JPH0468979B2 - - Google Patents
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Description
本発明は無機性陽イオン交換体に係わる。
さらに詳述すれば、本発明は、リン酸基の一部
が亜リン酸基で置換されている4価金属のリン酸
塩でなる無機性陽イオン交換体に係わる。 一般式 M(HYO4)2・nH2O (式中、Y=P,As;M=Zr,Ti,Hf,Ge,
Sn,Ce,Th)で表わされる4価金属の酸性リン
酸塩及び酸性ヒ酸塩は、無形物質としてだけでな
く、半結晶性又は結晶性物質としても得られてお
り、いずれの場合にも繊維構造及びα及びγ成層
構造を有している。 これら物質、特に酸性リン酸ジルコニウムは、
酸及び/又酸化剤に対する安定性、温度及び電離
線に対する耐性、及びイオン交換、均一系触媒、
プロトン受容基をもつ分子の挿入
(intecalation)、固状電解質及びクロマトグラフ
イー支持体の各分野における応用性のため、各国
の研究者達の注目を集めている物質である。 これまでに行なわれてきた膨大な研究の大要
は、ある種の雑誌(たとえば、G.Alberti「アカウ
ント・オブ・ケミカル・リサーチ(Account of
Chemical Research)」11,163,1978)及び科
学テキストにおける論文(たとえば、A.
Clearfield,G.Alberti及びU.Costantino「無機性
イオン交換物質(Inorganic Ion Exchange
Materials)」(Clearfield編、CRC Press社、
USA,1982)の前3章及びG.Alberti及びU.
Costantino「インターカレーシヨン・ケミストリ
ー(Intercalation Chemistry)」(Whittingham
及びJacobson編、Academic Press社、U.S.
A.1982)のV章参照)に見られる。 酸性リン酸ジルコニウムα−Zr(HPO4)2・
H2Oは、層間隔7.56Åの成層構造を有する。各層
はO3P−OHの四面体基の2つの層の間に狭まれ
たジルコニウム原子の平面によつてなる。すなわ
ち、各ジルコニウム原子が6個の異なるO3P−
OH基の6個の酸素と八面体状で配位結合した構
造である。各層の同一面上の2個のO3P−OH基
の間の距離は5.3Åであり、各基に関連する自由
面積は約24Å2と評価される。各種の層は、中間
層域では、最大直径2.64Åをもつ窓によつて相互
に結合されたゼオライト形のキヤビテイーが形成
されるように、相互にパツクされる。このサイズ
よりも大きいイオンについてのイオン交換処理、
又は大きい断面の分子についての挿入処理
(intercalation process)不可能であるか、又は
極めて遅い速度で生ずる。 このような欠点は、一部は、プロトンの50%を
ナトリウムイオンにより置換することにより除去
されていた。ナトリウムイオンは、層間隔が11.6
Åであるリン酸ジルコニウムモノナトリウム・5
水和物ZrHPO4・NaPO4・5H2Oを形成する。続
いてナトリウムイオンは、より大きいイオンによ
り置換される。 発明者らは、リン酸基の一部が亜リン酸基によ
り置換されている無機性陽イオン交換体を使用す
る場合には、公知技術の上記欠点を排除できるこ
とを見出すと共に、置換の結果、リン酸イオン及
び亜リン酸イオンの両方を含有する固溶体が生成
されることを見出し、本発明に至つた。 本発明による陽イオン交換体では、各リン酸基
に関連する自由面積は、存在する亜リン酸基に比
例して増加するが、中間層域における大きいイオ
ン又は分子の拡散に対する立体障害は低下する。 本発明の第1の目的は、四面構造を有する元素
リンの少なくとも2種類のオキシ酸の4価金属酸
性塩の固溶体でなる無機性陽イオン交換体を提す
ることにある。好ましくはオキシ酸の数は2であ
り、2つの異なつた酸化状態(特に酸化状態5及
び3)にある元素リンを含有するオキシ酸が好ま
しい。 本発明による陽イオン交換体は、一般式 M(HYO4)2-x(HYO3)x・nH2O (式中、Mは4価の金属であり、Yはリンであ
る)に相当する。 本発明による酸の好適な対(組合せ)として
は、リン酸−亜リン酸がある。 4価金属(M)はZrである。 本発明による陽イオン交換体は無定形であつて
よく、この場合、前記一般式中のxは0.05ないし
1.95の範囲で変化し、nは0ないし6の整数又は
数である。 本発明による陽イオン交換体は半結晶性であつ
てもよく、この場合、x及びnは前記の無定形物
質の場合と同じであるが、層間隔が10.6ないし
5.5Åである成層構造が形成される。しかしなが
ら、本発明による陽イオン交換体の好適な形状は
結晶性であり、驚くべきことにはx=0ないしx
=2の間のすべての組成について可能というわけ
ではないことがわかつた。これに関連して、上記
好適な対を参照すれば、一般式 M(HYO4)2-x(HPO3)x・nH2O (式中、上述の如くYはPであり、Mは特に
Zrである)で表わされる異なる層間隔をもつ3
種の物質が見出された。第1の種類ではxが0.05
なし約0.5(間隔7.6ないし7.2Å)であり、第2の
種類ではxが1.02ないし約1.50(層間隔6.9ないし
6.2Å)であり、第3の種類ではxが1.80ないし
1.95(層間隔6.0ないし15.5Å)である。 第1の種類についてのnの値は0ないし1であ
り、第2の種類では0ないし0.5であり、第3の
種類については0ないし0.2である。たとえば、
本発明による陽イオン交換体は、式 Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.34・nH2O (式中、nは0ないし0.3である)に相当し、
層間隔は6.55±0.05Åである。 イオン交換能は存在するO3P−OHの量に左右
され、上記3種類の物質で、この量は上記式量当
りそれぞれ1.95ないし1.5、0.98ないし0.50及び0.2
ないし0.05当量である。 1価のイオン(Li+、Na+、K+、NH4 +、Cs+、
Ag+及びTl+及び2価のイオン(Mg2+、Ca2+、
Ba2+及びCu2+)についてのイオン交換試験で、
化合物Zr(HYO4)2-x(HPO3)x中に存在する基の
プロトンのすべてが容易に交換されることを示
し、脂肪族モノアミンについての実験では、各基
がアミノ基をプロトン化し、その結果、中間層域
におけるモノアミンの挿入を生ずることを示し
た。 粉末法によるx線回折測定では、d002に相当す
る回折最大位置は、交換されたイオンの寸法及び
挿入された分子の長さに左右されることを示し、
本発明による4価金属のリン酸塩−亜リン酸塩
が、結晶性であれば、成層構造を有することが確
認された。上述の層間隔は粉末X線回折スペクト
ルにおけるd002回折最大位置から推論したもので
ある。層間隔酸及び物質の密度を同時に測定し、
式 n=ρd/M (式中、ρは密度(g/c.c.)であり、dは層間
隔(cm)であり、Mは式量である)にあてはめる
ことにより、試験したいずれのジルコニウム酸塩
−亜リン酸塩についても、α−Zr(HPO4)2・
H2O(6.8×10-8・モル・cm-2)の値に非常に近似
したnの値が得られた。 G.Alberti等「ジヤーナル・オブ・インオルガ
ニツク・ヌクレアス・ケミストリー(J.Inorg.
