JPS6246490B2 - - Google Patents

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JPS6246490B2
JPS6246490B2 JP59009256A JP925684A JPS6246490B2 JP S6246490 B2 JPS6246490 B2 JP S6246490B2 JP 59009256 A JP59009256 A JP 59009256A JP 925684 A JP925684 A JP 925684A JP S6246490 B2 JPS6246490 B2 JP S6246490B2
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JP
Japan
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water
angstroms
surface area
pore size
mixture
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JP59009256A
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Kenji Suzuki
Shozo Iida
Hiroshi Sakami
Kaoru Kawase
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、20オングストローム以上の細孔径を
有する微細多孔質粘土材料の製造法、さらに詳し
くいえばスメクタイト型鉱物の層間に、特定の無
機物を含有させ、層間隔を20オングストローム以
上に維持させた多孔質粘土材料の製造法に関する
ものである。
スメクタイト型鉱物にはモンモリロナイト、ベ
ントナイト、緑泥石、バイデライト及び合成マイ
カがある。例えば、モンモリロナイトの結晶構造
は、けい酸四面体層―アルミナ八面体層―けい酸
四面体層が積重なつて結合し、一枚の結晶層を形
成している。また、八面体層の中心金属であるア
ルミニウムがそれより陽電荷の小さいマグネシウ
ムによつて一部置換されており、そのために層が
負電荷を帯びている。この負電荷に応じたアルカ
リ金属イオン(主としてNa+)が層と層との間に
介在して結晶層の電荷を中和している。従つてモ
ンモリロナイトは大きなカチオン交換能を有し、
また、主としてこの交換性カチオンの水和性質に
よつて層間に著量の水を吸収するので著しく大き
な膨潤性を現わす。他のスメクタイト型鉱物もモ
ンモリロナイトと同様の性質を有している。
そして、以上のスメクタイト型鉱物はその層間
構造を利用して触媒担体或いは吸着剤等に使用す
る試みがなされている。
一方、第1図はスメクタイト型鉱物を水と混合
した場合の状態図を示し、aは結晶層、d1は結晶
層の厚さ(約10オングストローム)であり、この
場合層間に水を含んだ状態における層間距離d2
は、スメクタイト型鉱物と水との混合比によつて
変化し、水が多量に存在すれば最大500オングス
トローム程度の値をとり得る。しかし、スメクタ
イト型鉱物をAl3+,Ca2+などの陽イオンを含ん
だ水と混合した場合は層間の陽電荷が高まつてd2
は小さくなる。そして、陽イオン量が多くなれば
d2は遂には約10オングストロームになる。
また、従来の製造法、例えば特開昭54−5884号
及び特開昭54−16386号ではスメクタイト型鉱物
を水及び陽イオン性無機物と混合し、陽イオン性
無機物を層間の交換性カチオンとイオン交換させ
たのち加水分解させる製造法であるので、生成物
の層間距離は約10オングストローム以下である。
しかるに以上のような層間距離の短かいスメク
タイト型鉱物を吸着剤として使用する場合などに
おいては十分な効果を得られないことがある。例
えば、これを使用してガソリン精製を行う場合な
どにおいては、ガソリン中の炭素数の小さく低分
子量の炭化水素は層間に挿入されるが、炭素数の
大きな比較的分子量の大きな炭化水素は層間に挿
入されず、したがつて十分な精製効果を挙げるこ
とができない。
本発明者らは、先にスメクタイト型鉱物に、水
に溶けて電荷が陰イオン性を示す水溶性高分子化
合物とシリカゾル、アルミナゾル又はシリカーア
ルミナゾルと陽イオン供給物質と水とを加え、十
分に混合したのち、乾燥、焼成することにより、
