JPH09227249A - 高密度多孔体及びその製造方法 - Google Patents
高密度多孔体及びその製造方法Info
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Abstract
または触媒等として使用する際に,その特性を充分発現
することができる,高密度多孔体及びその製造方法を提
供すること。 【解決手段】 細孔径分布曲線における最大のピークを
示す細孔径が1〜10nmの範囲内にあり,かつ上記細
孔径分布曲線における最大のピークを示す細孔径の−4
0〜+40%の細孔径範囲内に,全細孔容積の60%以
上が含まれており,更に,嵩密度が0.5g/cc以上
である。原料であるアルコキシラン,水及び界面活性剤
を混合,反応させ,シリカ/界面活性剤複合体を形成
し,次いで,上記シリカ/界面活性剤複合体から界面活
性剤を除去することにより高密度多孔体1を製造する
が,上記原料中のH2 O/Siモル比が10以下であ
る。
Description
ヒートポンプ,温度調節,水処理及び脱臭等に用いるこ
とができる吸着剤や,排気ガスの浄化,有機合成,石油
の改質及びクラッキング等に用いることができる触媒等
として使用可能な,高密度多孔体及びその製造方法に関
する。
いて,細孔の直径を意味する。)が1〜10nmの範囲
にあり,かつ上記細孔径が特に狭い範囲に分布している
多孔体をメソ多孔体と称する。上記メソ多孔体の製造方
法としては,例えば,層状シリケートに界面活性剤を作
用させて製造する方法がある(特開平4−238810
号,特開平6−24867号)。また,シリカ及びSi
アルコキシドを界面活性剤と反応させて製造する方法も
ある(特開平5−503499号)。
法では,嵩密度の小さいメソ多孔体しか製造することが
できなかった。そのため,これらのメソ多孔体を吸着剤
または触媒等として用いる場合,吸着剤または触媒等を
保持するための充填容器等に比較的少量のメソ多孔体し
か充填することができなかった。この場合には,上記メ
ソ多孔体の性能を充分発現させることができなかった。
せるため,該メソ多孔体を充填する充填容器等を大きく
することも考えられる。しかし,充填容器等が大きくな
ることで,該充填容器等を収納する装置(例えば,吸着
ヒートポンプ)が大型化してしまうという問題が生じて
いた。
高く,均一な細孔径を有し,吸着剤または触媒等として
使用する際に,その特性を充分発現することができる高
密度多孔体及びその製造方法を提供しようとするもので
ある。
における最大のピークを示す細孔径が1〜10nmの範
囲内にあり,かつ上記細孔径分布曲線における最大のピ
ークを示す細孔径の−40〜+40%の細孔径範囲内
に,全細孔容積の60%以上が含まれており,更に,嵩
密度が0.5g/cc以上であることを特徴とする高密
度多孔体にある。
発明の高密度多孔体は,後述する細孔径分布曲線におい
て,上述の特徴を有する。また,その嵩密度が特定の範
囲内にある。このような条件を満たす高密度多孔体は,
後述の図1(a)に示すごとく,細孔を多量に有するサ
ブミクロンオーダーの一次粒子が集合することにより構
成され,該一次粒子同士の間の隙間は大変小さいか,ま
たは殆ど存在しない。
孔体は,図1(b)に示すごとく,上記と同様のサブミ
クロンオーダーの一次粒子同士の間に大きな隙間を持っ
た構造を有している。上記メソ多孔体特有の吸着特性ま
たは触媒特性等は,主に一次粒子内部の細孔により発現
される。本発明の高密度多孔体は,吸着特性または触媒
特性等の発現とは関係のない一次粒子同士の間の隙間が
大変小さいか,または殆ど存在しない構造を有してい
る。このため,本発明の高密度多孔体においては,吸着
特性または触媒特性等を損ねることなく,嵩密度の高い
構造を実現することができる。
高く,均一な細孔径を有し,吸着剤または触媒等として
使用する際に,その特性を充分発現することができる高
密度多孔体を得ることができる。
る。まず,メソ多孔体における水蒸気の吸着等温線にお
いて,相対蒸気圧(P/P0)が0.1〜0.81で,
水蒸気の吸着/脱離が急激に発生することが一般に知ら
れている。そして,ある特定のメソ多孔体の吸着等温線
が上記条件を満たすか否かは,ケルビン式における細孔
径と相対蒸気圧との関係から導くことができる。