Nucl.Chem.)」41,643,1979によれば、これは、
本発明による混合ジルコニウム酸性塩がα−Zr
(HPO4)2・H2Oのものと類似のタイプの成層構
造を有していることを意味する。たとえば、第1
A図及び第1B図は、Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.34
についての推定構造を概略的に示す。第1B図で
は、大きい黒丸はZrを示し、斜線を引いた丸は
Pを、白丸は酸素を及び小さい黒丸は水素をそれ
ぞれ示す。第1A図では、白丸は亜リン酸基を示
し、斜線を引いた丸はリン酸基を示す。2つの層
の間隔(1)は6.55Åであり、間隔(2)は5.3Åである。
なお、第1A図は平面図であり、第1B図は側面
図である。 4価金属のリン酸塩−亜リン酸塩は、比較的高
い温度まで熱的に安定である。たとえば、Zr
(HPO4)1.7(HPO3)0.30.2H2Oの熱挙動はZr
(HPO4)2・H2Oのものと非常に類似している。 水和の水は100℃以上の温度で完全に失なわれ、
300℃を越える温度でピロリン酸の縮合が起る。 最後に、空気の存在下では、亜リン酸塩は600
℃以上の温度では酸化してリン酸塩となり、1000
℃で生成物は完全に変形して、立体構造の
ZrP2O7となる。Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.34の熱挙
動は、ピロリン酸が比較的低い温度で生成される
点で、リン酸塩ジルコニウムのものとかなり異な
る。その熱分解は以下の如く概略的に表わされ
る。 Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.34・0.14H2O 100℃ ―――――→ −0.14H2OZr(HPO4)0.66(HPO3)1.34 180〜350℃ ―――――→ −0.33H2OZr(P2O7)0.33(HPO3)1.34 600〜1000℃ ――――――――――→ +0.67O2,−0.67H2OZrP2O7 本発明の第2の目的は、上述の無機性陽イオン
交換体の調製法を提供することにある。本発明に
よる方法は、4価金属の化合物を、好ましくは水
性雰囲気において、リンの少なくとも2種のオキ
シ酸(好ましくは2種類)と反応させるものであ
る。 4価金属はZrであり、その化合物としてはハ
ロゲン化物、オキシハロゲン化物、硝酸塩、硫酸
塩、リン酸塩及び酸化物がある。 酸の組合せは、好ましくはリン酸−亜リン酸で
ある。 2種類のオキシ酸(特に前記組合せ)を使用す
る場合には、オキシ酸の総濃度は0.5ないし14M
であり、溶液中における4価金属のモル数に対す
る酸の総モル数の比は少なくとも2である。 反応温度及び反応時間については次のとおりで
ある。すなわち、無定形の生成物を得るために
は、温度50℃以下でありかつ時間は1時間以下で
ある。半結晶性の生成物を得るためには、温度は
50℃ないし溶液の沸点の範囲でありかつ時間は1
ないし100時間である。結晶性の生成物を得るた
めには、温度は圧力に応じて次の値から選ばれ
る。すなわち、大気圧では沸点温度であり、反応
時間は100ないし1000時間である。あるいはオー
トクレーブ中300℃で沸騰させる際には、反応時
間は10ないし100時間である。 結晶は酸の総濃度が高ければ高いほど高く、反
応時間の増大つれて高くなる。 無定形リン酸塩又は亜リン酸塩をH3PO4及び
H3PO3の混合物中で直接還流しながら沸騰させ
ることにより、結晶性の交換体を得ることもでき
る。 再度、上記酸の組合せ及び酸の総濃度0.5ない
し14M、4価金属のモル数に対る酸の総モル数の
比少なくとも2を有する結晶性物質を得る場合を
参照して述べれば、反応を4価金属についての錯
化剤の存在下で行なうことができ、かかる場合の
温度は室温ないし溶液の沸点の範囲であり、反応
時間は1ないし100時間である。 この方法を利用する場合には、錯化剤をM()
塩の溶液に添加し、つづいて、たとえば酸
H3PO4及びH3PO3の混合物を添加する。ついで、
徐々に錯化剤を除去することにより沈殿が得られ
る。錯化剤が揮発性のもの(たとえばHF)であ
る場合には、開放形容器において室温ないし溶液
の沸点の範囲の温度において蒸発させることによ
