JPH05330942A - 無機多孔体の製造方法 - Google Patents

無機多孔体の製造方法

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JPH05330942A
JPH05330942A JP16024592A JP16024592A JPH05330942A JP H05330942 A JPH05330942 A JP H05330942A JP 16024592 A JP16024592 A JP 16024592A JP 16024592 A JP16024592 A JP 16024592A JP H05330942 A JPH05330942 A JP H05330942A
Authority
JP
Japan
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drying
compound
inorganic
porous material
solvent
Prior art date
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Pending
Application number
JP16024592A
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English (en)
Inventor
Koichi Takahama
孝一 高濱
Masaru Yokoyama
勝 横山
Toshiji Sako
利治 佐古
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0003Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof containing continuous channels, e.g. of the "dead-end" type or obtained by pushing bars in the green ceramic product

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 乾燥過程での凝縮の程度を制御し、細孔径を
コントロールできる無機多孔体の製造方法を提供する。 【構成】 層状化合物の層間にピラー材となる化合物を
挿入し、フィルタープレスした後、乾燥して無機多孔体
を製造する方法であって、前記乾燥を超臨界状態で行う
か、または、液体炭酸抽出法により行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、層状化合物を用いる
無機多孔体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、無機層状化合物を熱風乾燥または
凍結乾燥により乾燥させてなる無機多孔体が知られてい
る(特公昭62−20130号公報、特開昭60−13
7813号公報参照)。これらの無機多孔体は、層状化
合物層間のイオン交換性を利用し、様々な大きさの金属
酸化物などのピラー材を層間に挿入することにより、細
孔径をコントロールし、機能性材料の合成が可能にな
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記無
機多孔体は、乾燥過程での凝縮により、多孔体の細孔が
消滅し、その結果、断熱性などの機能を十分引き出すこ
とができない。この発明は、乾燥過程での凝縮の程度を
制御し、細孔径をコントロールできる無機多孔体の製造
方法を提供することを課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、層状化合物の層間にピラー材となる化
合物を挿入し、フィルタープレスした後、乾燥して無機
多孔体を製造する方法であって、前記乾燥を超臨界状態
で行うことを特徴とする無機多孔体の製造方法を提供す
る。
【0005】この発明は、また、層状化合物の層間にピ
ラー材となる化合物を挿入し、フィルタープレスした
後、乾燥して無機多孔体を製造する方法であって、前記
乾燥を液体炭酸抽出法により行うことを特徴とする無機
多孔体の製造方法を提供する。この発明は、層状化合物
の乾燥方法を様々な条件の超臨界乾燥(超臨界状態でな
される乾燥)あるいは液体炭酸抽出乾燥方法を用い、ま
た、フィルタープレス圧をコントロールすることで、ミ
クロ〜マクロな細孔径がコントロールされた無機多孔体
を得る方法である。
【0006】無機層状化合物などの層状化合物として
は、具体的につぎのようなイオン交換性層状化合物が挙
