JPH07237982A - 細孔多孔体及びその製造方法 - Google Patents

細孔多孔体及びその製造方法

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JPH07237982A
JPH07237982A JP2714894A JP2714894A JPH07237982A JP H07237982 A JPH07237982 A JP H07237982A JP 2714894 A JP2714894 A JP 2714894A JP 2714894 A JP2714894 A JP 2714894A JP H07237982 A JPH07237982 A JP H07237982A
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Tomoharu Okui
智治 奥井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 微細で且つ均一な径の細孔を有する多孔体を
提供する。更に、かかる細孔多孔体を簡易且つ確実に製
造する。 【構成】多孔体は、所望とする細孔の径の3〜4倍程度
の径のセラミック粒子材を圧縮し、粒子相互が立体的に
接触する状態に形成されている。これにより、粒子の径
の1/3〜1/4程度の細孔が粒子間に形成されるの
で、粒子径を適宜に選択することにより、平均気体自由
行程である100nm以下の均一な細孔を多孔体に形成
できる。又、細孔多孔体の製造方法としては、上記セラ
ミック粒子材を25000気圧程度の圧力で圧縮するこ
とにより、粒子相互を充分に接触させ、細密充填構造に
近い構造にでき、所望の細孔を有する多孔体を製造でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、吸着剤や分離膜として
利用される、微細な細孔を均一に有する細孔多孔体に関
する。
【0002】
【従来技術】細孔径が100nm以下の多孔体は、混合
物の分離に用いる吸着剤や、混合気体の分離に用いられ
る分離膜として有効なことが知られている。これは、気
体の平均自由行程が約100nmであることから、多孔
体の細孔の径がこの値以下になると多孔体を通過する気
体の流れが壁面との衝突による影響を非常に大きく受け
ることとなり、分子量の差による透過速度の差が発現す
るからであり、このような多孔体で分離膜を形成すれば
気体を分離できる。また、吸着剤として用いても、分子
径の異なる混合物から各成分を分離することが可能であ
る。
【0003】このような微細の細孔を有する多孔体にお
いては、いずれの用い方の場合においても、分離能力の
向上を図るためには多孔体に形成される細孔径の均一性
が要求される。従来かかる細孔多孔体を製造する方法と
して、次のような方法が実用化あるいは研究されてい
る。 (1)酸に溶解し易い成分を含む多成分系のガラスを熱
処理により微細に分相させ、これを酸に浸し、酸に溶解
し易い成分のみを溶解させて取り除くことにより微細且
つ均一な細孔をガラスに形成する分相法。 (2)アルミニウムを酸に浸し、電圧をかけながらその
表面から酸化反応を行なうことにより微細且つ均一な径
の細孔を有する酸化アルミニウムを形成させる陽極酸化
法。 (3)金属アルコキシドの加水分解及び縮合を経て得ら
れるゲル体を乾燥、焼成することにより微細且つ均一な
細孔径を有する金属酸化物を形成するゾルゲル法。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記製造法は、いずれ
も多くの化学プロセスを伴わなくてはならず、孔径制御
には各プロセスにおける試薬、溶媒等の配合比、反応温
度、反応時間など多くの要因がかかわっているため品質
の管理には非常に複雑な制御技術を必要とする。
【0005】また、上記製造法(1)による製品は、酸
に溶解する物質の形状を任意に形成できないため細孔の
形状が複雑となり、かつ後から表面修飾等の応用が困難
であるという問題がある。製造法(2)による製造で
は、数十nm以下の細孔径を形成することは困難であ
り、又製造法(3)による製品においては細孔径の再現
性が充分でないといわれている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の点に鑑
みてなされたもので、その目的は、細孔径が1nm〜1
00nmの範囲でかつ均一である細孔多孔体を提供する
ことであり、化学プロセスを含まない単純な工程で細孔
多孔体を製造する製造方法を提供することである。
【0007】上記目的を達成するため、セラミック粒子
相互が立体的に密に接触する状態に配置して細孔多孔体
を形成し、又、所定の粒径のセラミック粒子材を、セラ
ミック粒子が細密充填に近い状態になる圧力で圧縮し、
セラミック粒子間に形成される間隙、すなわち細孔の径
を気体の平均自由行程である約100nm以下に、しか
も均一に形成することとして細孔多孔体の製造方法を構
成した。
【0008】
【作用】セラミック粒子が相互に立体的に接触した状態
であると、セラミック粒子間で形成される細孔はセラミ
ック粒子の径の1/3〜1/4程度になり、セラミック