り除去でき、又溶液中に水蒸気又は窒素の如き不
活性ガスを吹込むことによつても除去できる。生
成物の結晶度は錯化剤の除去が遅ければ遅いほど
高くなる。錯化剤が揮発性でない(たとえばシユ
ウ酸)場合又は大きい結晶が要求される場合に
は、閉止容器中において溶液を室温から約100℃
に徐々に加熱することにより、M()錯体を熱
的に分解することができる。 層間隔7.6ないし7.2Åをもつ結晶性交換体を得
るためには、リン酸及び亜リン酸の混合物の総濃
度は2ないし14M、好ましくは8ないし12Mであ
り、リン酸のモルフラクシヨンは0.98ないし0.75
である。 層間隔6.9ないし6.2Åをもつ結晶性交換体を得
るためには、2つの酸の混合物の総濃度は2ない
し14M、好ましくは8ないし12Mであり、リン酸
のモルフラクシヨンは0.83ないし0.65である。 層間隔6.0ないし5.5Åをもつ結晶性交換体を得
るためには、酸の総濃度は前記と同じであり、リ
ン酸のモルフラクシヨンは0.70ないし0.1である。 上記3種類の層間隔をもつ結晶性交換体を錯化
剤(好ましくはHF)の存在下で得るためには、
2つの酸の混合物の総濃度は2ないし10M、好ま
しくは4ないし6Mであり、リン酸のモルフラク
シヨンは上記のとおりである。 錯化剤は金属の約2ないし10倍、好ましくは4
ないし8倍の初期モル濃度で使用される。 本発明による化合物の調製、イオン交換特性及
び挿入特性についての詳細は以下の実施例におい
て記述するが、これらの実施例はいずれも本発明
を限定するものではない。 実施例 1 層間隔7.5Å、Zr(HPO4)1.7(HPO3)0.3の組成
をもつジルコニウムリン酸塩−亜リン酸塩の調
製 ZrOCl21.2M及びHF7.2Mを含有する溶液50ml
を、H3PO45M及びH3PO30.78Mを含有する溶液
50mlと混合した。この溶液を開放形プラスチツク
製容器に入れ、約80℃で48時間加熱して、ジルコ
ニウムフルオル錯体を分解させた。蒸留水を添加
することにより溶液の容量を一定に維持した。遠
心分離(又は過)により生成した沈殿を分離
し、蒸留水で洗浄し、PH4とした。沈殿は組成
Zr(HPO4)1.7(HPO3)0.3を有していた。飽和
NaCl溶液上、室温(相対湿度75%)に調節した
ところ、沈殿の組成はZr(HPO4)1.7(HPO3)0.3・
0.2H2Oであつた。X線回折により得られた粉末
スペクトルを表に示した。 表 組成Zr(HPO4)1.7(HPO3)0.3のジルコニウムリ
ン酸塩−亜リン酸塩(a欄)及び組成Zr
(HPO4)0.66(HPO3)1.34のジルコニウムリン酸
塩−亜リン酸塩(b欄)について得られたX粉
回折スペクトル
が亜リン酸基で置換されている4価金属のリン酸
塩でなる無機性陽イオン交換体に係わる。 一般式 M(HYO4)2・nH2O (式中、Y=P,As;M=Zr,Ti,Hf,Ge,
Sn,Ce,Th)で表わされる4価金属の酸性リン
酸塩及び酸性ヒ酸塩は、無形物質としてだけでな
く、半結晶性又は結晶性物質としても得られてお
り、いずれの場合にも繊維構造及びα及びγ成層
構造を有している。 これら物質、特に酸性リン酸ジルコニウムは、
酸及び/又酸化剤に対する安定性、温度及び電離
線に対する耐性、及びイオン交換、均一系触媒、
プロトン受容基をもつ分子の挿入
(intecalation)、固状電解質及びクロマトグラフ
イー支持体の各分野における応用性のため、各国
の研究者達の注目を集めている物質である。 これまでに行なわれてきた膨大な研究の大要
は、ある種の雑誌(たとえば、G.Alberti「アカウ
ント・オブ・ケミカル・リサーチ(Account of
Chemical Research)」11,163,1978)及び科
学テキストにおける論文(たとえば、A.
Clearfield,G.Alberti及びU.Costantino「無機性
イオン交換物質(Inorganic Ion Exchange
Materials)」(Clearfield編、CRC Press社、
USA,1982)の前3章及びG.Alberti及びU.
Costantino「インターカレーシヨン・ケミストリ
ー(Intercalation Chemistry)」(Whittingham
及びJacobson編、Academic Press社、U.S.