げられる。ケイ酸塩、リン酸塩、チタン酸塩、ウラン酸
塩、バナジン酸塩、ニオブ酸塩、タングステン酸塩、モ
リブデン酸塩などである。より具体的には、ケイ酸塩と
しては、スメクタイト、雲母、バーミキュライトやハイ
デライト、リン酸塩としては、リン酸ジルコニウム、リ
ン酸チタニウム、チタン酸塩としては、チタン酸カリウ
ム、チタン酸ナトリウム、ウラン酸塩としては、ウラン
酸カリウム、ウラン酸ナトリウム、バナジン酸塩として
は、バナジン酸カリウム、バナジン酸カルシウム、ニオ
ブ酸塩としては、ニオブ酸カリウム、タングステン酸塩
としては、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸
銀、モリブデン酸塩としては、モリブデン酸マグネシウ
ム、モリブデン酸セシウム、モリブデン酸銀などがあげ
られるが、層状構造をしたものであればこれらに限られ
るわけではない。
【0007】つづいて、この発明の無機多孔体の製造方
法をより具体的に工程を追って説明する。まず、主材た
る無機層状化合物を水等の溶媒に分散させる。使用する
溶媒としては、たとえば、水、エタノール、メタノー
ル、DMF(ジメチルホルムアミド)、DMSO(ジメ
チルスルホキシド)、アセトンなどを単独でまたは2種
以上混合して用いる。
【0008】ついで、層間に挿入されてピラー材となる
化合物を添加する。この化合物の層状化合物への挿入
は、通常、イオン交換で行われる。層状化合物とピラー
材となる化合物の組み合わせは、たとえば、以下のとお
りである。スメクタイトや雲母にはアルキルアンモニウ
ム、無機コロイド状酸化物、ポリカチオン性酸化物など
が、リン酸ジルコニウムにはアルキルアンモニウム塩な
どの有機官能基が、モリブデン酸塩にはプロトンやアル
カリイオンが、チタン酸塩にはアルカリイオンやアルキ
ルアンモニウムイオンが挿入できる。層状化合物の層間
に挿入される化合物の量は特に限定はないが、たとえ
ば、層状化合物100重量部に対して10〜80重量部
の割合が好ましい。この範囲を下回ると層間が充分に開
かないおそれがあり、上記範囲を上回ると層間、層外へ
化合物が付着しすぎるおそれがある。
【0009】このようにして層間挿入されて得られた無
機層状化合物を固液分離し、様々な面圧でフィルタープ
レスする。フィルタープレスは、たとえば、金型を用
い、フィルターとしてろ紙とフェルトを用いる方法など
の従来公知のやり方が採用され、特に限定はない。この
発明では、フィルタープレスの面圧を調整することによ
り、最終的に得られる無機多孔体の細孔径を調節するこ
とができる。フィルタープレスの面圧は特に限定はない
が、たとえば、1〜250kg/cm2 の範囲内が好まし
い。面圧がこの範囲を上回ると細孔が小さくなりすぎて
細孔容積が小さいおそれがある。
【0010】フィルタープレスしたのち、ろ別した残渣
をそのままで、または、ろ紙やフェルトをはがしてか
ら、超臨界乾燥あるいは液体炭酸抽出乾燥を行う。ただ
し、ここで言う超臨界乾燥とは、ちょうど臨界点におけ
る乾燥も含む。超臨界状態で乾燥させる場合には、たと
えば、次のようにする。たとえば、層間に含有されてい
る水等、無機層状化合物が保持含有する溶媒を直接、加
熱、加圧して、その臨界点以上の状態に到達させ、溶媒
を除去乾燥させるという方法がある。ただし、この場
合、水のように極めて高い臨界点(水の臨界温度は37
4.2℃、臨界圧は217.6atm)をもつ溶媒を用
いると特殊なオートクレーブなどの耐圧容器を用いなけ
ればならない。これを避けるため、たとえば、無機層状
化合物が含有する溶媒を臨界点の低い溶媒に置換した
後、超臨界乾燥する。たとえば、無機層状化合物が水を
含有している場合、エタノールで置換した後、エタノー
ルの超臨界条件下で超臨界乾燥したり、水をエタノール
で置換した後、さらに二酸化炭素を加えていき、徐々に
エタノールを二酸化炭素に置換しながら二酸化炭素とエ
タノールの2成分系の臨界点以上の温度、圧力に加熱加
圧して、超臨界状態を実現すればよい。エタノールが抽
出除去された後、常温常圧にもどせば乾燥工程は終了す
る。エタノールを二酸化炭素で置換する場合、臨界点以
上の二酸化炭素を系に送り込んで置換させるようにする
こともできる。なお、溶媒として利用可能な流体は、上
記のものに限らない。実用範囲で超臨界流体化すること
が可能なものは種々あるが、たとえば、エタノール、メ
タノール、二酸化炭素、ジクロロジフルオロメタン、エ
チレンなどが挙げられる。参考のため、主要な流体につ
いて臨界条件を表1に示した。
【0011】
【表1】
【0012】また、液体炭酸抽出乾燥の場合も同様に、
