのRO基の数、更に、アルミニ
ウムアルコキシド以外の添加金属アルコキシド或いは金
属単体から生成した金属アルコキシドのアルコキシド基
の数等が挙げられる。)に対して0. 5〜2倍モルの
水で加水分解される。この場合、水の1が、0.5倍モ
ル以下だとゲル化が困難であり、2倍モル以」二だと粒
子が生成する傾向にあり、目的とする均質なゲルが作製
できない。
The alumina-based precursor mixture is optionally prepared in the presence of a salt 4 catalyst, such as ammonia, pyridine, piperidine, piperazine, to reduce the number of hydrolyzable reactive groups present in the mixture (for example, the ( RO), unreacted RO of Aff
group, and the number of groups formed by the reaction of the alkanolamine, β-keto acid ester, β-diketone compound with the RO group, that is, the number of RO groups in the starting material aluminum alkoxide or the silicon alkoxy 1ξ, and the aluminum alkoxide. Examples include the number of alkoxide groups in metal alkoxides other than those added or metal alkoxides produced from simple metals. ) for 0. It is hydrolyzed with 5 to 2 times the mole of water. In this case, if the amount of water is less than 0.5 times the mole, gelation will be difficult, and if it is more than 2 times the amount of water, particles will tend to form, making it impossible to produce the desired homogeneous gel.

本発明の超臨界乾燥後に得られたアルミナ系多孔質ゲル
を焼成して得られるセラッミクスとしては、A]20i
−3iOz系、Alz03−3i02−MgO系(コー
ディエライト) 、A1203−3iO□−BaO1A
lzO:+−5iOz−BaO−SrO、八I□Q3−
5iO□−CaO1A]20:+−5i02−FeO1
A1zO+−5i02−LiO2、八1203−ZrO
z、A1203−5iO□−Na02等が挙げられる。
Ceramics obtained by firing the alumina-based porous gel obtained after supercritical drying of the present invention include A]20i
-3iOz series, Alz03-3i02-MgO series (cordierite), A1203-3iO□-BaO1A
lzO: +-5iOz-BaO-SrO, 8I□Q3-
5iO□-CaO1A]20:+-5i02-FeO1
A1zO+-5i02-LiO2, 81203-ZrO
z, A1203-5iO□-Na02, and the like.

1作用] 本発明の特徴は、ゾル・ゲル法によりアルミナ系多孔質
ゲルを合成するにあたり、アルミニウムアルコキシドを
アルカノールアミン、βケト酸エステル、βジケトン化
合物の改質剤とシリコンアルコキシ1−“の存在下に、
適量の水で加水分解することにより粉末ではなく一体化
した均質なアルミナ系ケルを形成し、これを超臨界乾燥
により収縮、割れのない一体化しまた均質なアルミナ系
多孔質ゲルを形成し、この得られたゲル(エアロゲル)
を非酸化雰囲気(例えば、N2、NH,なと)下で高温
焼成処理を行うことにより通常の雰囲気下での高温焼成
処理では得られなかった高比表面積を保持するセラミッ
クスを製造できるものである。
1 Effect] The feature of the present invention is that in synthesizing an alumina-based porous gel by a sol-gel method, aluminum alkoxide is combined with modifiers such as alkanolamine, β-keto acid ester, and β-diketone compound and the presence of silicon alkoxy 1-” Under,
By hydrolyzing with an appropriate amount of water, an integrated homogeneous alumina-based gel is formed instead of a powder, which is then integrated by supercritical drying to form a homogeneous alumina-based porous gel without shrinkage or cracking. Obtained gel (aerogel)
By performing high-temperature firing treatment under a non-oxidizing atmosphere (for example, N2, NH, Nato), it is possible to produce ceramics that maintain a high specific surface area that cannot be obtained by high-temperature firing treatment under a normal atmosphere. .

本発明において、加水分解により生成された湿潤ゲルは
、上記した有機溶媒を含むが、この有機溶媒は特にアル
コール系はゲルのAI、 Si等の水酸基と交換反応す
るので、超臨界乾燥によりこの有機溶媒を除去する場合
、通常の乾燥処理に比較しこの打機溶媒の残留率を助長
する作用を有する。
In the present invention, the wet gel produced by hydrolysis contains the above-mentioned organic solvent, and since this organic solvent, especially alcohol-based solvent, exchanges reacts with the hydroxyl groups of AI, Si, etc. of the gel, supercritical drying removes this organic solvent. When the solvent is removed, it has the effect of promoting the residual rate of the battering machine solvent compared to a normal drying process.

また、焼成処理時に該残留物は炭素化されるが、この炭
素量も通常の乾燥処理に比較し増大すると考えられる。
Further, the residue is carbonized during the firing process, and the amount of carbon is also considered to be increased compared to the normal drying process.