A.1982)のV章参照)に見られる。 酸性リン酸ジルコニウムα−Zr(HPO4)2・
H2Oは、層間隔7.56Åの成層構造を有する。各層
はO3P−OHの四面体基の2つの層の間に狭まれ
たジルコニウム原子の平面によつてなる。すなわ
ち、各ジルコニウム原子が6個の異なるO3P−
OH基の6個の酸素と八面体状で配位結合した構
造である。各層の同一面上の2個のO3P−OH基
の間の距離は5.3Åであり、各基に関連する自由
面積は約24Å2と評価される。各種の層は、中間
層域では、最大直径2.64Åをもつ窓によつて相互
に結合されたゼオライト形のキヤビテイーが形成
されるように、相互にパツクされる。このサイズ
よりも大きいイオンについてのイオン交換処理、
又は大きい断面の分子についての挿入処理
(intercalation process)不可能であるか、又は
極めて遅い速度で生ずる。 このような欠点は、一部は、プロトンの50%を
ナトリウムイオンにより置換することにより除去
されていた。ナトリウムイオンは、層間隔が11.6
Åであるリン酸ジルコニウムモノナトリウム・5
水和物ZrHPO4・NaPO4・5H2Oを形成する。続
いてナトリウムイオンは、より大きいイオンによ
り置換される。 発明者らは、リン酸基の一部が亜リン酸基によ
り置換されている無機性陽イオン交換体を使用す
る場合には、公知技術の上記欠点を排除できるこ
とを見出すと共に、置換の結果、リン酸イオン及
び亜リン酸イオンの両方を含有する固溶体が生成
されることを見出し、本発明に至つた。 本発明による陽イオン交換体では、各リン酸基
に関連する自由面積は、存在する亜リン酸基に比
例して増加するが、中間層域における大きいイオ
ン又は分子の拡散に対する立体障害は低下する。 本発明の第1の目的は、四面構造を有する元素
リンの少なくとも2種類のオキシ酸の4価金属酸
性塩の固溶体でなる無機性陽イオン交換体を提す
ることにある。好ましくはオキシ酸の数は2であ
り、2つの異なつた酸化状態(特に酸化状態5及
び3)にある元素リンを含有するオキシ酸が好ま
しい。 本発明による陽イオン交換体は、一般式 M(HYO4)2-x(HYO3)x・nH2O (式中、Mは4価の金属であり、Yはリンであ
る)に相当する。 本発明による酸の好適な対(組合せ)として
は、リン酸−亜リン酸がある。 4価金属(M)はZrである。 本発明による陽イオン交換体は無定形であつて
よく、この場合、前記一般式中のxは0.05ないし
1.95の範囲で変化し、nは0ないし6の整数又は
数である。 本発明による陽イオン交換体は半結晶性であつ
てもよく、この場合、x及びnは前記の無定形物
質の場合と同じであるが、層間隔が10.6ないし
5.5Åである成層構造が形成される。しかしなが
ら、本発明による陽イオン交換体の好適な形状は
結晶性であり、驚くべきことにはx=0ないしx
=2の間のすべての組成について可能というわけ
ではないことがわかつた。これに関連して、上記
好適な対を参照すれば、一般式 M(HYO4)2-x(HPO3)x・nH2O (式中、上述の如くYはPであり、Mは特に
Zrである)で表わされる異なる層間隔をもつ3
種の物質が見出された。第1の種類ではxが0.05
なし約0.5(間隔7.6ないし7.2Å)であり、第2の
種類ではxが1.02ないし約1.50(層間隔6.9ないし
6.2Å)であり、第3の種類ではxが1.80ないし
1.95(層間隔6.0ないし15.5Å)である。 第1の種類についてのnの値は0ないし1であ
り、第2の種類では0ないし0.5であり、第3の
種類については0ないし0.2である。たとえば、
本発明による陽イオン交換体は、式 Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.34・nH2O (式中、nは0ないし0.3である)に相当し、
層間隔は6.55±0.05Åである。 イオン交換能は存在するO3P−OHの量に左右
され、上記3種類の物質で、この量は上記式量当
りそれぞれ1.95ないし1.5、0.98ないし0.50及び0.2
ないし0.05当量である。 1価のイオン(Li+、Na+、K+、NH4 +、Cs+、
Ag+及びTl+及び2価のイオン(Mg2+、Ca2+、
Ba2+及びCu2+)についてのイオン交換試験で、
化合物Zr(HYO4)2-x(HPO3)x中に存在する基の
プロトンのすべてが容易に交換されることを示
し、脂肪族モノアミンについての実験では、各基
がアミノ基をプロトン化し、その結果、中間層域
におけるモノアミンの挿入を生ずることを示し
た。 粉末法によるx線回折測定では、d002に相当す
る回折最大位置は、交換されたイオンの寸法及び
挿入された分子の長さに左右されることを示し、
本発明による4価金属のリン酸塩−亜リン酸塩
が、結晶性であれば、成層構造を有することが確
認された。上述の層間隔は粉末X線回折スペクト
ルにおけるd002回折最大位置から推論したもので
ある。層間隔酸及び物質の密度を同時に測定し、
式 n=ρd/M (式中、ρは密度(g/c.c.)であり、dは層間
隔(cm)であり、Mは式量である)にあてはめる
ことにより、試験したいずれのジルコニウム酸塩
−亜リン酸塩についても、α−Zr(HPO4)2・
H2O(6.8×10-8・モル・cm-2)の値に非常に近似
したnの値が得られた。 G.Alberti等「ジヤーナル・オブ・インオルガ
ニツク・ヌクレアス・ケミストリー(J.Inorg.
Nucl.Chem.)」41,643,1979によれば、これは、
本発明による混合ジルコニウム酸性塩がα−Zr
(HPO4)2・H2Oのものと類似のタイプの成層構
造を有していることを意味する。たとえば、第1
A図及び第1B図は、Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.34
についての推定構造を概略的に示す。第1B図で
は、大きい黒丸はZrを示し、斜線を引いた丸は
Pを、白丸は酸素を及び小さい黒丸は水素をそれ
ぞれ示す。第1A図では、白丸は亜リン酸基を示
し、斜線を引いた丸はリン酸基を示す。2つの層
の間隔(1)は6.55Åであり、間隔(2)は5.3Åである。
なお、第1A図は平面図であり、第1B図は側面
図である。 4価金属のリン酸塩−亜リン酸塩は、比較的高
い温度まで熱的に安定である。たとえば、Zr
(HPO4)1.7(HPO3)0.30.2H2Oの熱挙動はZr
(HPO4)2・H2Oのものと非常に類似している。 水和の水は100℃以上の温度で完全に失なわれ、
300℃を越える温度でピロリン酸の縮合が起る。 最後に、空気の存在下では、亜リン酸塩は600
℃以上の温度では酸化してリン酸塩となり、1000
℃で生成物は完全に変形して、立体構造の
