JPH0669888B2 - Hydrothermal Synthesis of Layered Silicate - Google Patents
Hydrothermal Synthesis of Layered SilicateInfo
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- JPH0669888B2 JPH0669888B2 JP1251062A JP25106289A JPH0669888B2 JP H0669888 B2 JPH0669888 B2 JP H0669888B2 JP 1251062 A JP1251062 A JP 1251062A JP 25106289 A JP25106289 A JP 25106289A JP H0669888 B2 JPH0669888 B2 JP H0669888B2
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- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/20—Silicates
- C01B33/36—Silicates having base-exchange properties but not having molecular sieve properties
- C01B33/38—Layered base-exchange silicates, e.g. clays, micas or alkali metal silicates of kenyaite or magadiite type
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、層状ケイ酸塩の水熱合成法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for hydrothermal synthesis of layered silicate.
層状ケイ酸塩はその特殊構造に基づいた機能性材料への
応用が期待されている物質の1つである。このものは、
触媒、充填剤、あるいは吸着剤等の種々の用途開発がな
されている。更に、インターカレーションによる層間修
飾では新規な触媒や多孔材料を始めとした複合材料開発
へ発展している分野である。Layered silicate is one of the substances expected to be applied to functional materials based on its special structure. This one is
Various applications such as catalysts, fillers, and adsorbents have been developed. In addition, inter-layer modification by intercalation is a field in which development of composite materials including new catalysts and porous materials is progressing.
現在、その対象となる層状ケイ酸塩には天然のスメクタ
イト系粘土鉱物や溶融法で合成されたフッ素マイカ等が
ある。しかし、これからの層状ケイ酸塩を活用した機能
性材料の開発にはより精製された原料を出発原料とし
た、より効率的な合成プロセスが求められている。Currently, the target layered silicates include natural smectite clay minerals and fluorine mica synthesized by the melting method. However, in the future development of functional materials utilizing layered silicates, more efficient synthetic processes using more refined raw materials as starting materials are required.
本発明者らは、湿式法により生成したアモルファスシリ
カとアルコール溶液との反応に注目し、鋭意研究を重ね
た結果、これを出発原料とすることで層状ポリケイ酸塩
マガディアイトの合成が可能であることを見い出した。
従来、マガディアイトの合成は100〜150℃、数週間〜数
ケ月間、あるいは含アルカリ炭酸塩添加により175℃で
十数時間を要することが分かっているが、低温では非晶
質物質の残存や高温では他相の共存があり、単一相とし
て得られないことに問題があった。The present inventors have paid attention to the reaction between amorphous silica produced by a wet method and an alcohol solution, and as a result of earnest research, it is possible to synthesize layered polysilicate magadiite by using this as a starting material. I found a thing.
Conventionally, it has been known that the synthesis of magadiite requires 100 to 150 ° C, several weeks to several months, or tens of dozen hours at 175 ° C due to the addition of alkali-containing carbonates, but at low temperatures amorphous substances remain and There was a problem that at high temperature, other phases coexist and cannot be obtained as a single phase.
本発明は上記の知見に基づいてなされたもので、その目
的は層状ケイ酸塩の新たな水熱合成法を提供するにあ
る。The present invention was made based on the above findings, and an object thereof is to provide a new hydrothermal synthesis method for layered silicates.
すなわち、本発明によれば、シリカ源、アルカリ金属
源、水及びアルコールからなり、SiO21モル当り、アル
カリ金属0.1〜0.3モル及び水10〜30モルを含有する液状
混合物を150℃以上の水熱条件下で反応させることを特
徴とする層状ケイ酸塩の水熱合成法が提供される。That is, according to the present invention, a liquid source comprising a silica source, an alkali metal source, water and alcohol, and 0.1 to 0.3 mol of alkali metal and 10 to 30 mol of water per 150 mol of SiO 2 is added to a liquid having a temperature of 150 ° C. or higher. A hydrothermal synthesis method of a layered silicate is provided which is characterized by reacting under thermal conditions.