そして、シリコンアルコキシドから生成したSiO□と
非酸化雰囲気により生成した該炭素との下記の還元反応
か超臨界乾燥により形成された孔によりその生成物質の
揮発が促進されて、その結果微細な孔が増成されるもの
と考えられ、また、この高温焼成処理においてシリコン
アルコキシド由来のSiは中間アルミナの状態を安定に
維持してα相への転移を遅延させる機能を有するので高
温下にさらされても高い比表面積を維持すると共にバル
キーな高温触媒担体が得られるものである。
Then, the volatilization of the produced substance is promoted by the reduction reaction described below between SiO□ produced from silicon alkoxide and the carbon produced in a non-oxidizing atmosphere, or by the pores formed by supercritical drying, and as a result, fine pores are formed. In addition, in this high-temperature firing process, Si derived from silicon alkoxide has the function of stably maintaining the intermediate alumina state and delaying the transition to the α phase, so it is not exposed to high temperatures. Also, a bulky high-temperature catalyst carrier can be obtained while maintaining a high specific surface area.

SiO□十C−+ SiO↑ 十CO↑従って、超臨界
乾燥ゲルを本発明の如く非酸化雰囲気でなく通常の酸化
雰囲気で、且つシリコンアルコキシドを使用しない系で
加熱処理を行う方法では、炭素源は雰囲気酸素と化合し
てしまうため上記反応は殆ど生起しないと考えられるか
ら、本発明による孔の増加は期待できないことは自明で
ある。
SiO Since it is considered that the above-mentioned reaction hardly occurs because the oxide is combined with atmospheric oxygen, it is obvious that an increase in the number of pores according to the present invention cannot be expected.

尚、上記反応ひいては目的セラミックスの比表面積等の
物性を制御するために該残留炭素量を調整するためには
、該アルミナ系前駆体混合物形成時の反応系の条件を選
定することにより可能である。
In addition, the amount of residual carbon can be adjusted in order to control the above reaction and physical properties such as the specific surface area of the target ceramic by selecting the conditions of the reaction system during the formation of the alumina-based precursor mixture. .

この場合、該アルミナ系前駆体混合物形成時の反応系等
に、所望により他の炭素源、例えば、カーボンブランク
等の単体、フェノールレジン等のポリマーを添加するこ
とができる。
In this case, other carbon sources such as a simple substance such as carbon blank or a polymer such as phenol resin may be added to the reaction system during the formation of the alumina precursor mixture, if desired.

しかして、本発明を用いた高温触媒担体は、該超臨界乾
燥ゲルを好ましくは、800°C〜1200°Cの゛範
囲で上述の通り非酸化雰囲気下で焼成することにより製
造される。また高温触媒は、触媒金属を含む溶液に高温
触媒担体を浸せきさせて触媒金属をコートする。そして
、これを熱処理して高温触媒とする。
Thus, the high temperature catalyst support using the present invention is produced by calcining the supercritical dry gel preferably in the range of 800°C to 1200°C under a non-oxidizing atmosphere as described above. In addition, high-temperature catalysts are coated with a catalyst metal by immersing a high-temperature catalyst carrier in a solution containing the catalyst metal. This is then heat-treated to form a high-temperature catalyst.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の具体的実施例を説明するが、本発明はこ
れに限定されるものではない。
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

(実施例1) アルミニウムトリ2−ブトキシドC(2−BuO)aA
l)9gとアセト酢酸エチル4.75gを混合し、2−
フタノールを10m1添加した。シリコンテトラエトキ
シド0.36gと2−ブタノール0.2gを混合したも
のに、水0.033gと2−ブタノール0.2gの混合
物を入れ、加水分解した。これを、前のアセト酢酸エチ
ルで安定化したアルミニウムトリ2−ブトキシドに混合
して撹拌した。次に、これに水2.07gと2−ブタノ
ール20m1の混合液を徐々に加えて、加水分解し、6
0°Cに保ち72時間でゲル化させた。この湿潤ゲルを
エタノールで溶媒置換し、オートクレーブ装置で230
 kg/cIIN、 270°Cのエタノールの超臨界
状態で溶媒を除き、乾燥ゲルを得た。この乾燥ゲルを窒
素雰囲気で1200°C15時間焼成して比表面積16
0m2/gのアルミナ系多孔質セラッミクスを得た。
(Example 1) Aluminum tri-2-butoxide C(2-BuO)aA
l) 9g and 4.75g of ethyl acetoacetate,
10ml of phthanol was added. A mixture of 0.033 g of water and 0.2 g of 2-butanol was added to a mixture of 0.36 g of silicon tetraethoxide and 0.2 g of 2-butanol, and the mixture was hydrolyzed. This was mixed and stirred into the aluminum tri-2-butoxide stabilized with ethyl acetoacetate. Next, a mixed solution of 2.07 g of water and 20 ml of 2-butanol was gradually added to this for hydrolysis.
The gel was maintained at 0°C for 72 hours. This wet gel was solvent-substituted with ethanol and placed in an autoclave for 230 min.
kg/cIIN, the solvent was removed in a supercritical state of ethanol at 270°C to obtain a dry gel. This dried gel was baked at 1200°C for 15 hours in a nitrogen atmosphere to give a specific surface area of 16
Alumina-based porous ceramics of 0 m2/g were obtained.