ZrP2O7となる。Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.34の熱挙
動は、ピロリン酸が比較的低い温度で生成される
点で、リン酸塩ジルコニウムのものとかなり異な
る。その熱分解は以下の如く概略的に表わされ
る。 Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.34・0.14H2O 100℃ ―――――→ −0.14H2OZr(HPO4)0.66(HPO3)1.34 180〜350℃ ―――――→ −0.33H2OZr(P2O7)0.33(HPO3)1.34 600〜1000℃ ――――――――――→ +0.67O2,−0.67H2OZrP2O7 本発明の第2の目的は、上述の無機性陽イオン
交換体の調製法を提供することにある。本発明に
よる方法は、4価金属の化合物を、好ましくは水
性雰囲気において、リンの少なくとも2種のオキ
シ酸(好ましくは2種類)と反応させるものであ
る。 4価金属はZrであり、その化合物としてはハ
ロゲン化物、オキシハロゲン化物、硝酸塩、硫酸
塩、リン酸塩及び酸化物がある。 酸の組合せは、好ましくはリン酸−亜リン酸で
ある。 2種類のオキシ酸(特に前記組合せ)を使用す
る場合には、オキシ酸の総濃度は0.5ないし14M
であり、溶液中における4価金属のモル数に対す
る酸の総モル数の比は少なくとも2である。 反応温度及び反応時間については次のとおりで
ある。すなわち、無定形の生成物を得るために
は、温度50℃以下でありかつ時間は1時間以下で
ある。半結晶性の生成物を得るためには、温度は
50℃ないし溶液の沸点の範囲でありかつ時間は1
ないし100時間である。結晶性の生成物を得るた
めには、温度は圧力に応じて次の値から選ばれ
る。すなわち、大気圧では沸点温度であり、反応
時間は100ないし1000時間である。あるいはオー
トクレーブ中300℃で沸騰させる際には、反応時
間は10ないし100時間である。 結晶は酸の総濃度が高ければ高いほど高く、反
応時間の増大つれて高くなる。 無定形リン酸塩又は亜リン酸塩をH3PO4及び
H3PO3の混合物中で直接還流しながら沸騰させ
ることにより、結晶性の交換体を得ることもでき
る。 再度、上記酸の組合せ及び酸の総濃度0.5ない
し14M、4価金属のモル数に対る酸の総モル数の
比少なくとも2を有する結晶性物質を得る場合を
参照して述べれば、反応を4価金属についての錯
化剤の存在下で行なうことができ、かかる場合の
温度は室温ないし溶液の沸点の範囲であり、反応
時間は1ないし100時間である。 この方法を利用する場合には、錯化剤をM()
塩の溶液に添加し、つづいて、たとえば酸
H3PO4及びH3PO3の混合物を添加する。ついで、
徐々に錯化剤を除去することにより沈殿が得られ
る。錯化剤が揮発性のもの(たとえばHF)であ
る場合には、開放形容器において室温ないし溶液
の沸点の範囲の温度において蒸発させることによ
り除去でき、又溶液中に水蒸気又は窒素の如き不
活性ガスを吹込むことによつても除去できる。生
成物の結晶度は錯化剤の除去が遅ければ遅いほど
高くなる。錯化剤が揮発性でない(たとえばシユ
ウ酸)場合又は大きい結晶が要求される場合に
は、閉止容器中において溶液を室温から約100℃
に徐々に加熱することにより、M()錯体を熱
的に分解することができる。 層間隔7.6ないし7.2Åをもつ結晶性交換体を得
るためには、リン酸及び亜リン酸の混合物の総濃
度は2ないし14M、好ましくは8ないし12Mであ
り、リン酸のモルフラクシヨンは0.98ないし0.75
である。 層間隔6.9ないし6.2Åをもつ結晶性交換体を得
るためには、2つの酸の混合物の総濃度は2ない
し14M、好ましくは8ないし12Mであり、リン酸
のモルフラクシヨンは0.83ないし0.65である。 層間隔6.0ないし5.5Åをもつ結晶性交換体を得
るためには、酸の総濃度は前記と同じであり、リ
ン酸のモルフラクシヨンは0.70ないし0.1である。 上記3種類の層間隔をもつ結晶性交換体を錯化
剤(好ましくはHF)の存在下で得るためには、
2つの酸の混合物の総濃度は2ないし10M、好ま
しくは4ないし6Mであり、リン酸のモルフラク
シヨンは上記のとおりである。 錯化剤は金属の約2ないし10倍、好ましくは4
ないし8倍の初期モル濃度で使用される。 本発明による化合物の調製、イオン交換特性及
び挿入特性についての詳細は以下の実施例におい
て記述するが、これらの実施例はいずれも本発明
を限定するものではない。 実施例 1 層間隔7.5Å、Zr(HPO4)1.7(HPO3)0.3の組成
をもつジルコニウムリン酸塩−亜リン酸塩の調
製 ZrOCl21.2M及びHF7.2Mを含有する溶液50ml
を、H3PO45M及びH3PO30.78Mを含有する溶液
50mlと混合した。この溶液を開放形プラスチツク
製容器に入れ、約80℃で48時間加熱して、ジルコ
ニウムフルオル錯体を分解させた。蒸留水を添加
することにより溶液の容量を一定に維持した。遠
心分離(又は過)により生成した沈殿を分離
し、蒸留水で洗浄し、PH4とした。沈殿は組成
Zr(HPO4)1.7(HPO3)0.3を有していた。飽和
NaCl溶液上、室温(相対湿度75%)に調節した
ところ、沈殿の組成はZr(HPO4)1.7(HPO3)0.3・
0.2H2Oであつた。X線回折により得られた粉末
スペクトルを表に示した。 表 組成Zr(HPO4)1.7(HPO3)0.3のジルコニウムリ
ン酸塩−亜リン酸塩(a欄)及び組成Zr
(HPO4)0.66(HPO3)1.34のジルコニウムリン酸
塩−亜リン酸塩(b欄)について得られたX粉
回折スペクトル
【表】
実施例 2
層間隔6.7Å、組成Zr(HPO4)0.85(HPO3)1.15を
有する成層構造の結晶性ジルコニウムリン酸塩
−亜リン酸塩の調製 ZrOCl21.2M及びHF7.2Mを含有する溶液50ml
を、H3PO44.8M及びH3OP31.2Mを含有する溶液
450mlに添加した。実施例1と同様に操作し、4
日間で沈殿を行なつた。 相対湿度75%に調節したところ、生成物は式量
当り水約0.14モルを含有し、層間隔6.7Åを有し
ていた。 実施例 3 層間隔6.55Å、組成Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.34
を有する成層構造の結晶性ジルコニウムリン酸
塩−亜リン酸塩の調製 ZrOCl21.2M及びHF7.2Mを含有する溶液50ml
を、H3PO44.4M及びH3OP31.33Mを含有する溶
液450mlに添加した。実施例1と同様に操作した。
得られた生成物についてX線粉末回折スペクトル