本発明で用いるシリカ源としては、アモルファスシリカ
の使用が好適である。一般には、湿式法で合成されたシ
リカであればよく、特にその履歴は限定されない。例え
ば、珪酸ソーダやアルコキシドを原料として得られるシ
リカや、ケイ酸塩鉱石を鉱酸処理して得られるアモルフ
ァスシリカを用いることができる。また、珪酸ソーダ自
体をシリカ源とすることもできる。シリカ源として固体
状のものを用いる場合、その粒度は特に制約されない
が、大きすぎると完全に溶解反応させるのに長時間を要
するので好ましくなく、一般には、100メッシュより小
さな粉末で用いるのが好ましい。Amorphous silica is preferably used as the silica source used in the present invention. In general, silica synthesized by a wet method may be used, and its history is not particularly limited. For example, silica obtained using sodium silicate or alkoxide as a raw material and amorphous silica obtained by treating silicate ore with a mineral acid can be used. Also, sodium silicate itself can be used as the silica source. When using a solid one as a silica source, the particle size is not particularly limited, but if it is too large it is not preferable because it takes a long time to completely dissolve and react, and it is generally preferable to use a powder smaller than 100 mesh. .
アルカリ金属源としては、水酸化ナトリウムや水酸化カ
リウムの使用が好ましい。また、珪酸ソーダをシリカ源
とアルカリ金属源の両方に用いることができる。It is preferable to use sodium hydroxide or potassium hydroxide as the alkali metal source. Further, sodium silicate can be used as both a silica source and an alkali metal source.
アルコールとしては、一般的には、炭素数2〜6の脂肪
族アルコールが使用され、好ましくは炭素数3〜5の直
鎖アルコールが使用される。アルカリ度が大きくなる
と、より炭素数の多いアルコールの使用が好ましい。例
えば、シリカに対するアルカリ金属のモル比が約0.2の
場合には、n−ブタノールの使用が好ましく、一方、そ
のモル比が約0.25の場合には、1−ペンタノールの使用
が好ましい。As the alcohol, an aliphatic alcohol having 2 to 6 carbon atoms is generally used, and a linear alcohol having 3 to 5 carbon atoms is preferably used. With increasing alkalinity, the use of alcohols with higher carbon numbers is preferred. For example, use of n-butanol is preferred when the molar ratio of alkali metal to silica is about 0.2, while use of 1-pentanol is preferred when the molar ratio is about 0.25.
原料混合物中の成分割合は、シリカ1モルに対し、アル
カリ金属0.1〜0.3モル、水10〜30モルの割合である。ま
たアルコールの使用量は、シリカ1モルに対し、0.2〜
3.0モル、好ましくは1.0〜2.0モルの割合である。The ratio of components in the raw material mixture is 0.1 to 0.3 mol of alkali metal and 10 to 30 mol of water with respect to 1 mol of silica. The amount of alcohol used is 0.2 to 1 mol of silica.
The amount is 3.0 mol, preferably 1.0 to 2.0 mol.
また、原料混合物には、補助成分として、必要に応じ、
アルミン酸ナトリウムや硫酸アルミニウム、アルミナ等
のアルミナ源や、水酸化マグネシウムや、マグネシア等
のマグネシア源を適量(例えば、シリカ1モルに対して
0.04〜0.8モル)添加することもできる。In addition, the raw material mixture, if necessary, as an auxiliary component,
Alumina sources such as sodium aluminate, aluminum sulfate, and alumina, magnesium hydroxide, and magnesia sources such as magnesia are used in appropriate amounts (for example, 1 mol of silica)
0.04 to 0.8 mol) can also be added.
反応温度は低温では反応時間がかかり、高温では他物質
の晶出を抑制する必要が出てくる場合もあり、150℃以
上の温度、特に170℃程度が好ましい。撹拌は系全体の
均一性を保持できれば良い。反応圧力は、全圧で、1〜
20気圧、好ましくは7〜9気圧である。When the reaction temperature is low, it takes a long time to react, and when the reaction temperature is high, it may be necessary to suppress crystallization of other substances. Therefore, a temperature of 150 ° C. or higher, particularly about 170 ° C. is preferable. The stirring is sufficient if the uniformity of the entire system can be maintained. The reaction pressure is 1 to 1 in total pressure.