(実施例2) アルミニウムトリ2−ブトキシド((2−BuO):+
AI) 9gとアセト酢酸エチル4.75gを混合し、
2−フタノールを10m1添加した。シリコンフェニル
トリエトキシド0.98gと2−ブタノール0.2gを
混合し、これに水0.07gと2−ブタノール0.2g
を混合したものを加えた。これを、前のアセト酢酸エチ
ルで安定化したアルミニウムトリ2−ブトキシドに混合
して攪拌した。次に、これに水2.12gと2−ブタノ
ール20m1の混合液を徐々に加えて、加水分解し、6
0°Cで74時間保ちゲル化させた。
(Example 2) Aluminum tri-2-butoxide ((2-BuO): +
Mix 9 g of AI) and 4.75 g of ethyl acetoacetate,
10ml of 2-phthanol was added. Mix 0.98 g of silicon phenyltriethoxide and 0.2 g of 2-butanol, and add 0.07 g of water and 0.2 g of 2-butanol to this.
A mixture of these was added. This was mixed and stirred into the aluminum tri-2-butoxide stabilized with ethyl acetoacetate. Next, a mixed solution of 2.12 g of water and 20 ml of 2-butanol was gradually added to this for hydrolysis.
It was kept at 0°C for 74 hours to form a gel.

この湿潤ゲルをエタノールで溶媒置換し、オートクレー
ブ装置で230 kg/c+jt、 270°Cのエタ
ノールの超臨界状態で溶媒を除き、乾燥ゲルを得た。
The solvent of this wet gel was replaced with ethanol, and the solvent was removed in an autoclave at 230 kg/c+jt and 270°C in the supercritical state of ethanol to obtain a dry gel.

この乾燥ゲルを窒素雰囲気で1200°C15時間焼成
して比表面積170 m/gのアルミナ系多孔質セラッ
ミクスを得た。
This dried gel was fired at 1200° C. for 15 hours in a nitrogen atmosphere to obtain alumina-based porous ceramics with a specific surface area of 170 m/g.

(比較例) 実施例1及び2で作成した超臨界乾燥ゲルを空気中、1
200°CX5hの条件て焼成を行うと比表面積は90
〜100m27g迄低下した。
(Comparative example) The supercritical dry gels prepared in Examples 1 and 2 were dried in air for 1
When fired at 200°C for 5 hours, the specific surface area is 90
It decreased to ~100m27g.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は、セラッミクス前駆体ゲル中に存在する有機溶
媒を超臨界状態で徐々に除去し、さらに超臨界乾燥ゲル
の焼成処理において、孔を増成させて、なおかつ高温度
状況下においても非常に高い比表面積を維持できる成形
性、一体性に優れたセランミクス触媒担体もしくは触媒
を製造できるので、高温化学プロセスの高効率化、高温
装置の効率改善等に寄与する所は極めて広範である。
The present invention gradually removes the organic solvent present in the ceramic precursor gel in a supercritical state, and further increases the pores in the firing process of the supercritically dried gel, and furthermore, it Ceramic catalyst carriers or catalysts with excellent moldability and integrity that can maintain a high specific surface area can be produced, so they can contribute to a wide range of areas such as increasing the efficiency of high-temperature chemical processes and improving the efficiency of high-temperature equipment.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)アルミニウムアルコキシドに対し、アルカノール
アミン、βケト酸エステル、βジケトン化合物の1種ま
たは2種以上を0.1〜5倍モルと、アルミニウムアル
コキシドに対し、0.1mol%〜30mol%のシリ
コンアルコキシドを混合してアルミナ系前駆体混合物を
形成する工程、必要に応じて塩基触媒の存在下、該混合
物中に存在する加水分解し得る反応基の数に対し0.5
〜2倍モルの水で該前駆体混合物を加水分解、ゲル化せ
しめる工程、該ゲル中の液分の大半を占める有機溶媒ま
たは少なくとも当該有機溶媒を含む混合系の超臨界状態
を経てゲルの乾燥を行う工程、および乾燥されたゲルを
非酸化雰囲気中で加熱処理する工程からなることを特徴
とするアルミナ系多孔質セラミックスの製造方法。
(1) 0.1 to 5 times the mole of one or more of alkanolamines, β-keto acid esters, and β-diketone compounds to the aluminum alkoxide, and 0.1 mol% to 30 mol% of silicon to the aluminum alkoxide. mixing alkoxides to form an alumina-based precursor mixture, optionally in the presence of a base catalyst;
A step of hydrolyzing and gelling the precursor mixture with ~2 times the molar amount of water, and drying the gel through a supercritical state of an organic solvent that accounts for most of the liquid content in the gel, or a mixture system containing at least the organic solvent. 1. A method for producing alumina-based porous ceramics, comprising the steps of: and heat-treating the dried gel in a non-oxidizing atmosphere.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001056951A1 (en) * 2000-01-06 2001-08-09 Goro Sato Alumina composition, method for preparation thereof and use thereof
JP2007522066A (en) * 2004-01-26 2007-08-09 エイビービー ラマス グローバル インコーポレイテッド Process for producing mesoporous or mesoporous and microporous inorganic oxides

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