を、前記実施例1で述べた表中に示した。 実施例 4 層間隔5.7Å、組成Zr(HPO4)0.1(HPO3)1.9を
有する成層構造の半結晶性ジルコニウムリン酸
塩−亜リン酸塩の調製 ZrOCl21.2M及びHF7.2Mを含有する溶液50ml
を、H3PO42.5M及びH3OP32.5Mを含有する溶液
450mlに添加した。その後、実施例2と同様に操
作した。 実施例 5 還流条件下、沸騰させることによる層間隔6.9
ないし6.5Åをもつジルコニウムリン酸塩−亜
リン酸塩の調製 H3PO48.3M及びH3PO33.7Mを含有する溶液
225mlに1.3MZrOCl2溶液25mlを添加することによ
り得られや懸濁液250mlを、還流冷却器を具備す
るフラスコに導入した。得られた沈殿を1ないし
7日間煮沸した。遠心分離(又は過)により分
離した後、沈殿を蒸留水で洗浄し、PH約4とし
た。沸騰時間の増化につれて結晶度は高くなり、
層間隔は連続して6.9Åから約6.6ないし6.5Åに低
下した。 実施例 6 水熱反応法よる層間隔6.5Åをもつジルコニウ
ムリン酸塩−亜リン酸塩の調製 以下の如くして生成物が得られた。すなわち、
1.3M ZrOCl2溶液25mlを、H3OP43.6M及び
H3PO32Mを含有する溶液225mlと混合し、オー
トクレーブ中、230℃において2日間放置した。 実施例 7 HFを含有する溶液から層間隔6.4Åをもつジル
コニウムヒ酸塩−亜リン酸塩の調製 ZrOCl20.13M、塩化フツ素酸0.72M、ヒ酸4.9M
及び亜リン酸塩0.3Mを含有する溶液500mlを調製
した。ついで、実施例1と同様に操作した。 相対湿度75%に調節した後、生成物は層間隔
6.4Åを有していた。 実施例 8 添加した塩の存在下における1価金属の水酸化
物によるZr(HPO4)0.66(HPO3)1.34についての
滴定曲線 Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.340.5gを、M()Clの
0.1N溶液(Tl()の場合、0.1M TlNO3)100
mlに撹拌しながら懸濁させた。ついで、Mettler
自動滴定装置を使用し、M()OH0.1Mによる
滴定を行なつた。 LiOH(曲線1)、NaOH(曲線2)、KOH(曲線
3)、CsOH(曲線4)及びTl()OH(曲線5)
について得られた滴定曲線を第2図に示した。 なお、横軸は交換体g当りの添加した水酸化物
のミリ当量数をし、縦軸はPHを示す。 実施例 9 添加した塩の存在下における2価金属の水酸化
物によるZr(HPO4)0.66(HPO3)1.34についての
滴定曲線 実施例8の自動滴定装置を使用して滴定を行な
つた。添加した塩0.05Mの存下におけるMg(曲線
A)、Ca(曲線B)及びBa(曲線C)についての
滴定曲線を第3図に示した。なお、横軸は交換体
g当りの添加した水酸化物のミリ当量数を示し、
縦軸はPHを示す。 実施例 10 ZrCu0.3(PO4)0.66(HPO3)1.34の調製 Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.340.5gを0.1M酢酸銅溶
液100ml中に撹拌しながら懸濁させた。約1日間
接触させた後、溶液から沈殿を分離し、蒸留水で
洗浄した。得られたサンプル(相対湿度75%で調
節した後)の層間隔は7.6Åであつた。 実施例 11 Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.34へのn−アルキルモ
ノアミン(エチルアミン、n−プロピルアミ
ン、n−ブチルアミン)の挿入 Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.340.5gを、挿入するn
−アルキルモノアミンの塩酸塩の0.1M溶液50ml
中に撹拌しながら懸濁させた。ついで、自動滴定
装置を使用し、同じn−アルキルアミンの0.1M
溶液による滴定を行なつた。滴定終了時、得られ
た物質は、それぞれZr(HPO4)0.66(HPO3)1.34・
0.6C2H5NH2,Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.34・
0.62C3H7NH2及びZr(HPO4)0.66(HPO3)1.34・
0.65C4H9NH2の組成を有し、それぞれ層間隔10.8
Å、11.6Å及び13.4Åを有していた。 実施例 12 Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.34へのn−アルカノー
ル(ブタノール、ペンタノール及びオクタノー
ル)の挿入 Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.340.5gを純粋なアルカ
ノール50ml中に懸濁させ、室温で24時間撹拌し
た。ついで固形物を溶液から分離し、得られた挿
入生成物(intercalates)についてX線粉末スペ
クトルを測定した。ブタノール、ペンタノール及
びオクタノールによる挿入生成物についての層間
隔はそれぞれ11.2Å、12.1Å及び13.8Åであつた。
有する成層構造の結晶性ジルコニウムリン酸塩
−亜リン酸塩の調製 ZrOCl21.2M及びHF7.2Mを含有する溶液50ml
を、H3PO44.8M及びH3OP31.2Mを含有する溶液
450mlに添加した。実施例1と同様に操作し、4
日間で沈殿を行なつた。 相対湿度75%に調節したところ、生成物は式量
当り水約0.14モルを含有し、層間隔6.7Åを有し
ていた。 実施例 3 層間隔6.55Å、組成Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.34
を有する成層構造の結晶性ジルコニウムリン酸
塩−亜リン酸塩の調製 ZrOCl21.2M及びHF7.2Mを含有する溶液50ml
を、H3PO44.4M及びH3OP31.33Mを含有する溶
液450mlに添加した。実施例1と同様に操作した。
得られた生成物についてX線粉末回折スペクトル
を、前記実施例1で述べた表中に示した。 実施例 4 層間隔5.7Å、組成Zr(HPO4)0.1(HPO3)1.9を
有する成層構造の半結晶性ジルコニウムリン酸
塩−亜リン酸塩の調製 ZrOCl21.2M及びHF7.2Mを含有する溶液50ml
を、H3PO42.5M及びH3OP32.5Mを含有する溶液
450mlに添加した。その後、実施例2と同様に操
作した。 実施例 5 還流条件下、沸騰させることによる層間隔6.9
ないし6.5Åをもつジルコニウムリン酸塩−亜
リン酸塩の調製 H3PO48.3M及びH3PO33.7Mを含有する溶液
225mlに1.3MZrOCl2溶液25mlを添加することによ