半径(r)と,吸着質が毛管凝縮を起こす相対蒸気圧
(P/P0)との関係を示す式であり,以下の(1)式
により示すことができる。 ln(P/P0)=(2VLγcosΘ)/(rRT)...(1) なお,上記VLは,吸着質が液体状である場合のモル体
積,γは吸着質が液体状である場合の表面張力,Θは接
触角,Rは気体定数,Tは絶対温度である。
L=18.05・10-6m3 /mol,γ=72.59
・10-3N/m,R=8.3143J/deg・mo
l,Θ=0という数値を(1)式に代入することができ
る。この結果,上記(1)式は,次の(2)式となる ln(P/P0)=−1.058/r...(2) なお,rの単位はnmである。
より細孔径が狭い範囲に分布している場合には,水蒸気
の吸着/脱着がより狭いP/P0の範囲で発生すること
が分かる。つまり,吸着等温線における,吸着が立ち上
がるところのP/P0と,吸着が飽和に達したところの
P/P0の差が小さい。
孔径が1〜10nmの範囲内にある。そして,上記
(2)式より,細孔径が1〜10nmの範囲にある場
合,吸着等温線における水蒸気の吸着/脱離を起こすP
/P0の範囲は0.12〜0.81となることが分か
る。この範囲は,上述したごとく,水蒸気の吸着/脱離
が急激に生じる範囲である。これにより,本発明の高密
度多孔体(P/P0が0.12〜0.81の範囲におい
て)は,吸着ヒートポンプ,温度調節器等における吸着
剤として最適な,小さなP/P0の変化で大きく吸着量
が変化するという特性を有することが分かる。
する。上記細孔径分布曲線とは,メソ多孔体の細孔容積
(V)を細孔径(D)で微分した値(dV/dD)を細
孔径(D)に対しプロットした曲線を示している(図3
参照)。上記細孔径分布曲線は,例えば,以下に示す気
体吸着法により作成することができる。なお,上記気体
吸着法において最もよく用いられる気体は窒素である。
温度(−196℃)で窒素ガスを導入し,その吸着量を
定容量法または重量法において求める。その後,導入す
る窒素ガスの圧力を徐々に増加させ,各平衡圧に対する
窒素ガスの吸着量をプロットすることにより吸着等温線
を作成する。この吸着等温線から,例えばCranst
on−Inclay法,Pollimore−Heal
法の計算法を用いて,上記細孔径分布曲線を導くことこ
とができる。
径分布曲線における最大のピークを示す直径の+−40
%の直径範囲には全細孔容積の60%以上が含まれてい
る』という表現は,以下の状態を表現している。例え
ば,上述した細孔径分布曲線における最大のピークが
2.7nmとなるメソ多孔体αを仮定する。このメソ多
孔体αにおいて,細孔径が1.62(=2.7×0.
6)〜3.78(=2.7×1.4)nmの範囲にある
細孔の容積を総計した細孔容積Vを求める。一方,上記
メソ多孔体αにおいて,全細孔容積の総計Vallを求
める。
(60%)以上である場合には,上記メソ多孔体αが本
発明にかかる高密度多孔体のひとつであるといえる。ま
たは,上記メソ多孔体αの細孔径分布曲線において,細
孔径が1.62〜3.78nmとなる範囲の積分値が,
細孔径分布曲線の全積分面積の60%以上である場合に
も,上記メソ多孔体αは本発明にかかる高密度多孔体で
あるといえる。
孔体は,細孔径が狭い範囲に分布しているため,小さな
P/P0の変化に対し,吸着量が大きく変化するという
効果を得ることができる。なお,上記細孔径分布曲線に
おける最大のピークを示す直径の+−40%の直径範囲
に,全細孔容積の60%未満しか含まれていなかった場
合には,P/P0の変化に対する吸着量変化が小さく,
調湿機能や吸着ヒートポンプ特性が十分発現されないお
それがある。
0.5g/cc以上である。このため,上記高密度多孔
体を吸着剤または触媒等として使用する際に,充填容器
等には,従来と比較して,より多量の高密度多孔体を充
填することができる。これにより,より高い吸着特性ま
たは触媒特性の発現が可能となる。あるいは,高密度多
孔体の充填容器等を小さくすることが可能となり,該充
填容器等をセットする装置を小型とすることができる。
ある場合には,充填容器等に少量の高密度多孔体しか充
填できず,必要な特性が十分に発現されないか,あるい
は,必要な特性を確保するためには,充填容器を大きく
