JPS62226807A - 結晶性層状リン酸ジルコニウムの製造方法 - Google Patents

結晶性層状リン酸ジルコニウムの製造方法

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JPS62226807A JP6909386A JP6909386A JPS62226807A JP S62226807 A JPS62226807 A JP S62226807A JP 6909386 A JP6909386 A JP 6909386A JP 6909386 A JP6909386 A JP 6909386A JP S62226807 A JPS62226807 A JP S62226807A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、層状構造を有する結晶性リン酸ジルコニウ
ムの新規な製造方法に関するものでおる。
〈従来の技術〉 リン酸ジルコニウムは無殿イオン交換体として、放射性
廃液中の金属イオンの回収、腎臓透析装置、タバコのフ
ィルター、触媒、硬水の軟化剤などに利用されてきてい
る。特に層状構造の結晶性リン酸ジルコニウム Zr (HPO4)2 ・H20(以下a−’;1rl
)と略記する)は、無定形リン酸ジルコニウムと比べて
層間距離が長いため、上記の用途以外に、大きな金属イ
オンや有機物の吸着剤、特殊な触媒としての応用が注目
され、種々の分野で開発研究が盛んに行なわれている。
公知の結晶性層状リン酸ジルコニウムα−ZrPの一般
的製造方法は、オキシ塩化ジルコニウム(ZrOC12
−8820>のような水可溶性塩の水溶液とリン酸もし
くはリン酸塩の水溶液とを混合して反応させ、得られた
無定形のリン酸ジルコニウムをリン酸中で長時間(24
〜48時間)還流するものである。このようにして得ら
れるα−ZrPの粒子径や結晶化度は、還流時に使用す
るリン酸の濃度および還流時間によって異なる。(例え
ば、小林悦部、“無機高分子−へイブリッドポリマーの
応用″、シーエムシー社発行、1985年、I)、27
7 :およびA、 C1earfield and J
、 A、 5tynes 。
J、  Inora、 Nucl、Chem、、  2
6.177(1964)参照。〕 また、多くの研究者や企業などによって種々のα−Zr
Pの製造方法が提案されているが(例えば特開昭55−
3337 、特開昭60−103008等)、その多く
は、上記したごとき水可溶性ジルコニウム化合物の水溶
液とリン酸水溶液との反応を利用した方法の改良といっ
てよい。
〈発明が解決しようとする問題点〉 上記した従来のα−ZrPの製造方法は次に述べるよう
な多くの問題点がある。すなわち(1)使用するジルコ
ニウム原料(主としてオキシ塩化ジルコニウム)が高価
で、酸化ジルコニウムZrO2ヤ水酸化ジルコニウムゲ
ルなどの安価な原料が使用できない。(2)結晶化する
には濃リン酸中で長時間の還流が必要で、操作が煩雑で
ある。(3)還流で得られたα−ZrPには溌リン酸が
付着しているため、充分な水洗が必要となる。(7I)
リン酸の使用量が多く、不経済である。
(5)収量が少なく、多足の合成が困難である。
従って上記の従来方法でα−ZrPを製造すると、極め
てコストが高く、実用上大きな障害となっている。
この発明は、従来方法におけるこれらの欠点を解消せん
とするものであり、酸化ジルコニウムや水酸化ジルコニ
ウムといった安価なジルコニウム原料を用いて容易にし
かも直接的に結晶性層状リン酸ジルコニウムα−ZrP
@製造する方法を提供することを目的としている。
〈問題点を解決するための手段〉 すなわちこの発明による結晶性層状リン酸ジルコニウム
の製造方法は、酸化ジルコニウ、ムまたは水酸化ジルコ
ニウムとリン酸とを5〜30気圧の水蒸気圧下で加熱反
応させることを特徴とするものである。
本発明者等は酸化ジルコニウムとリン酸とをオー1〜ク
レープ中で種々の水蒸気圧下で反応させ、α−ZrPの
生成量と水蒸気圧との関係を調べた。第1図のグラフは
その一例を示すものであり、P2O5/ZrO2のモル
比がi、oとなるように酸化ジルコニウム(ZrO2)
とリン酸とを混合し、この混合物を200℃で5時間オ
ー1〜クレープ中で反応させた結果である。このグラフ
かられかるように、α−ZrPの生成量は水蒸気圧とと
もに増大し、約10気圧以上になるとX線的に純粋なα
−ZrPのみが得られる。また反応における副生成物で
あるZrP2O7は水蒸気圧の上昇とともに減少し、約
5気圧でその生成量はゼロとなる。すなわち水蒸気圧の
低いところではZrP2O7が、高いところではα−Z
rPが生成し易いことがわかる。また、原料の酸化ジル
コニウムは水蒸気圧の上昇につれてリン酸と完全に反応
するようになる。
かような実験結果から、この発明においては水蒸気圧を
少なくとも5気圧以上、好ましくは10気圧以上とする
。5気圧より水蒸気圧が低いと望ましくない副生成物の
生成量が多くなるためでおり、また10気圧以上とすれ
ば純粋なα−ZrPのみが得られるため好ましい。一方
、水蒸気圧の上限は臨界的ではないが、装置の耐圧性な
どの観点から30気圧以下、好ましくは20気圧以下と
する。
この発明を実施するに際しては、ジルコニウム原料とし
ては安価な市販の酸化ジルコニウム(Zr02)または
水酸化ジルコニウムゲル(Zr02 ・xH2O)を使
用する。水酸化ジルコニウムゲルは加熱により酸化ジル
コニウムとなるものである。一方、リン酸原お1として
は、85%リン酸または75%リン酸が好ましく使用で
きる。
ジルコニウム原料とリン酸原料との反応は化学量論的に
進むためP2O5/ZrO2のモル比は1でよいが、実
際にはモル比0.5〜2.0、好ましくは0.9〜1.