20オングストローム以上の細孔径を有する微細多
孔質粘土を得る方法を開発したが(特開昭58−
252070号公報)、さらに研究を重ねた結果、前記
の陰イオン性水溶性高分子化合物の代りに、水に
溶けて電荷が中性を示す水溶性合成高分子化合物
を用い、20オングストローム以上の細孔径を有す
る微細多孔質粘土が得られることを見出し、この
発明をなすに至つた。
すなわち、この発明は、スメクタイト型鉱物
に、中性水溶性合成高分子化合物、水ガラス又は
アルミン酸アルカリ、二価以上の金属の塩及び水
を加え、十分に混合したのち、次いで乾燥し焼成
することを特徴とする微細多孔質粘土材料の製造
法を提供するものである。
この発明におけるスメクタイト型鉱物は、例え
ばモンモリロナイト、ベントナイト、緑泥石、バ
イデライト、ヘクトライト、合成マイカ及び置換
せしめたこれ等の類似体の1種又は2種以上の混
合物より選択することができる。
また、この発明で用いる中性水溶性合成高分子
化合物は、水に溶けた状態で電荷が中性を示すも
のであればよく、例えばポリビニルアルコール、
ポリエチレンオキシドなどが使用される。
水ガラスについて詳しく説明すれば、組成は一
般にNa2O・nSiO2・mH2Oで示され、n=2〜4
の液状品が主体であるが、メタケイ酸ナトリウム
(n=1)、オルトケイ酸ナトリウム(n=0.5)
などの液状または結晶製品も市販されている。通
常ケイ酸ナトリウム(水ガラス)として市販され
ているものは無色の粘度の高い液体であるが、そ
の組成は一定しないので、SiO2/Na2Oのモル比
nにより、1号(n=2.1),2号(n=2.5),3
号(n=3.1)と品種が決められている。また、
単一物質として得られるものには、オルトケイ酸
ナトリウムNa4SiO4、メタケイ酸ナトリウム
Na2SiO3、二ケイ酸ナトリウムNa2Si2O5など、お
よびそれらの含水塩がある。ケイ酸ナトリウムは
一般に水に可溶で、アルカリ性を呈し、酸により
二酸化ケイ素を遊離する。また、Ca塩、AI塩な
どの水溶液を添加すると不溶性のケイ酸カルシウ
ム、ケイ酸アルミニウムなどを生成する。やや濃
厚なケイ酸ナトリウム溶液は、乾燥あるいは、
Ca塩、Al塩などの添加により、ガラス状あるい
はゲル状に硬化する。
また、アルミン酸アルカリはアルミン酸ナトリ
ウム及びアルミン酸カリウムであり、これらは水
に可溶で、アルカリ性を呈し、Ca塩、Al塩など
の水溶液を添加すると不溶性のアルミン酸塩を生
成する。
この発明の製造に際しては、先ずスメクタイト
型鉱物、水、中性水溶性合成高分子化合物及び水
ガラス又はアルミン酸アルカリを混合する。水の
量はスメクタイト型鉱物1gあたり0.4ml以上と
する。また中性水溶性合成高分子化合物の水溶液
濃度は、液を傾けてわずかに流れる程度の粘度以
下で流動性を示す範囲とする。水ガラス又はアル
ミン酸アルカリはスメクタイト型鉱物1gあたり
0.05g〜1gの範囲であり、0.05g以下では十分
な柱にならない、1g以上では空孔率が減少する
等の理由から使用することは不利である。
混合の順序は中性水溶性合成高分子化合物と水
ガラス又はアルミン酸アルカリの混合水溶液をス
メクタイト型鉱物と混合する、或いはスメクタイ
ト型鉱物と中性水溶性合成高分子化合物水溶液の
混合物に水ガラス又はアルミン酸アルカリを混合
する方法いずれでもよい。
混合後の状態は第2図中のである。ここでΘ
は水ガラス又はアルミン酸アルカリ、螺線は中性
水溶性合成高分子化合物を表わしている。この状
態では水ガラス又はアルミン酸アルカリが層間に
存在しても、中性水溶性合成高分子化合物の構造
粘性の出現により層間を押し拡げている。
これを更に詳しく説明すれば、一般に高分子水
溶液は高分子の分子量が大きくなり、また、濃度
が高くなれば粘度が上昇して流れにくくなる。こ
れは高分子の糸まりどうしがもつれ合う、いわゆ
る“からみ合い”現象から生ずる網目構造の形成
による構造粘性の出現による。そしてゴム状にな
る。
この発明はこれらの中性水溶性合成高分子化合
物の特徴をスメクタイト型鉱物の層間に応用し、
層間距離が水ガラス又はアルミン酸アルカリの挿
入により小さくならないようにした点に特徴を有
している。
次に、状態にてカルシウム、バリウム、マグ
ネシウム、アルミニウム、鉄、ニツケル、コバル
ト、ランタニドなどの二価以上の金属のイオンを
添加する。なお、陽イオンの添加量はスメクタイ
ト型鉱物1gあたり1×10-4モル〜1×10-2モル