する必要があり,装置が大型化して,例えば車載が困難
になるおそれがある。
多孔体は,前記のごとき優れた効果を有することが分か
る。
布曲線における最大のピークを示す細孔径が1〜10n
mの範囲内にあり,かつ水蒸気吸着等温線において,相
対蒸気圧が0.2変化したときの吸着量変化が0.1g
/cc以上の部分を有することが好ましい。これによ
り,より少量の多孔体で湿度制御や吸着ヒートポンプ特
性が発現されるという効果を得ることができる。なお,
上記吸着量変化が,0.1g/cc未満である場合に
は,多量の多孔体が必要となり,充填容器や装置全体が
大型化するという問題を生じるおそれがある。
ときの吸着量変化が0.1g/cc以上の部分を有す
る』とは,水蒸気吸着等温線において,相対蒸気圧(P
/P0)が0.1と0.3の時の吸着量がそれぞれV
0.1 =0.2g/cc,V0.3 =0.5g/ccだとし
たとき,相対蒸気圧が0.2変化したときの吸着量変化
はV0.3 −V0.1 =0.3g/ccとなり,「0.1g
/cc以上」に該当する,との意味である。相対蒸気圧
の変化は0〜1のどの範囲においてでも良く,又,吸着
量変化が0.1g/cc以上の部分が高密度多孔体の一
部だけであっても良い。
布曲線における最大のピークを示す細孔径が1〜10n
mの範囲内にあり,かつ粉末X線回折パターンにおい
て,1nm以上の範囲内のd値に相当する回折角度に1
本以上のピークを持つことが好ましい。これは,1nm
以上の周期的な結晶構造が高密度多孔体中に存在するこ
とを示しており,細孔径が1〜10nmの範囲にあり,
かつ細孔径が均一な分布であることを示す。これによ
り,例えば水蒸気等が狭いP/P0の範囲内で吸・脱着
を起こす,という吸着ヒートポンプや調湿剤としての優
れた特性を持つことが分かる。
度多孔体は,全体の80wt%以上が珪素及び酸素より
なることが好ましい。これにより,吸着分子(例えば水
分子)と多孔体表面との結合は比較的弱いものとなり,
吸着した分子が比較的脱離し易く,可逆的に吸・脱着を
繰り返すことができる。なお,珪素及び酸素の含有率が
80wt%未満である場合には,珪素と酸素とは異なる
元素が混合されることにより,表面に固体酸性等が発現
され,吸着分子が容易に脱離しないおそれがある。
コキシシラン,水及び界面活性剤を混合,反応させ,シ
リカ/界面活性剤複合体を形成し,次いで,上記シリカ
/界面活性剤複合体から界面活性剤を除去することによ
り高密度多孔体を製造する方法において,上記原料中の
H2 O/Siモル比が10以下であることを特徴とする
高密度多孔体の製造方法にある。
は,上記原料の混合において,添加したH2 Oの総量に
対する他の原料に含有されるSiの総量の比を示してい
る。上記『H2 O/Siモル比』が10以下であること
により,製造した多孔体の密度を高めることができるこ
とがわかる。なお,上記『H2 O/Siモル比』が10
より大きい場合には,例えば,アルコキシシランが加水
分解・縮合して生成するシリカの微粒子同士の隙間が大
きくなり,結果として,生成したシリカの密度が低下す
るおそれがある。よって,高密度多孔体を得ることがで
きなくなるおそれがある。
は1以上であることが好ましい。上記値が1未満である
場合には,アルコキシシランの加水分解が起こらず,結
果としてシリカが得られないおそれがある。よって,高
密度多孔体を得ることができなくなるおそれがある。
限定しないが,最初にアルコキシシランに水を添加し,
室温で10分〜3時間攪拌した後に,界面活性剤を添加
することが好ましい。また,上記水は,上記アルコキシ
シランが含有する珪素1モルに対し,0.5〜10モル
添加することが好ましい。この混合方法により,アルコ
キシシランが直鎖状のアルコキシシラン重合物を経て,
ゆっくり縮合することにより,ち密なシリカの組織が形
成され,密度が高まるという効果を得ることができる。
合には,アルコキシシランの加水分解が不十分となり,
強固な高密度多孔体の骨格が形成されない,あるいは多
孔体の密度が低下するおそれがある。一方,10モルよ
りも多く添加した場合には,アルコキシシランの加水分
解及び縮合が急速に行われ,シリカ組織が粗となり高密
度多孔体の密度が低下するおそれがある。
合には,高密度多孔体の密度が低下するおそれがある。