粒子を選択することにより100nm以下の所望の径の
細孔が均一に形成された細孔多孔体を提供できる。また
セラミック粒子材を高圧で圧縮することにより、簡単な
工程で100nm以下の細孔径を均一に有する細孔多孔
体の製造が可能である。更にセラミックの粒径を適宜に
選択することにより細孔径の異なる多孔体を形成するこ
とができる。
【0009】
【実施例】以下本発明について詳細に説明する。
【0010】セラミック粒子としては粒径が3nm〜3
00nmで、その粒径分布がそれぞれ数%〜数10%の
範囲で均一なものを用いる。セラミック粒子が溶液中に
分散されたコロイド状であればまず乾燥させ、その後数
千気圧で加圧し、まず円柱状に仮成型する。そして、こ
の仮成型したセラミック粒子を高圧加圧機に掛け数万気
圧の圧力で加圧して細孔多孔体を得た。
【0011】このようにして得られた細孔多孔体は、セ
ラミック粒子が立体的に相互に密接した状態となってお
り、セラミック粒子間に形成される間隙(円形と仮定す
る)は、図1に示すように、セラミック粒子の粒子半径
をaとしたとき、細密充填状態での孔径、つまり1/4
a〜1/3aに非常に近い値になっている。しかも、均
一に粒子が密接しているため粒子間に形成される細孔の
孔径が上記値の範囲内で均一に形成されている。
【0012】次に上記細孔多孔体の実施例1〜8につい
て説明する。
【0013】(実施例1)平均粒径15nmのシリカ粒
子のコロイド液(触媒化成工業製:カタロイドSN)を
シヤーレ上で乾燥させ、乾燥したシリカ粒子を0.2g
とり、アルミ箔で包む。アルミ箔で包んだシリカ粒子を
加圧機にて5000気圧の圧力で加圧し、円柱状に仮成
型する。この仮成型したシリカ粒子を、次に高圧加圧機
に掛け、室温において25000気圧の圧力で2時間加
圧した。このようにして得られた細孔多孔体の細孔径を
求めた結果を図2に示す。図2に示すグラフは、横軸に
細孔直径(単位nm)を表し、縦軸に細孔容積(単位c
3 /g)を表す。細孔容積の計測はBET法による計
測である。又、図中の実線は加圧を行なわないシリカ粒
子材であり、細点線は5000気圧による仮成型のみの
もの、粗点線は仮成型品を25000気圧まで加圧した
ものを示す。この図2から明らかなように、25000
気圧に加圧することにより、細孔径が小さくなり、その
値は粒径の1/4程度の細密充填値に近づいていること
がわかる。しかも、その値においてシャープなピークを
有し、細孔径が均一の値であることがわかる。
【0014】図8に、上記粒子を25000気圧で加圧
して得られた多孔体の電子顕微鏡写真を示す。この電子
顕微鏡写真は、多孔体表面を50000倍の倍率に拡大
した写真であり、この図からもシリカ粒子が相互に密接
した状態で接触していることがわかる。
【0015】(実施例2)実施例1と同様にして仮成型
したシリカ粒子を、高圧加圧機により、室温において3
5000気圧の圧力で2時間の加圧をおこない、細孔多
孔体を形成した。その結果を図3の細点線で示す。
【0016】(実施例3)実施例1と同様にして仮成型
したシリカ粒子を、高圧加圧機により、室温において4
0000気圧の圧力で2時間の加圧をおこない、細孔多
孔体を形成した。その結果を図3の粗点線で示す。
【0017】(実施例4)実施例1と同様にして仮成型
したシリカ粒子を、高圧加圧機により、室温において5
0000気圧の圧力で2時間の加圧をおこない、細孔多
孔体を形成した。その結果を図3の一点鎖線で示す。図
3における横軸及び縦軸の表すものは図2におけるもの
と同様である。以下図4〜図7も同様である。
【0018】図3からは、加圧の程度により細孔分布の
均一性は変化し、細密充填させるには最適な圧力が存在
することが判明した。すなわち、必要以上の加圧を行な
うと細孔の総体積が減少し、より微細な細孔が相対的に
増加している。これは、シリカ粒子が圧力により破壊さ
れ、粒子間の空隙の緻密化が進行しているためと判断さ
れる。
【0019】(実施例5)平均粒径8nmのシリカ粒子
のコロイド液(触媒化成工業製:カタロイドSI−35
0)をシヤーレ上で乾燥させ、乾燥したシリカ粒子を
0.2gとり、アルミ箔で包む。アルミ箔で包んだシリ
カ粒子を加圧機にて5000気圧の圧力で加圧し、円柱
状に仮成型する。この仮成型したシリカ粒子を高圧加圧
機に掛け、室温において25000気圧の圧力で2時間
加圧した。このようにして得られた細孔多孔体の細孔径
を求めた結果を図4に示す。
【0020】(実施例6)平均粒径12nmのシリカ粒
子のコロイド液(触媒化成工業製:カタロイドSI−3
0)をシヤーレ上で乾燥させ、乾燥したシリカ粒子を
0.2gとり、アルミ箔で包む。アルミ箔で包んだシリ
カ粒子を加圧機にて5000気圧の圧力で加圧し、円柱
状に仮成型する。この仮成型したシリカ粒子を高圧加圧
機に掛け、室温において25000気圧の圧力で2時間
加圧した。このようにして得られた細孔多孔体の細孔径
を求めた結果を図5に示す。
【0021】(実施例7)平均粒径33nmのシリカ粒
子のコロイド液(触媒化成工業製:カタロイドSI−4
5P)をシヤーレ上で乾燥させ、乾燥したシリカ粒子を
0.2gとり、アルミ箔で包む。アルミ箔で包んだシリ