の範囲であり、1×10-4モル以下では十分な柱が
形成されない、1×10-2モル以上では空孔率が減
少する等の理由から使用することは不利である。
また、水ガラスとアルミン酸アルカリの混合割合
は当量が望ましい。
その後150℃までの温度で放置し、乾燥するこ
とにより層間の水が排除され、中性水溶性合成高
分子化合物の拡がりは小さくなる()。但し、
この150℃までの温度で放置し、乾燥する燥作は
省略してもよい。
最後に300℃〜700℃で加熱して層間の中性水溶
性合成高分子化合物を焼却除去すると、層間にシ
リカ、アルミナ、シリカーアルミナの柱が残る
()。
従つてこの発明の他の特徴は水ガラス又はアル
ミン酸アルカリをスメクタイト型鉱物の層間で非
水溶性無機物にして固定し、次いで中性水溶性合
成高分子化合物を焼却除去することにより層間距
離の長いスメクタイト型鉱物の微細多孔質粘土材
料が得られる点にある。
なお、この発明の生成物を窒素吸脱着法で調べ
た結果、第3図で示した通り20オングストローム
以上の細孔径を有する微細多孔質体である。ま
た、細孔径が20オングストローム以上の表面積は
最大約260m2/g、全表面積は最大約400m2/gで
ある。窒素容量は最大約0.3ml/g、比容は最大
約0.7cm3/g、空孔率は最大約0.4である。
これらの微細多孔質粘土材料は触媒担体及び吸
着剤に有用であり、また、配向させることにより
高性能断熱材にも有用である。
以下、この発明の実施例を示す。
実施例 1 重合度2000のポリビニルアルコール0.4gを水
10mlに溶解したのち、ナトリウムモンモリロナイ
ト1.00gを添加し、撹拌、混合する。混合物へ
1.5重量パーセントケイ酸ナトリウム水溶液5ml
を添加し、さらに撹拌、混合する。こうして出来
た混合物に3.2重量パーセント塩化アルミニウム
6水和物水溶液1.5mlを添加し、撹拌、混合した
のち、50℃の乾燥器中で1日間放置、乾燥後空気
雰囲気の電気炉で500℃、5.5時間焼成した。生成
物の細孔径、表面積、窒素容量、比容、空孔率を
窒素吸脱着法で調べた結果、細孔径分布が最大を
示す細孔径は31オングストローム、表面積は20オ
ングストローム以上の細孔径において108m2
g、また全表面積は140m2/g、窒素容量は0.14
ml/g、比容は0.54cm3/g、空孔率は0.26であつ
た。
実施例 2 重合度2000のポリビニルアルコール0.4gを水
10mlに溶解したのち、ナトリウムモンモリロナイ
ト1.00gを添加し、撹拌、混合する。混合物へ
1.5重量パーセントケイ酸ナトリウム水溶液5ml
を添加し、さらに撹拌、混合する。こうして出来
た混合物に6.4重量パーセント塩化アルミニウム
6水和物水溶液3mlを添加し、撹拌、混合したの
ち、50℃の乾燥器中で1日間放置、乾燥後空気雰
囲気の電気炉で500℃、5.5時間焼成した。生成物
の細孔径、表面積、窒素容量、比容、空孔率を窒
素吸脱着法で調べた結果、細孔径分布が最大を示
す細孔径は31オングストローム、表面積は20オン
グストローム以上の細孔径において231m2/g、
また全表面積は316m2/g、窒素容量は0.29ml/
g、比容は0.69cm3/g、空孔率は0.42であつた。
実施例 3 重合度2000のポリビニルアルコール0.4gを水
10mlに溶解したのち、ナトリウムモンモリロナイ
ト1.00gを添加し、撹拌、混合する。混合物へ
2.9重量パーセントケイ酸ナトリウム水溶液5ml
を添加し、さらに撹拌、混合する。こうして出来
た混合物に6.4重量パーセント塩化アルミニウム
6水和物水溶液3mlを添加し、撹拌、混合したの
ち、50℃の乾燥器中で1日間放置、乾燥後空気雰
囲気の電気炉で500℃、5.5時間焼成した。生成物
の細孔径、表面積、窒素容量、比容、空孔率を窒
素吸脱着法で調べた結果、細孔径分布が最大を示
す細孔径は31オングストローム、表面積は20オン
グストローム以上の細孔径において216m2/g、
また全表面積は288m2/g、窒素容量は0.23ml/
g、比容は0.63cm3/g、空孔率は0.37であつた。
実施例 4 重合度2000のポリビニルアルコール0.4gを水
10mlに溶解したのち、ナトリウムモンモリロナイ
ト1.00gを添加し、撹拌、混合する。混合物へ
2.9重量パーセントケイ酸ナトリウム水溶液5ml
を添加し、さらに撹拌、混合する。こうして出来
た混合物に9.6重量パーセント塩化アルミニウム