一方,3時間を越えた場合には,均一な細孔が形成され
ないおそれがある。
て少量の酸を添加することが好ましい。これにより,各
成分が溶解しやすくなり,均一な溶液が調製しやすくな
る。そして,上記混合の際のpHは1〜4の範囲に調整
されることが好ましい。上記pHが1未満である場合に
は,加水分解及び縮合が急速に進行し,均一な細孔の形
成が妨げられるおそれがある。あるいは,生成した多孔
体の密度が低下するおそれがある。一方,上記pHが4
より大きい場合には,各成分の溶解が不十分であり,必
要な加水分解が行われないおそれがある。また,上記酸
としては,希塩酸(例えば2規定)を用いることができ
るが,硫酸等の他の酸でもよい。
てもよいが,少量の水に溶解させて添加してもよい。そ
して,上記界面活性剤の添加量は,全原料中に含有され
るSi1モルに対して,1〜10モルとなるように添加
することが好ましい。上記界面活性剤の添加量が10モ
ルより多い場合には,上記シリカ/界面活性剤複合体の
形成に寄与しない余剰の界面活性剤が,上記シリカ/界
面活性剤複合体に混在し,高密度多孔体の密度が低下す
るあるいは製造コストが高くなるおそれがある。
には,上記シリカ/界面活性剤複合体の形成に寄与しな
い余剰のシリカが,上記シリカ/界面活性剤複合体に混
在し,均一な細孔が形成されている部分の比率が低下
し,必要な機能が充分発現されないおそれがある。更
に,上記シリカがシリカ/界面活性剤の表面に厚い層を
形成して付着し,これにより得られた高密度多孔体の細
孔容積が減少するおそれもある。
ら界面活性剤を除去し,高密度多孔体となす方法につき
説明する。即ち,上記シリカ/界面活性剤複合体は原料
を混合した溶液において生成されるが,まずはこの溶液
中よりシリカ/界面活性剤複合体を分離する。その後,
得られた単独のシリカ/界面活性剤複合体より界面活性
剤を除去し,高密度多孔体となす。これらの工程につ
き,以下に説明する。
は,そのまま放置すると次第に溶液全体が均一な状態を
保ったまま固化する。従って,上記溶液を,密閉容器
中,あるいは開放容器中において放置することにより,
上記溶液は塊状となる。これにより得られた塊を乾燥し
た後,粉砕する。更にその後,ふるいにかけて,粉砕物
の粒径を揃える。これにより,所望の粒径を有する粉末
状のシリカ/界面活性剤複合体を得ることができる。
基板の上にコートし,放置する。これにより,上記溶液
は基板の上で固化し,膜状のシリカ/界面活性剤複合体
を得ることができる。なお,上記基板に溶液をコートす
る方法としては,スピンコート法,キャスティング法,
ディップコート法等が挙げることができる。
界面活性剤複合体より界面活性剤を除去し,高密度多孔
体となす。この除去方法としては,例えば,焼成による
方法と,溶剤を使用する方法とが挙げれられる。まず,
焼成による除去方法を示す。上記シリカ/界面活性剤複
合体を,400℃〜1000℃の範囲で,好ましくは5
00℃〜700℃の範囲で加熱する。上記加熱時間は3
0分以上とすれば,実用上において差し支えない程度に
界面活性剤を除去することができる。しかし,上記シリ
カ/界面活性剤複合体より,上記界面活性剤を完全に除
去するためには,1時間以上加熱することが好ましい。
場合には,温度が低すぎるため,界面活性剤を充分に燃
焼除去することができないおそれがある。また,上記加
熱温度が1000℃を越えた場合には,温度が高すぎる
ために,細孔構造が崩壊するおそれがある。なお,上記
加熱に当たっての雰囲気は空気を流通させればよい。し
かし,多量の燃焼ガスが発生するため,加熱の初期は,
窒素ガス等の不活性ガスを流通させることがより好まし
い。
ず,界面活性剤に対する溶解度の大きい溶媒に少量の陽
イオン成分を添加した溶剤を作成する。上記溶剤に,上
記シリカ/界面活性剤複合体を分散させ,攪拌する。こ
れにより,上記シリカ/界面活性剤複合体より,界面活
性剤が溶剤中に溶解し,分離する。その後,上記溶剤よ
り固形分を回収する。上記固形分が求める高密度多孔体
である。
メタノール等のアルコール,またアセトン等を使用する
ことができる。また,上記陽イオン成分を溶媒に添加す
るためには,該溶媒に以下の物質を添加することが好ま
しい。上記物質としては,塩酸,酢酸,塩化ナトリウ
ム,塩化カリウム等を使用することができる。これによ