り得られや懸濁液250mlを、還流冷却器を具備す
るフラスコに導入した。得られた沈殿を1ないし
7日間煮沸した。遠心分離(又は過)により分
離した後、沈殿を蒸留水で洗浄し、PH約4とし
た。沸騰時間の増化につれて結晶度は高くなり、
層間隔は連続して6.9Åから約6.6ないし6.5Åに低
下した。 実施例 6 水熱反応法よる層間隔6.5Åをもつジルコニウ
ムリン酸塩−亜リン酸塩の調製 以下の如くして生成物が得られた。すなわち、
1.3M ZrOCl2溶液25mlを、H3OP43.6M及び
H3PO32Mを含有する溶液225mlと混合し、オー
トクレーブ中、230℃において2日間放置した。 実施例 7 HFを含有する溶液から層間隔6.4Åをもつジル
コニウムヒ酸塩−亜リン酸塩の調製 ZrOCl20.13M、塩化フツ素酸0.72M、ヒ酸4.9M
及び亜リン酸塩0.3Mを含有する溶液500mlを調製
した。ついで、実施例1と同様に操作した。 相対湿度75%に調節した後、生成物は層間隔
6.4Åを有していた。 実施例 8 添加した塩の存在下における1価金属の水酸化
物によるZr(HPO4)0.66(HPO3)1.34についての
滴定曲線 Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.340.5gを、M()Clの
0.1N溶液(Tl()の場合、0.1M TlNO3)100
mlに撹拌しながら懸濁させた。ついで、Mettler
自動滴定装置を使用し、M()OH0.1Mによる
滴定を行なつた。 LiOH(曲線1)、NaOH(曲線2)、KOH(曲線
3)、CsOH(曲線4)及びTl()OH(曲線5)
について得られた滴定曲線を第2図に示した。 なお、横軸は交換体g当りの添加した水酸化物
のミリ当量数をし、縦軸はPHを示す。 実施例 9 添加した塩の存在下における2価金属の水酸化
物によるZr(HPO4)0.66(HPO3)1.34についての
滴定曲線 実施例8の自動滴定装置を使用して滴定を行な
つた。添加した塩0.05Mの存下におけるMg(曲線
A)、Ca(曲線B)及びBa(曲線C)についての
滴定曲線を第3図に示した。なお、横軸は交換体
g当りの添加した水酸化物のミリ当量数を示し、
縦軸はPHを示す。 実施例 10 ZrCu0.3(PO4)0.66(HPO3)1.34の調製 Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.340.5gを0.1M酢酸銅溶
液100ml中に撹拌しながら懸濁させた。約1日間
接触させた後、溶液から沈殿を分離し、蒸留水で
洗浄した。得られたサンプル(相対湿度75%で調
節した後)の層間隔は7.6Åであつた。 実施例 11 Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.34へのn−アルキルモ
ノアミン(エチルアミン、n−プロピルアミ
ン、n−ブチルアミン)の挿入 Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.340.5gを、挿入するn
−アルキルモノアミンの塩酸塩の0.1M溶液50ml
中に撹拌しながら懸濁させた。ついで、自動滴定
装置を使用し、同じn−アルキルアミンの0.1M
溶液による滴定を行なつた。滴定終了時、得られ
た物質は、それぞれZr(HPO4)0.66(HPO3)1.34・
0.6C2H5NH2,Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.34・
0.62C3H7NH2及びZr(HPO4)0.66(HPO3)1.34・
0.65C4H9NH2の組成を有し、それぞれ層間隔10.8
Å、11.6Å及び13.4Åを有していた。 実施例 12 Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.34へのn−アルカノー
ル(ブタノール、ペンタノール及びオクタノー
ル)の挿入 Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.340.5gを純粋なアルカ
ノール50ml中に懸濁させ、室温で24時間撹拌し
た。ついで固形物を溶液から分離し、得られた挿
入生成物(intercalates)についてX線粉末スペ
クトルを測定した。ブタノール、ペンタノール及
びオクタノールによる挿入生成物についての層間
隔はそれぞれ11.2Å、12.1Å及び13.8Åであつた。
第1A図及び第1B図は本発明によるZr
(HPO4)0.66(HPO3)1.34についての構造を示す概
略図、及び第2図及び第3図は前記化合物につい
てのそれぞれ1価金属水酸化物及び2価金属水酸
化物による滴定曲線を示すグラフである。
(HPO4)0.66(HPO3)1.34についての構造を示す概
略図、及び第2図及び第3図は前記化合物につい
てのそれぞれ1価金属水酸化物及び2価金属水酸
化物による滴定曲線を示すグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 一般式 Zr(HPO4)2-x(HPO3)x・nH2O (式中、xは0より大、2より小であり、nは
0ないし6の数である)で表されるオキシリン酸
ジルコニウム塩の固溶体でなることを特徴とす
る、陽イオン交換体。 2 特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、
無定形であり、かつ一般式 Zr(HPO4)2-x(HPO3)x・nH2O (式中、xは0.05ないし1.95であり、nは0な
いし6の数である)に相当するものである、陽イ
オン交換体。 3 特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、
成層構造の半結晶性であり、かつ一般式 Zr(HPO4)2-x(HPO3)x・nH2O (式中、xは0.05ないし1.95であり、nは0な
いし6の数である)に相当するものであり、層間
隔が10.6ないし5.5Åである、陽イオン交換体。 4 特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、
成層構造の結晶性であり、かつ一般式 Zr(HPO4)2-x(HPO3)x・nH2O (式中、xは0.05ないし0.5であり、nは0な
いし1の数である)に相当するものであり、層間
隔が7.6ないし7.2Åである、陽イオン交換体。 5 特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、
成層構造の結晶性であり、かつ一般式 Zr(HPO4)2-x(HPO3)x・nH2O (式中、xは1.02ないし1.50であり、nは0な