The pressure is 20 atm, preferably 7 to 9 atm.
上記の条件によって合成された固体物質は、常法によっ
て母液と分離し、次いで10-3〜10-4mol/l程度のアルカ
リ溶液(母液と同種類のアルカリ金属溶液)で洗浄する
か又は水洗後、乾燥し回収する。The solid substance synthesized under the above conditions is separated from the mother liquor by a conventional method, and then washed with an alkaline solution of about 10 -3 to 10 -4 mol / l (alkali metal solution of the same kind as the mother liquor) or washed with water. After that, it is dried and collected.
本発明の合成方法においては、アルカリ溶液に溶解した
シリカ分のアルコール添加に基づく溶解度減少による晶
析効果とシリカ多面体の立体配位規制効果により層状の
シリカ四面体を形成し、これをアルカリ金属が結合する
ことによって、結晶性層状ケイ酸塩が生成するものと考
えられる。In the synthesis method of the present invention, a layered silica tetrahedron is formed by the crystallization effect due to the solubility reduction based on the alcohol addition of the silica component dissolved in an alkaline solution and the conformational regulation effect of the silica polyhedron, and the alkali metal It is believed that the combination forms a crystalline layered silicate.
層状構造を有するケイ酸塩骨格を形成させるためには、
炭素数4のアルキル基を持つn−ブタノールが最も有効
であり、これはn−ブチルアミンでも同様な効果が確認
されることから、直鎖C4H9基による立体配位規制が層状
構造の形成に大きく寄与するものと思われる。しかし、
アルカリ度が高い程、シリカ分の溶解度が増すため、層
状構造を破壊することなく晶析効果を大きくするために
はよりアルキル鎖の炭素数の多いアルコールの使用が有
効となる。In order to form a silicate skeleton having a layered structure,
N-Butanol having an alkyl group having 4 carbon atoms is the most effective, and the same effect is confirmed with n-butylamine. Therefore, the conformational regulation by the linear C 4 H 9 group forms a layered structure. It seems that it will greatly contribute to. But,
The higher the alkalinity, the higher the solubility of the silica content. Therefore, in order to enhance the crystallization effect without destroying the layered structure, it is effective to use an alcohol having a higher alkyl chain carbon number.
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples.
実施例1 蛇紋岩の硫酸溶解で生成したSiO2分99.7%以上(ただ
し、含まれる水分を除いて換算したもので、以後も化学
分析値はこれを基準とする)で粒度100〜200メッシュの
アモルファスシリカ25gを0.5規定水酸化ナトリウム溶液
150ccと市販特級ブタノール溶液50ccの混合溶液に添加
し、170℃のオートクレーブ中で24時間反応させた。Example 1 SiO 2 content generated by dissolution of serpentine in sulfuric acid was 99.7% or more (however, it was converted by excluding water contained therein, and thereafter, chemical analysis values were based on this) and had a particle size of 100 to 200 mesh. 25 g of amorphous silica 0.5N sodium hydroxide solution
It was added to a mixed solution of 150 cc and 50 cc of a commercial grade butanol solution, and the mixture was reacted in an autoclave at 170 ° C. for 24 hours.
処理終了後、濾過して液相を分離し、10-4mol/lの水酸
化ナトリウム溶液で洗浄した。回収固体を40℃で乾燥
後、X線回折法で測定したところマガディアイトのみの
生成が認められた。なお、水洗によってもX線回折パタ
ーンに変化は認められず、これは以下の実施例において
も同様であった。After completion of the treatment, the liquid phase was separated by filtration and washed with a 10 -4 mol / l sodium hydroxide solution. When the collected solid was dried at 40 ° C. and then measured by X-ray diffractometry, only magadiite was found to be produced. No change was observed in the X-ray diffraction pattern even after washing with water, and this was the same in the following examples.