り,一層効率よく上記界面活性剤を上記シリカ/界面活
性剤複合体より分離することができる。
溶媒に対して,0.1〜10モル/リットルとすること
が好ましい。上記添加濃度が0.1モル/リットル未満
である場合には,界面活性剤の分離が不十分であり,高
密度多孔体に界面活性剤が残存するおそれがある。一
方,上記添加濃度が10モル/リットルより大きい場合
には,それ以上添加する効果がなく,コスト高となるお
それがある。また,高密度多孔体のシリカ骨格が崩壊す
るおそれがある。
剤複合体の分散量は,溶剤100ccに対し,0.5〜
50gであることが好ましい。0.5g未満である場合
には,シリカ/界面活性剤複合体の処理効率が悪く,溶
剤のコストや製造コストがかかるおそれがある。一方,
50gより多い場合には,界面活性剤の分離が不十分で
あり,高密度多孔体中に界面活性剤が残存するおそれが
ある。
体を分散させた後の攪拌は,25〜100℃の温度範囲
において行うことが好ましい。これにより,界面活性剤
の分離のため処理時間が短縮することができる。上記温
度が25℃未満である場合には,処理時間の短縮が期待
されないおそれがある。一方,100℃を越えた場合に
は,加熱するためのエネルギーコストがかかる,あるい
は溶剤の揮発によるロスが多くなるおそれがある。
の粒径ごとにふるい分ける,また使用目的に応じた形状
に成形することができる。そして,これらのふるい分
け,成形の工程は,上記界面活性剤を除去する工程の前
に行うことができる。この場合には,成形時の細孔の崩
壊を妨げる,あるいは成形強度が向上するという効果を
得ることができる。また,最終的に要求される形状に上
記シリカ/界面活性剤を成形した後に,界面活性剤の除
去を行い,高密度多孔体とすることもできる。この場合
には,成形時の細孔の崩壊を防止することができる。ま
た,成形強度を高めることができる。
としては,テトラメトキシシラン,テトラエトキシシラ
ン,テトラプロポキシシランあるいはメチルトリメトキ
シシラン等のアルキルアルコキシシラン等を用いること
ができる。これらの1種類あるいは2種類以上の組み合
わせでもよい。
ルコキシシランは,特にテトラメトキシシランであるこ
とが好ましい。これにより,比較的容易に高密度多孔体
を製造することができる。
活性剤は,長鎖アルキル基及び親水基を有する化合物で
あることが好ましい。この化合物を使用することによ
り,反応溶液中で界面活性剤の分子集合体を形成され,
その分子集合体の大きさに対応した1〜10nmの均一
な細孔が高密度多孔体に形成されるという効果を得るこ
とができる。
数が2〜18のものが好ましい。これらのアルキル基よ
りなる界面活性剤を使用することにより,上記の分子集
合体が効率的に形成されるという効果を得ることができ
る。なお,上記炭素原子数が18よりも多い場合には,
その様な界面活性剤は市販されておらず,コストがかか
るおそれがある。また,炭素原子数が1である場合,つ
まり上記アルキル基がメチル基である場合には,上記の
分子集合体が形成され難く,1〜10nmの均一な細孔
が形成されないおそれがある。また,上記親水基として
は,例えば,−N+ (CH3 )3 ,=N+ (C
H3 )2 ,≡N+ (CH3 )≡N+ ,−NH2 ,−N
O,−OH,−COOH等が挙げられる。
学式に示される化合物を使用することができる。また,
このような化合物としては,請求項8の発明のように,
アルキルトリメチルアンモニウムを使用することが好ま
しい。 Cn H2n+1N(CH3 )3 X ここに,nは2〜18の整数,Xは,例えば,塩化物イ
オン,臭化物イオン等のハロゲン化物イオンである。
り,反応溶液中で界面活性剤の分子集合体が効率的に形
成され,その分子集合体に対応した1〜10nmの均一
な細孔が形成され易いという効果を得ることができる。
なお,上記化学式による界面活性剤の具体例としては,
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド,テト
ラデシルトリメチルアンモニウムクロライド,デドシル
トリメチルアンモニウムブロマイド,デシルトリメチル
アンモニウムブロマイド,オクチルトリメチルアンモニ
ウムブロマイド等を挙げることができる。
方法,またその性能につき,図1〜図5,表1を用いて