液体状態の二酸化炭素を被乾燥物と接触させ、被乾燥物
に含まれる溶媒を抽出乾燥する。液体状態の二酸化炭素
は図3に示す領域である。図3の右上がりの斜線を付し
た領域R(沸騰線、三重点および溶融線を含む)が液体
域であり、左上がりの斜線を付した領域Sが超臨界状態
域(臨界点CPを含む)である。
【0013】乾燥後、必要に応じて焼成などの処理を行
ってもよい。この発明の製造方法によれば、熱風乾燥や
凍結乾燥した場合に得られる無機多孔体のように凝縮に
より層間が閉じてしまった様な構造ではなく、比較的ポ
ーラスな形で、かつ、乾燥条件により細孔径をコントロ
ールでき、さらに、無機層状多孔体粒子間も、フィルタ
ープレス圧により、様々な細孔径に制御できるため、層
間の機能性が活かしやすい構造が構築できる。
【0014】以上では、層状化合物が無機層状化合物で
あるとして説明したが、層状化合物は無機層状化合物に
限定されない。
【0015】
【作用】この発明では、無機層状化合物などの層状化合
物の乾燥を超臨界乾燥あるいは液体炭酸抽出乾燥方法で
行うことにより、無機多孔体のミクロないしはメソ領域
の細孔の凝縮度合いをコントロールし、多孔体の機能を
十分発揮できる形で乾燥することができる。また、フィ
ルタープレス圧をコントロールすることにより、無機層
状多孔体が形成するサブミクロンオーダーの細孔径をコ
ントロールすることができる。
【0016】
【実施例】以下に、この発明の具体的な実施例および比
較例を示すが、この発明は下記実施例に限定されない。 −実施例1− スメクタイトとして、Na−モンモリロナイト(クニミ
ネ工業株式会社製、クニピアF)を約1wt%溶液による
ように水に分散させておいた。
【0017】また、オルトケイ酸テトラエチル(半井テ
スク(株)製試薬)にエタノール、2M塩酸水溶液を添
加し、加水分解、重合させた。配合比は、オルトケイ酸
テトラエチル:エタノール:2M塩酸=1:0.24:
0.34(重量比)であった。この加水分解重合反応液
に、チタン酸テトライソプロピルに2M塩酸水溶液を添
加し(配合比は、チタン酸:2M塩酸=1:10の重量
比)、加水分解解膠したものを添加し十分に混合した。
配合比は、オルトケイ酸テトラエチル:チタン酸テトラ
イソプロピル=10:1のモル比であった。
【0018】この混合液を予め分散しておいたNa−モ
ンモリロナイト分散液に添加し、イオン交換反応を行っ
た。反応条件は、60℃、1.5時間であった。反応
後、遠心分離、エタノール洗浄を繰り返した後、面圧2
5kg/cm2 でフィルタープレスした。フィルタープレス
は、金型低部に穴の開けた底板をセットし、フェルトと
ろ紙をこの順で敷き、エタノール洗浄後のサンプルを入
れ、上板を乗せて上記面圧値または1kg/cm2 で行っ
た。フィルタープレス後、比較的臨界点の低い二酸化炭
素(CO2 )を添加しながら、40℃、80気圧で8時
間かけて超臨界乾燥を行った。乾燥後、500℃で焼成
し、無機層状多孔体(無機多孔体。以下同様)を得た。
【0019】−実施例2− 実施例1においてフィルタープレス圧を100kg/cm2
で行った以外は実施例1と同様にして無機層状多孔体を
得た。 −実施例3− 実施例1においてフィルタープレス圧を250kg/cm2
で行った以外は実施例1と同様にして無機層状多孔体を
得た。
【0020】−実施例4− リン酸ジルコニウム(第一希元素化学(株)製試薬)を
約1wt%溶液になるように水に分散させた。ついで、オ
クタデシルトリメチルアンモニウムクロライド(日本油
脂(株)製カチオンAB)をリン酸ジルコニウム1重量
部に対して約0.6重量部の比率で添加し、イオン交換
反応を行った。反応は、約1.5時間、反応温度は60
℃であった。反応後、遠心分離、エタノール洗浄を繰り
返した後、実施例1と同様にしてフィルタープレスを面
圧25kg/cm2 で行い、実施例1と同様に超臨界乾燥し
た。乾燥後、500℃で焼成し、無機層状多孔体を得
た。
【0021】−実施例5− 実施例4においてフィルタープレスを面圧100kg/cm
2 で行ったこと以外は実施例4と同様にして無機層状多
孔体を得た。 −実施例6− 実施例1において超臨界乾燥条件を温度80℃、圧力1
60気圧で行った以外は実施例1と同様にして無機多孔
体を得た。
【0022】−実施例7− 実施例1において乾燥方法を液体炭酸抽出乾燥したこと
以外は実施例1と同様にして無機多孔体を得た。液体炭
酸抽出乾燥は、液体二酸化炭素(20℃、100気圧)
で抽出乾燥を行った。 −実施例8− 実施例2において乾燥方法を液体炭酸抽出乾燥したこと
以外は実施例2と同様にして無機多孔体を得た。液体炭