2となるように両者を混合できる。モル比を0.5より
低くするとジルコニウム原お1が残るため生成物α−Z
rPの純度が低下し、一方2.0より高くするとリン酸
量が過剰となって経済的に不利となるだけでなく水洗に
も時間が掛るため望ましくない。
ジルコニウム原料とリン酸原料との混合物を次いでオー
トクレーブに入れ、150〜300℃、好ましくは19
0〜220’Cで3〜5時間加熱する。
この時、オー1〜クレープ中の水蒸気圧を前述したよう
に5〜30気圧、好ましくは10〜20気圧になるよう
にする。温度は150℃以下では反応が遅く、300″
C以上ではエネルギーコストが高くなり実用的でない。
また反応時間は、温度や水蒸気圧によって影響されるが
、3時間以下では反応が充分でない。
かくして得られた反応生成物の結晶は、X線回折図から
α−ZrPであることが確認できる。
〈発明の効果〉 以上のように、この発明による結晶性層状リン酸ジルコ
ニウムの製造法は従来の製造法と比べて安価なジルコニ
ウム原料が利用できること、リン酸の使用量は少なく反
応時の化学量論量でよいこと、操作が簡単で短04間に
収率よく多量のα−ZrPが製造できること、またP2
O5/ZrO2の比を1前俊にできるため、用途によっ
て水洗の必要がないことなど多くの長所があることがわ
かる。そしてこの発明の方法で得られたα−ZrPは、
従来の製造法で作られたものと比べて化学的性質(溶解
性、金属イオン交換能、塩基性物質の吸着能)や熱変化
などの性質が全く同じであった。
〈実施例〉 この発明をざらに具体的に説明するため、以下実施例を
挙げて説明するが、この発明はこれらの実施例に限定さ
れものではない。
実施例1 市販の酸化ジルコニウムZrO2と85%リン酸とをP
2O5/ZrO2のモル比が0.7ニなるようによく混
合し、その約21(]を磁性ルツボに入れ、オートクレ
ーブ中で、200℃、5時間加熱してα−ZrPを製造
した。なお使用したオートクレーブの容積は300cc
 、水蒸気圧は約10〜11気圧であった。このように
して製造したα−ZrPのX線回折図を第2図に示す。
比較のために、上記と同じZrO2とリン酸との混合物
を大気圧下、200℃、5時間加熱して反応せしめたリ
ン酸ジルコニウムのX線回折図を第3図に示す。この生
成物はASTMカードからピロリン酸ジルコニウムZr
P2O7で必ることがわかった。第2図および第3図の
結果から同じモル比、同じ加熱温度、同じ加熱時間でも
、水蒸気圧の有無によって1qられるリン酸ジルコニウ
ムの種類が大きく異なることがわかる。すなわちα−Z
rPの生成には加熱時の水蒸気圧が不可欠であることが
明らかである。
なおこの実施例ではP2O5/ZrO2のモル比を0.
7としたため、反応生成物中に原お1のZrO2が残菌
したが、得られたリン酸ジルコニウムとしてはα−Zr
Pのみであった。
実施例2 実施例1と同様にして酸化ジルコニウムとリン酸とをP
2O5/ZrO2の−E/L、比がi、oニなるように
混合し、その40C1について実施例1の場合と同様に
、200℃、5時間オートクレーブ中で加熱して反応を
行なった。なお水蒸気圧は約11〜12気圧であった。
このようにして製造したリン酸ジルコニウムのX線回折
図を第4図に示す。X線回折図の結果からも明らかなよ
うに、生成物はX線的に純粋なα−ZrPであることが
わかる。
実施例3 実施例1と同様にして酸化ジルコニウムとリン酸とをP
2O5/ZrO2のモル比が1.5ニなるように混合し
、その8gを磁性ルツボに入れ、予め2mNの水を入れ
たオートクレーブ(容積300cc )中に移し、20
0℃、5時間加熱して反応を行なった。なお水蒸気圧は
約11気圧であった。得られたリン酸シルコニ1クムの
X線回折図を第5図に示す。生成物は純粋なα−ZrP
であることがわかる。
この実施例のように、オートクレーブの容積に比して製
造口が少ない場合には、オートクレーブ中に予め水を添
加して水蒸気圧を10〜20気圧にコン1〜ロールする
ことによっても、α−ZrPを容易に1qることかでき
る。
実施例4 水酸化ジルコニウムゲルとリン酸とを P205 / Z r 02のモル比が1.2ニなるよ
うに混合し、その30(I+について実施例1の場合と
同様に200℃、5時間オートクレーブ中で加熱して反
応を行なった。なお水蒸気圧は約10気圧であった。こ
のようにして得られたリン酸ジルコニウムのX線回折図
を第6図に示す。生成物はα−ZrPのみであった。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の方法におけるα−ZrP生成ff1
(X線回折強度)と水蒸気圧の関係を示すグラフ、第2
図はこの発明の方法により得られた生成物のX線回折図
、第3図は比較例の方法により(nられた生成物(Zr
P20□)のX線回折図、および第4図乃至第6図はこ
の発明の方法により得られた生成物のX線回折図である

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、酸化ジルコニウムまたは水酸化ジルコニウムとリン
    酸とを5〜30気圧の水蒸気圧下で加熱反応させること
    を特徴とする結晶性層状リン酸ジルコニウムの製造方法
    。 2、酸化ジルコニウムまたは水酸化ジルコニウムとリン
    酸とをP_2O_5/ZrO_2のモル比で0.5〜2
    .0の範囲となるように混合し、150〜300℃の範
    囲の温度で反応させることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の方法。
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