カ粒子を加圧機にて5000気圧の圧力で加圧し、円柱
状に仮成型する。この仮成型したシリカ粒子を高圧加圧
機に掛け、室温において25000気圧の圧力で2時間
加圧した。このようにして得られた細孔多孔体の細孔径
を求めた結果を図6に示す。
【0022】(実施例8)平均粒径80nmのシリカ粒
子のコロイド液(触媒化成工業製:カタロイドSI−8
0P)をシヤーレ上で乾燥させ、乾燥したシリカ粒子を
0.2gとり、アルミ箔で包む。アルミ箔で包んだシリ
カ粒子を加圧機にて5000気圧の圧力で加圧し、円柱
状に仮成型する。この仮成型したシリカ粒子を高圧加圧
機に掛け、室温において25000気圧の圧力で2時間
加圧した。このようにして得られた細孔多孔体の細孔径
を求めた結果を図7に示す。
【0023】実施例5〜8の結果からシリカ粒子の直径
を適宜に選択することにより、成型された細孔多孔体の
細孔径を制御することができることが判明した。
【0024】以上述べたように、かかる細孔多孔体を吸
着剤や分離膜として用いた場合には、細孔多孔体に形成
された細孔が、気体の平均自由行程以下であるので、気
体の分離等に良好な結果を得ることができる吸着剤等に
形成できる。
【0025】尚、シリカ微粒子のコロイド液を用いた理
由は、シリカコロイド液中に粒径数nm〜数十nmの範
囲内の所望の径の球形のシリカ微粒子が、水溶液、有機
溶媒、あるいはその混合物などの液体に分散しており、
その粒径分布は数%〜数十%の範囲で均一なものが市販
されて容易に入手できるからである。しかも、その径の
均一性は電子顕微鏡観察やレーザによる粒度分布測定に
より容易に確認が可能であるからである。
【0026】しかしながら、これらの粒子は極めて小さ
くまたその表面が帯電しているために凝集や沈降が起こ
らず液体中に均一に分散している。したがって、これら
シリカ微粒子のコロイド液をただ乾燥したり弱い加圧を
しただけでは微粒子の表面の反発により細密には充填せ
ずその乾燥物、成型物の細孔径分布は広くなってしま
う。そこで、本発明のように充分な圧力で加圧すること
により、かかるシリカ粒子を凝集させることが初めて可
能となり、気体の平均自由行程程度の径の細孔を均一に
有する多孔体を確実且つ容易に得ることが可能となっ
た。なお、当初から均一な径のシリカ粒子が得られれ
ば、シリカ粒子はコロイドに限らず粉末状であってもよ
い。
【0027】
【発明の効果】本発明の、細孔多孔体は、気体の平均自
由行程程度の径の細孔を均一に有し、良好な分離膜等と
して利用可能であり、また、かかる細孔多孔体の製造方
法によれば、容易に且つ確実に気体の平均自由行程程度
の径の細孔を均一に有した細孔多孔体を形成でき、これ
により分離膜等を形成できる。更に、シリカ粒子の粒径
を適宜に選択することにより形成される細孔を所望の径
にすることができ、これにより分離膜等を形成した場合
には所望の性能を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセラミック粒子間の細孔径を示す図で
ある。
【図2】本発明にかかる細孔多孔体の一実施例の細孔径
分布を示すグラフである。
【図3】本発明にかかる細孔多孔体の他の実施例の細孔
径分布を示すグラフである。
【図4】本発明にかかる細孔多孔体の他の実施例の細孔
径分布を示すグラフである。
【図5】本発明にかかる細孔多孔体の他の実施例の細孔
径分布を示すグラフである。
【図6】本発明にかかる細孔多孔体の他の実施例の細孔
径分布を示すグラフである。
【図7】本発明にかかる細孔多孔体の他の実施例の細孔
径分布を示すグラフである。
【図8】本発明にかかる細孔多孔体の粒子構造を示す電
子顕微鏡写真である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の径の微細セラミック粒子相互が直
    接立体的に密に接触する構造を有することを特徴とする
    細孔多孔体。
  2. 【請求項2】 前記セラミック粒子の径が3〜300n
    mであり、所定の圧力で圧縮され該セラミック粒子相互
    間で形成される細孔の径が1〜100nmであることを
    特徴とする請求項1に記載の細孔多孔体。
  3. 【請求項3】 所定の径の微細セラミック粒子材を仮成
    型し、その後所定の圧力で圧縮して該セラミック粒子相
    互を立体的に互いに接触させ、該セラミック粒子間に形
    成される間隙をほぼ一定の所定値にしたことを特徴とす
    る細孔多孔体の製造方法。
  4. 【請求項4】 圧縮圧力を5000〜40000気圧と
    したことを特徴とする請求項3に記載の細孔多孔体の製
    造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006327855A (ja) * 2005-05-24 2006-12-07 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 結露防止剤

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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