いし0.5の数である)に相当するものであり、層
間隔が6.9ないし6.2Åである、陽イオン交換体。 6 特許請求の範囲第5項記載のものにおいて、
成層構造の結晶性であり、かつ一般式 Zr(HPO4)0.66(HPO3)1.34・nH2O (式中、nは0ないし0.3の数である)に相当
するものであり、層間隔が6.55±0.05Åである、
陽イオン交換体。 7 特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、
成層構造の半結晶性であり、かつ一般式 Zr(HPO4)2-x(HPO3)x・nH2O (式中、xは1.80ないし1.95であり、nは0な
いし0.2の数である)に相当するものであり、層
間隔が6.0ないし5.5Åである、陽イオン交換体。 8 一般式 Zr(HPO4)2-x(HPO3)x・nH2O (式中、xは0より大、2より小であり、nは
0ないし6の数である)で表されるオキシリン酸
ジルコニウム塩の固溶体でなる陽イオン交換体の
製造法において、4価ジルコニウムの化合物をリ
ン酸及び亜リン酸と反応させることを特徴とす
る、陽イオン交換体の製法。 9 特許請求の範囲第8項記載の製法において、
4価ジルコニウムの化合物が、ハロゲン化物、オ
キシハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩及
び酸化物の中から選ばれるものである、陽イオン
交換体の製法。 10 特許請求の範囲第8項記載の製法におい
て、リン酸及び亜リン酸の濃度が0.5ないし14M
であり、かつ溶液中における4価ジルコニウムの
モル数に対する酸の総モル数の比が少なくとも2
である、陽イオン交換体の製法。 11 特許請求の範囲第10項記載の製法におい
て、4価ジルコニウムの化合物とリン酸及び亜リ
ン酸との間の反応を50℃以下の温度で行う、陽イ
オン交換体の製法。 12 特許請求の範囲第10項記載の製法におい
て、50℃ないし溶液の沸点の温度、1ないし100
時間の反応時間で反応を行う、陽イオン交換体の
製法。 13 特許請求の範囲第10項記載の製法におい
て、溶液の沸点温度、大気圧下、100ないし1000
時間、又はオートクレーブ中、沸点ないし300℃
の温度、10ないし100時間で反応を行う、陽イオ
ン交換体の製法。 14 特許請求の範囲第10項記載の製法におい
て、室温ないし溶液の沸点の温度、4価ジルコニ
ウム用の錯化剤の存在下、1ないし100時間で反
応を行う、陽イオン交換体の製法。 15 特許請求の範囲第14項記載の製法におい
て、前記錯化剤がフツ化水素酸である、陽イオン
交換体の製法。 16 特許請求の範囲第10項又は第13項記載
の製法において、リン酸及び亜リン酸の混合物の
総濃度が2ないし14Mであり、リン酸のモルフラ
クシヨンが0.98ないし0.75である、陽イオン交換
体の製法。 17 特許請求の範囲第14項ないし第16項の
いずれか1項に記載の製法において、初期モル濃
度がジルコニウムの約2ないし10倍であるフツ化
水素酸の存在下、リン酸及び亜リン酸の混合物の
総濃度2ないし10M、室温ないし100℃の温度に
おいて反応を行う、陽イオン交換体の製法。 18 特許請求の範囲第10項又は第13項記載
の製法において、リン酸及び亜リン酸の混合物の
総濃度が2ないし14Mであり、リン酸のモルフラ
クシヨンが0.83ないし0.65である、陽イオン交換
体の製法。 19 特許請求の範囲第14項、第15項又は第
18項記載の製法において、初期モル濃度がジル
コニウムの2ないし10倍であるフツ化水素酸の存
在下、リン酸及び亜リン酸の混合物の総濃度2な
いし10M、室温ないし100℃の温度において反応
を行う、陽イオン交換体の製法。 20 特許請求の範囲第10項又は第13項記載
の製法において、リン酸及び亜リン酸の混合物の
総濃度が2ないし14Mであり、リン酸のモルフラ
クシヨンが0.70ないし0.1である、陽イオン交換
体の製法。 21 特許請求の範囲第14項、第15項又は第
20項記載の製法において、初期モル濃度がジル
コニウムの約2ないし10倍であるフツ化水素酸の
存在下、リン酸及び亜リン酸の混合物の総濃度2
ないし10M、室温ないし100℃の温度において反
応を行う、陽イオン交換体の製法。
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
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IT22365A/83 | 1983-08-01 |
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JPS6051548A JPS6051548A (ja) | 1985-03-23 |
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WO1994003801A1 (en) * | 1992-08-07 | 1994-02-17 | Kanto Kagaku Kabushiki Kaisha | Material of chromatographic stationary phase |
US5728463A (en) * | 1992-08-07 | 1998-03-17 | Kanto Kagaku Kabushiki Kaisha | Stationary phase material for chromatography |
IT1289904B1 (it) * | 1997-01-16 | 1998-10-19 | Eniricerche Spa | Composizione cristallina mesoporosa ad alta area superficiale di un metallo tetravalente utile come catalizzatore |
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AU2003228206A1 (en) * | 2002-06-21 | 2004-01-06 | Lynntech, Inc. | Ion exchange materials for use in a bi-213 generator |
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CN112142027B (zh) * | 2020-09-17 | 2022-03-29 | 赣州瑞德化工有限公司 | 一种纳米层状磷酸锆及其载银磷酸锆的制备方法 |
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