説明する。本例の高密度多孔体は,細孔径分布曲線にお
ける最大のピークを示す細孔径が1〜10nmの範囲内
にあり,かつ上記細孔径分布曲線における最大のピーク
を示す細孔径の−40〜+40%の細孔径範囲内に,全
細孔容積の60%以上が含まれており,更に,嵩密度が
0.5g/cc以上である。
うな条件を満たす高密度多孔体1は,細孔を多量に有す
るサブミクロンオーダーの一次粒子11が集合すること
により構成され,該一次粒子同士11の間の隙間10は
大変小さいか,または殆ど存在しない。
製造するに当たっては,原料であるアルコキシシラン,
水及び界面活性剤を混合,反応させ,シリカ/界面活性
剤複合体を形成し,次いで,上記シリカ/界面活性剤複
合体から界面活性剤を除去する。そして,上記原料中の
H2 O/Siモル比は10以下の範囲内にある。
る試料1,2と,従来のメソ多孔体である比較試料C
1,C2とを性能比較する方法等につき説明する。まず
本発明にかかる高密度多孔体1である試料1,2の製造
方法につき具体的に説明する。
ラン(TMOS)15.2gに水3.6g及び2Nの塩
酸約0.1gを添加し,室温で1時間攪拌した。この添
加と攪拌とにより得られた溶液に,界面活性剤であるド
デシルトリメチルアンモニウムブロマイド(DDTA)
7.71gを更に添加し,数分間激しく攪拌し,溶液に
粘性を生じせしめた。更に得られた溶液を密閉容器中に
おいて,2〜3日放置した。以上により,透明で均一な
固体を得た。この固体が,シリカ/界面活性剤複合体で
ある。
その後550℃,6時間,空気中において,焼成し,該
シリカ/界面活性剤複合体より,界面活性剤を除去し
た。上記焼成により得られた固体を粉砕し,ふるいを使
用して,粒径100〜150μmに揃えた。以上によ
り,粒径100〜150μmの粉末状の高密度多孔体を
得た。これが試料1にかかる高密度多孔体である。な
お,試料1における原料中のH2 O/Si比は2であっ
た。
5.2gに水3.6g及び2Nの塩酸約0.1gを添加
し,室温で1時間攪拌することにより得られた溶液に,
DDTA7.71g及びH2 O3.6gの混合物を添加
した。その他のプロセスは,上記試料1と同様である。
この製造方法により得られた高密度多孔体が試料2であ
る。そして,試料2における原料中のH2 O/Si比は
4であった。
5.2gに水3.6g及び2Nの塩酸約0.1gを添加
し,室温で1時間攪拌することにより得られた溶液に,
DDTA7.71g及びH2 O18gの混合物を添加し
た。その他のプロセスは上記試料1と同様である。この
製造方法により得られたメソ多孔体が比較試料C1であ
る。そして,比較試料1における原料中のH2 O/Si
比は12であった。
5.2gに水3.6g及び2Nの塩酸約0.1gを添加
し,室温で1時間攪拌することにより得られた溶液に,
DDTA7.71g及びH2 O36gの混合物を添加し
た。その他のプロセスは試料1と同様である。この製造
方法により得られたメソ多孔体が比較試料C2である。
そして,比較試料2における原料中のH2 O/Si比は
22であった。
料C1,C2の嵩密度及び比表面積を測定した。上記嵩
密度は,各試料1,2及び比較試料C1,C2の重量と
体積を,重量計及びメスシリンダーにより秤ることによ
り求めた。上記比表面積は,大倉理研の自動比表面積測
定装置により,BET一点法により求めた。上記測定結
果を表1に示す。
1,C2よりも高い嵩密度を有することが分かった。ま
た,試料1,2は,比較試料C1,C2よりも高い比表
面積を有することが分かった。従って,試料1,2は比
較試料C1,C2と比較して,吸着特性または触媒特性
等において優れていることが分かった。また,試料1,
2は,より高い嵩密度を有しているため,同体積の充填
容器に充填する場合においても,比較試料C1,C2に
比べて,より多くの量を充填することができ,吸着特性
または触媒特性等の性能を充分発現させることができる
ことが分かった。
分布曲線,水蒸気吸着等温線及び粉末X線回折を測定あ
るいは計算し,図2〜図5に示した。まず,図2は窒素
吸着等温線である。これは液体窒素温度において,定容
量法により測定した。また,図3は細孔分布曲線であ
る。これは図2に示した窒素吸着等温線から,Cran
ston−Incaly法を用い,計算した。