6水和物水溶液3mlを添加し、撹拌、混合したの
ち、50℃の乾燥器中で1日間放置、乾燥後空気雰
囲気の電気炉で500℃、5.5時間焼成した。生成物
の細孔径、表面積、窒素容量、比容、空孔率を窒
素吸脱着法で調べた結果、細孔径分布が最大を示
す細孔径は31オングストローム、表面積は20オン
グストローム以上の細孔径において254m2/g、
また全表面積は390m2/g、窒素容量は0.30ml/
g、比容は0.70cm3/g、空孔率は0.43であつた。
実施例 5 重合度2000のポリビニルアルコール0.4gを水
10mlに溶解したのち、ナトリウムモンモリロナイ
ト1.00gを添加し、撹拌、混合する。混合物へ
7.3重量パーセントケイ酸ナトリウム水溶液5ml
を添加し、さらに撹拌、混合する。こうして出来
た混合物に3.2重量パーセント塩化アルミニウム
6水和物水溶液3mlを添加し、撹拌、混合したの
ち、50℃の乾燥器中で1日間放置、乾燥後空気雰
囲気の電気炉で500℃、5.5時間焼成した。生成物
の細孔径、表面積、窒素容量、比容、空孔率を窒
素吸脱着法で調べた結果、細孔径分布が最大を示
す細孔径は31オングストローム、表面積は20オン
グストローム以上の細孔径において134m2/g、
また全表面積は179m2/g、窒素容量は0.26ml/
g、比容は0.66cm3/g、空孔率は0.39であつた。
実施例 6 重合度2000のポリビニルアルコール0.4gを水
10mlに溶解したのち、ナトリウムモンモリロナイ
ト1.00gを添加し、撹拌、混合する。混合物へ
7.3重量パーセントケイ酸ナトリウム水溶液5ml
を添加し、さらに撹拌、混合する。こうして出来
た混合物に22.5重量パーセント塩化アルミニウム
6水和物水溶液2.6mlを添加し、撹拌、混合した
のち、50℃の乾燥器中で1日間放置、乾燥後空気
雰囲気の電気炉で500℃、5.5時間焼成した。生成
物の細孔径、表面積、窒素容量、比容、空孔率を
窒素吸脱着法で調べた結果、細孔径分布が最大を
示す細孔径は31オングストローム、表面積は20オ
ングストローム以上の細孔径において235m2
g、また全表面積は384m2/g、窒素容量は0.31
ml/g、比容は0.71cm3/g、空孔率は0.44であつ
た。
実施例 7 重合度2000のポリビニルアルコール0.4gを水
10mlに溶解したのち、ナトリウムモンモリロナイ
ト1.00gを添加し、撹拌、混合する。混合物へ10
重量パーセントケイ酸ナトリウム水溶液5mlを添
加し、さらに撹拌、混合する。こうして出来た混
合物に22.5重量パーセント塩化アルミニウム6水
和物水溶液3.4mlを添加し、撹拌、混合したの
ち、50℃の乾燥器中で1日間放置、乾燥後空気雰
囲気の電気炉で500℃、5.5時間焼成した。生成物
の細孔径、表面積、窒素容量、比容、空孔率を窒
素吸脱着法で調べた結果、細孔径分布が最大を示
す細孔径は31オングストローム、表面積は20オン
グストローム以上の細孔径において230m2/g、
また全表面積は313m2/g、窒素容量は0.31ml/
g、比容は0.71cm3/g、空孔率は0.44であつた。
【図面の簡単な説明】
第1図はスメクタイト型鉱物の層間に水を含ん
で膨潤している状態をあらわす。第2図はスメク
タイト型鉱物の層間に中性水溶性合成高分子化合
物、水ガラス又はアルミン酸アルカリ及び金属イ
オンを挿入して行う製造法の細孔生成過程を示
す。第3図は本発明の微細多孔質粘土材料の窒素
脱着法による細孔分布曲線である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 スメクタイト型鉱物に、中性水溶性合成高分
    子化合物、水ガラス又はアルミン酸アルカリ、二
    価以上の金属の塩及び水を加え、十分に混合した
    のち、次いでこの生成物を乾燥し焼成することを
    特徴とする微細多孔質粘土材料の製造法。
JP59009256A 1984-01-20 1984-01-20 微細多孔質粘土材料の製造法 Granted JPS60155526A (ja)

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CN110467188B (zh) * 2019-09-20 2021-02-26 重庆大学 一种合成云母及其制备方法和应用

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