実施例2 蛇紋岩の硫酸溶解で生成したSiO2分99.7%以上で粒度28
0メッシュ以下のアモルファスシリカ25gを0.5規定水酸
化ナトリウム溶液150ccと市販特級ブタノール溶液50cc
の混合液に添加し、170℃のオートクレーブ中で12時間
反応させた。Example 2 SiO 2 generated by dissolving sulfuric acid in serpentine 2 min 99.7% or more and grain size 28
25 g of 0-mesh or less amorphous silica 0.5 cc sodium hydroxide solution 150 cc and commercial grade butanol solution 50 cc
Was added to the mixed solution of and the reaction was carried out in an autoclave at 170 ° C. for 12 hours.
処理終了後、濾過して液相を分離し、10-4mol/lの水酸
化ナトリウム溶液で洗浄した。回収固体を40℃で乾燥
後、X線回折法で測定したところマガディアイトのみの
生成が認められた。After completion of the treatment, the liquid phase was separated by filtration and washed with a 10 -4 mol / l sodium hydroxide solution. When the collected solid was dried at 40 ° C. and then measured by X-ray diffractometry, only magadiite was found to be produced.
実施例3 蛇紋岩の硫酸溶解で生成したSiO2分99.7%以上で粒度28
0メッシュ以下のアモルファスシリカ25gを0.7規定水酸
化ナトリウム溶液150ccと市販特級ペンタノール溶液50c
cの混合液に添加し、170℃のオートクレーブ中で12時間
反応させた。Example 3 SiO 2 produced by dissolution of serpentinite in sulfuric acid 2 min 99.7% or more and particle size 28
25 g of 0-mesh or less amorphous silica 0.7 cc sodium hydroxide solution 150 cc and commercial grade pentanol solution 50 c
It was added to the mixed solution of c and reacted in an autoclave at 170 ° C. for 12 hours.
処理終了後、濾過して液相を分離し、10-4mol/lの水酸
化ナトリウム溶液で洗浄した。回収固体を40℃で乾燥
後、X線回折法で測定したところマガディアイトのみの
生成が認められた。After completion of the treatment, the liquid phase was separated by filtration and washed with a 10 -4 mol / l sodium hydroxide solution. When the collected solid was dried at 40 ° C. and then measured by X-ray diffractometry, only magadiite was found to be produced.
実施例4 蛇紋岩の硫酸溶解で生成したSiO2分99.7%以上で粒度28
0メッシュ以下のアモルファスシリカ25gを0.35規定水酸
化ナトリウム溶液150ccと市販特級ブタノール溶液50cc
の混合液に添加し、170℃のオートクレーブ中で24時間
反応させた。Example 4 SiO 2 produced by dissolution of serpentinite in sulfuric acid 2 min 99.7% or more and particle size 28
25 g of 0-mesh or less amorphous silica 150 cc of 0.35N sodium hydroxide solution and 50 cc of commercial grade butanol solution
Was added to the mixed solution of and the reaction was carried out in an autoclave at 170 ° C. for 24 hours.
処理終了後、濾過して液相を分離し、10-4mol/lの水酸
化ナトリウム溶液で洗浄した。回収固体を40℃で乾燥
後、X線回折法で測定したところアモルファス物質の共
存は認められが、マガディアイトのみの生成が認められ
た。After completion of the treatment, the liquid phase was separated by filtration and washed with a 10 -4 mol / l sodium hydroxide solution. When the collected solid was dried at 40 ° C. and measured by an X-ray diffraction method, coexistence of an amorphous substance was recognized, but only magadiite was generated.
実施例5 蛇紋岩の硫酸溶解で生成したSiO2分99.7%以上で粒度10
0メッシュ以下のアモルファスシリカ25gを0.5規定水酸
化ナトリウム溶液150ccと市販特級エタノール、あるい
はプロパノールやペンタノール溶液各々50ccの混合液に
添加し、170℃のオートクレーブ中で12〜24時間反応さ
せた。Example 5 SiO 2 generated by dissolution of serpentinite in sulfuric acid 2 minutes 99.7% or more and particle size 10
25 g of 0-mesh or less amorphous silica was added to a mixture of 150 cc of 0.5 N sodium hydroxide solution and 50 cc of commercial grade ethanol, or propanol or pentanol solution, and reacted in an autoclave at 170 ° C for 12 to 24 hours.