日本ベル製のBELSORP18を使用し,25℃にお
いて定容量法により測定した。また,図5は粉末X線回
折パターンである。これは理学RAD−B装置を用い,
CuKαをX線源として,2度(2Θ)/分にてスキャ
ンすることにより得られた。なお,スリット幅は1度−
0.3mm−1度であった。
相対蒸気圧(P/P0)から高い吸着性を示し,P/P
0=0.2で窒素ガス(STP,標準条件)にして,2
00cc/gの吸着量を示した。この値から,試料1に
かかる高密度多孔体の細孔容積が0.31cc/gであ
ることが分かった。次に,図3の細孔径分布曲線から,
試料1にかかる高密度多孔体の細孔径が1.5nmであ
ることが分かった。
P/P0=0〜0.3の範囲内で大きく吸着量が変化す
るという特性を示した。P/P0=0.1とP/P0=
0.3の時の水蒸気の吸着量は,それぞれ0.07g/
gと0.28g/gであった。高密度多孔体0.71g
/ccで,嵩あたりの吸着量に変換すると,それぞれ,
0.05g/ccと0.2g/ccとなり,その差は
0.15g/ccとなる。即ち,試料1は請求項2の高
密度多孔体となる。そして,吸着側と脱着側との等温線
はほぼ一致し,ヒステリシスを示さなかった。
蒸気吸着等温線(二次)を測定した。しかし,1回目
(一次)の水蒸気吸着等温線とほぼ同形状であったこと
から,水蒸気の吸着により,試料1の構造が変化しない
ことが分かった。
が1度〜60度の範囲において,明確なピークが観察さ
れなかった。よって,試料1は,規則的な結晶構造は有
していないことが分かった。
していないが,1.5nmを中心とする均一な細孔と高
い嵩密度を有していることが分かった。
法であって,原料を混合した溶液において生成されたシ
リカ/界面活性剤複合体を分離するにあたり,基板に溶
液をコートする方法を採用した製造方法である。
の塩酸約0.1gを添加し,室温で1時間攪拌した。こ
の添加と攪拌とにより得られた溶液に,DDTA7.7
1gを更に添加し,数分間激しく攪拌し,溶液に粘性を
生じせしめた。更に得られた溶液をアルミニウム板の表
面にコートして,室温で2〜3日放置した。以上によ
り,上記アルミニウム板の表面において,均一な透明膜
を得た。この透明膜がシリカ/界面活性剤複合体であ
る。
性剤複合体を乾燥し,次いで,550℃,6時間,空気
中において焼成した。以上により,本発明にかかる高密
度多孔体を得た。なお,本例の製造方法においても,そ
の原料中のH2 O/Si比は2であった。その他は,実
施形態例1と同様である。
性剤とは異なる界面活性剤を用いて製造した試料3,4
の性能につき説明するものである。試料3,4の製造方
法につき,説明する。TMOS15.2gに水3.6g
及び2Nの塩酸約0.1gを添加し,室温で1時間攪拌
した。この添加と攪拌とにより得られた溶液に,界面活
性剤であるデシルトリメチルアンモニウムブロマイド
(DTA)7.01gを更に添加し,数分間激しく攪拌
し,溶液に粘性を生じせしめた。更に,得られた溶液を
密閉容器中において,2〜3日放置した。以上により,
透明で均一な固体を得た。この固体がシリカ/界面活性
剤複合体である。
その後550℃,6時間,空気中において,焼成し,該
シリカ/界面活性剤複合体より,界面活性剤を除去し
た。上記焼成により得られた固体を粉砕し,ふるいを使
用して,粒径100〜150μmに揃えた。以上によ
り,粒径100〜150μmの粉末状の高密度多孔体を
得た。これが試料3にかかる高密度多孔体である。な
お,試料3における原料中のH2 O/Si比は2であっ
た。
液に,界面活性剤としてオクチルトリメチルアンモニウ
ムブロマイド(OTA)6.31gを添加し,上記と同
様に処理して,透明で均一な固体を得た。更に,この固
体を,上記と同様に処理して,粉末状の高密度多孔体を
得た。これが試料4にかかる高密度多孔体である。な
お,試料4における原料中のH2 O/Si比は2であっ
た。
と同様の方法にて,嵩密度及び比表面積を測定した。こ
の結果を表2に示した。同表によれば,界面活性剤とし
て,DTA,OTAを使用した場合においても,実施形
態例1と同様に優れた高密度多孔体を得ることができ
た。
体を,吸着剤として使用した吸着ヒートポンプである。
なお,本例は密閉式吸着ポンプであるが,本発明の高密