酸抽出乾燥は、液体二酸化炭素(20℃、100気圧)
で抽出乾燥を行った。
【0023】−実施例9− 実施例3において乾燥方法を液体炭酸抽出乾燥したこと
以外は実施例3と同様にして無機多孔体を得た。液体炭
酸抽出乾燥は、液体二酸化炭素(20℃、100気圧)
で抽出乾燥を行った。 −実施例10− 実施例4において乾燥方法を液体炭酸抽出乾燥したこと
以外は実施例4と同様にして無機多孔体を得た。液体炭
酸抽出乾燥は、液体二酸化炭素(20℃、100気圧)
で抽出乾燥を行った。
【0024】−実施例11− 実施例5において乾燥方法を液体炭酸抽出乾燥したこと
以外は実施例5と同様にして無機多孔体を得た。液体炭
酸抽出乾燥は、液体二酸化炭素(20℃、100気圧)
で抽出乾燥を行った。 −比較例1− 実施例1において乾燥法が通常の加熱乾燥であること以
外は実施例1と同様にして無機層状多孔体を得た。
【0025】−比較例2− 実施例2において乾燥法が通常の加熱乾燥であること以
外は実施例2と同様にして無機層状多孔体を得た。実施
例および比較例で得られた無機多孔体について、比表面
積、細孔容積と細孔径を窒素吸着法におけるBET法を
利用して調べ、また、X線回折により層間間隔を測定し
た。結果を表2に示した。
【0026】
【表2】
【0027】表2にみるように、実施例で得られた無機
多孔体は、比較例で得られたものに比べ、比表面積、細
孔容積と細孔径もコントロール可能であるため、機能性
を発揮しやすい。実施例1および比較例1で得られた無
機多孔体の粒子構造をみるために、無機多孔体の内部を
電子顕微鏡写真に撮り、図1と2に示した。図1は実施
例1で得られた無機多孔体の粒子構造を表し、図2は比
較例1で得られた無機多孔体の粒子構造を表す。
【0028】図1にみるように、フレーク状または花弁
状にみえるものが層間挿入された層状化合物であり、こ
の層状化合物がランダムにまたはカードハウス状につな
がりあっていて、実施例1の無機多孔体には、多数の細
孔が形成されているのがわかる。図1の写真は、図中の
右下の白い四角内の横I字形の横線の長さが500nm
に相当する。
【0029】図2にみるように、多数の紙を重ねたよう
にみえるものが層間挿入された層状化合物であり、この
層状化合物が密に重なりあっていて、比較例1の無機多
孔体には、細孔がほとんどなく、大きな隙間がところど
ころに形成されているのがわかる。図2の写真は、図中
の右下の白い四角内の横I字形の横線の長さが500n
mに相当する。
【0030】
【発明の効果】この発明の無機多孔体の製造方法は、超
臨界乾燥、あるいは、液体炭酸抽出乾燥を用い、さらに
フィルタープレス圧をコントロールすることにより、乾
燥時における凝縮が小さく、細孔径を制御できるため多
孔体そのものの機能性、たとえば断熱性など、を用途に
応じて十分に引き出せる構造体が合成可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得られた無機多孔体の粒子構造を表
す部分的拡大写真である。
【図2】比較例1で得られた無機多孔体の粒子構造を表
す部分的拡大写真である。
【図3】二酸化炭素の圧力P−温度T−密度ρを表す図
である。
【符号の説明】
CP 二酸化炭素の臨界点 R 二酸化炭素の液体域 S 二酸化炭素の超臨界状態域

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 層状化合物の層間にピラー材となる化合
    物を挿入し、フィルタープレスした後、乾燥して無機多
    孔体を製造する方法であって、前記乾燥を超臨界状態で
    行うことを特徴とする無機多孔体の製造方法。
  2. 【請求項2】 層状化合物の層間にピラー材となる化合
    物を挿入し、フィルタープレスした後、乾燥して無機多
    孔体を製造する方法であって、前記乾燥を液体炭酸抽出
    法により行うことを特徴とする無機多孔体の製造方法。
  3. 【請求項3】 フィルタープレスの圧力が面圧1〜25
    0kg/cm2 である請求項1または2記載の無機多孔体の
    製造方法。
JP16024592A 1992-05-26 1992-05-26 無機多孔体の製造方法 Pending JPH05330942A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111989292A (zh) * 2017-12-29 2020-11-24 伊梅斯切公司 制备合成页硅酸盐的方法

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