処理終了後、濾過して液相を分離し、10-4mol/lの水酸
化ナトリウム溶液で洗浄した。回収固体を40℃で乾燥
後、X線回折法で測定したところアモルファス物質の共
存は認められが、マガディアイトのみの生成が認められ
た。After completion of the treatment, the liquid phase was separated by filtration and washed with a 10 -4 mol / l sodium hydroxide solution. When the collected solid was dried at 40 ° C. and measured by an X-ray diffraction method, coexistence of an amorphous substance was recognized, but only magadiite was generated.
マガディアイトはその特有の層状構造に基づくミクロポ
アを有することから、それ自体化学工業、窯業、医学等
多くの分野での用途が期待できる。例えば、触媒担体、
充填剤、吸着剤、脱臭剤、酵素センサー、微生物分離等
に適用可能と考えられる。また、インターカレーション
反応により、微生物離剤、薬理活性物質、あるいは層間
におけるピラー形成によって新たな触媒や多孔材料等を
製造する際の層状化合物として有用なものと期待でき
る。Since magadiite has a micropore based on its peculiar layered structure, it can be expected to be used in many fields such as chemical industry, ceramic industry, and medicine. For example, a catalyst carrier,
It is considered to be applicable to packing materials, adsorbents, deodorants, enzyme sensors, microbial separation, etc. In addition, it can be expected to be useful as a layered compound when producing a new catalyst, a porous material or the like by intercalation reaction, a microbial release agent, a pharmacologically active substance, or pillar formation between layers.
また、これを酸処理して得られる結晶性層状ポリケイ酸
はシリカ分のみから成り、アモルファスシリカが利用さ
れてきた用途、例えば触媒、触媒担体、充填剤、吸着
剤、脱臭剤等に対し、より高い性能を賦与できる可能性
があり、更に前述と同様特殊構造を活用したインターカ
レーション反応により、複合材料を始めとした種々の機
能性材料創製のための層状化合物として有用なものと期
待できる。Further, the crystalline layered polysilicic acid obtained by treating this with an acid is composed of only a silica content, and for applications in which amorphous silica has been used, for example, catalysts, catalyst carriers, fillers, adsorbents, deodorants, etc., It is possible to impart high performance, and it is expected that it will be useful as a layered compound for the creation of various functional materials including composite materials by the intercalation reaction utilizing a special structure as described above.
Claims (3)
ールからなり、SiO21モル当り、アルカリ金属0.1〜0.3
モル及び水10〜30モルを含有する液状混合物を150℃以
上の水熱条件下で反応させることを特徴とする層状ケイ
酸塩の水熱合成法。1. A silica source, an alkali metal source, water and an alcohol, and 0.1 to 0.3 alkali metal per mole of SiO 2.
A hydrothermal synthesis method for a layered silicate, which comprises reacting a liquid mixture containing 10 to 30 mol of water and 150 to 30 mol of water under hydrothermal conditions of 150 ° C or higher.
いる請求項1の方法。2. The method according to claim 1, wherein amorphous silica is used as the silica source.
源を含有する請求項1又は2の方法。3. The method of claim 1 or 2 wherein said liquid mixture contains an alumina source or a magnesia source.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1251062A JPH0669888B2 (en) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | Hydrothermal Synthesis of Layered Silicate |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP1251062A JPH0669888B2 (en) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | Hydrothermal Synthesis of Layered Silicate |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03112808A JPH03112808A (en) | 1991-05-14 |
JPH0669888B2 true JPH0669888B2 (en) | 1994-09-07 |
Family
ID=17217061
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP1251062A Expired - Lifetime JPH0669888B2 (en) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | Hydrothermal Synthesis of Layered Silicate |
Country Status (1)
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Families Citing this family (4)
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JP2735458B2 (en) * | 1993-06-18 | 1998-04-02 | 日本碍子株式会社 | Biocatalyst carrier |
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CN108867028B (en) * | 2018-07-18 | 2021-03-26 | 吉林大学 | Preparation method of flexible silicate nanofiber membrane |
-
1989
- 1989-09-27 JP JP1251062A patent/JPH0669888B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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