度多孔体は,解放式吸着ヒートポンプにおいても,吸着
剤として使用することができる。
ついて説明する。上記吸着ヒートポンプ2は,図6に示
すごとく,吸着器21,蒸発器22,凝縮器23,そし
てこれらを互いに連結する配管25,27,28及びバ
ルブ26よりなる。そして,これらの間を吸着質が循環
している。
着質は蒸気の状態で蒸発器22から吸着(Ads.)配
管28を通り吸着器21へ向かう。その後,上記吸着質
は,上記吸着器21から脱着(Des.)配管25を通
り,凝縮器23へと循環する。更に,その後,上記吸着
質は,上記凝縮器23より,配管27を経由して再び蒸
発器22へと戻される。なお,上記吸着器21,蒸発器
22,凝縮器23の内部には,熱交換用配管210,2
20,230が設けてある。
reg)の低温及び高温の二つの熱源により,吸着剤の
温度を上下させる。これにより,吸着から脱着へと循環
するサイクルを繰返す。なお,冷熱(Tcold)は,
蒸発器22における吸熱を,温熱(Th)は吸着器21
における吸着熱をそれそれ取出すことにより得ることが
できる。
剤は,上記吸着ヒートポンプにおける上記吸着器21の
内部に設置されている。上記吸着器21の内部には,上
記吸着剤と熱媒体との間の熱交換を容易にするため,多
数の金属フィンが重なるように配置してある。上記吸着
剤は粒状にして,上記金属フィンと金属フィンとの間の
隙間に充填することができる。また,上記金属フィンの
表面にコートすることもできる。
をコートする場合には,吸着器21への組付け前の金属
フィン単体に対し,それぞれ吸着剤をコートしてもよ
い。また,吸着器21を組み立てた後に,その内部の金
属フィンに対し,上記吸着剤をコートすることもでき
る。
体を吸着剤として使用しているため,少量の吸着剤の使
用で,高い冷凍能力が発現されるという効果を得ること
ができる。
が高く,均一な細孔径を有し,吸着剤または触媒等とし
て使用する際に,その特性を充分発現することができる
高密度多孔体及びその製造方法を提供することができ
る。
高密度多孔体の説明図,(b)従来のメソ多孔体の説明
図。
線図。
図。
す線図。
を示す線図。
造を示す説明図。
Claims (8)
- 【請求項1】 細孔径分布曲線における最大のピークを
示す細孔径が1〜10nmの範囲内にあり,かつ上記細
孔径分布曲線における最大のピークを示す細孔径の−4
0〜+40%の細孔径範囲内に,全細孔容積の60%以
上が含まれており,更に,嵩密度が0.5g/cc以上
であることを特徴とする高密度多孔体。 - 【請求項2】 細孔径分布曲線における最大のピークを
示す細孔径が1〜10nmの範囲内にあり,かつ水蒸気
吸着等温線において,相対蒸気圧が0.2変化したとき
の吸着量変化が0.1g/cc以上の部分を有すること
を特徴とする高密度多孔体。 - 【請求項3】 細孔径分布曲線における最大のピークを
示す細孔径が1〜10nmの範囲内にあり,かつ粉末X
線回折パターンにおいて,1nm以上の範囲内のd値に
相当する回折角度に1本以上のピークを持つことを特徴
とする高密度多孔体。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか一項において,
上記高密度多孔体は,全体の80wt%以上が珪素及び
酸素よりなることを特徴とする高密度多孔体。 - 【請求項5】 原料であるアルコキシシラン,水及び界
面活性剤を混合,反応させ,シリカ/界面活性剤複合体
を形成し,次いで,上記シリカ/界面活性剤複合体から
界面活性剤を除去することにより高密度多孔体を製造す
る方法において,上記原料中のH2 O/Siモル比が1
0以下であることを特徴とする高密度多孔体の製造方
法。 - 【請求項6】 請求項5において,上記アルコキシシラ
ンは,テトラメトキシシランであることを特徴とする高
密度多孔体の製造方法。 - 【請求項7】 請求項5又は6において,上記界面活性
剤は,長鎖アルキル基及び親水基を有する化合物である
ことを特徴とする高密度多孔体の製造方法。 - 【請求項8】 請求項7において,上記界面活性剤は,
アルキルトリメチルアンモニウムであることを特徴とす
る高密度多孔体の製造方法。
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