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JP4041892B2 - Porous glass microparticles and method for producing the same - Google Patents
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JP4041892B2 - Porous glass microparticles and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、シリカ、アルミナ、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属を主成分とする多孔質ガラス微小粒子およびその製造方法に関する。特に、メソ領域の細孔を有し、立方体などの多面体状の形態を有することを特徴とする多孔質ガラス微小粒子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to porous glass microparticles mainly composed of silica, alumina, alkali metal and / or alkaline earth metal, and a method for producing the same. In particular, the present invention relates to a porous glass microparticle having a mesopore and a polyhedral shape such as a cube and a method for producing the same.

IUPACで定義されるメソ細孔(2〜50nm)を持つ多孔体はマイクロフィルター、触媒、酵素などの担体、カラム充填材、触媒担体、化粧品、樹脂フィラー等に幅広く使用されている。この様なメソ領域の多孔体の多くは非晶性化合物であり、シリカゲル、シリカアルミナ、活性炭、分相ガラス、粘土層間架橋多孔体、メソ多孔性シリカ、非シリカ系メソ多孔性酸化物などの無機多孔体、セロハン、ビニロン繊維、イオン交換樹脂などの有機多孔体などに代表される。   Porous materials having mesopores (2 to 50 nm) defined by IUPAC are widely used for microfilters, catalysts, enzymes and other carriers, column fillers, catalyst carriers, cosmetics, resin fillers and the like. Many of the porous materials in such a meso region are amorphous compounds, such as silica gel, silica alumina, activated carbon, phase separation glass, clay interlayer crosslinked porous material, mesoporous silica, and non-silica mesoporous oxide. It is represented by organic porous bodies, such as an inorganic porous body, a cellophane, a vinylon fiber, and an ion exchange resin.

従来、多孔質ガラスの製造法としては、分相法やゾル−ゲル法による製造法が公知である。分相法では、ホウケイ酸ガラスを1000℃以上の高温で溶融してガラスを形成した後に、再度加熱処理をして分相させ、可溶成分を溶出させることにより多孔質ガラスを製造する。加熱処理を制御することにより、生成するメソ細孔の大きさを数nmから数100nmに渡って変えることができる。ゾル−ゲル法では、アルコキシシランのようなアルコキシドを加水分解してゲル化させた後、乾燥させることにより多孔質ガラスを製造する。この方法で得られる多孔質ガラスは一般に5〜20nmのメソ細孔や0.5〜5μmのマクロ細孔を有する。上記の製造法により得られる多孔質ガラスはバルク体であり、これらを使用して多孔質ガラスの微小粒子を製造するためには、上記の工程後に粉砕することが必要であり、粒子径をそろえる場合にはさらに分級することも必要である。   Conventionally, the manufacturing method by the phase separation method or the sol-gel method is well-known as a manufacturing method of porous glass. In the phase separation method, a borosilicate glass is melted at a high temperature of 1000 ° C. or higher to form a glass, and then subjected to a heat treatment again to cause phase separation and to elute soluble components to produce a porous glass. By controlling the heat treatment, the size of the generated mesopores can be changed from several nm to several hundred nm. In the sol-gel method, an alkoxide such as alkoxysilane is hydrolyzed to gel, and then dried to produce porous glass. The porous glass obtained by this method generally has 5 to 20 nm mesopores and 0.5 to 5 μm macropores. The porous glass obtained by the above production method is a bulk body, and in order to produce fine particles of the porous glass using these, it is necessary to pulverize after the above steps, and the particle diameters are made uniform. In some cases, further classification is necessary.

多孔質ガラス微小粒子の製造方法としては、1)水ガラス及び金属アルコキシドよりゾル−ゲル法で製造する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)が、得られる多孔質ガラス微小粒子における細孔径を均一かつ希望の径にコントロールすることが困難であった。また、2)相分離可能なガラス組成の微小ガラス粒子を加熱処理して相分離させた後、酸可溶分を溶出することにより、多孔質ガラス微小粒子を製造する方法により明確な細孔を有し、その細孔径が均一かつ希望の径にコントロールされた多孔質ガラス微小粒子が報告されている(例えば、特許文献2参照)が、この方法はあらかじめ原料となるガラスを湿式粉砕した後、可燃性液体に混合分散させたものを燃焼させる工程が必要であり、工程の複雑化や高コスト化が避けられなかった。   As a method for producing porous glass microparticles, 1) a method of producing a sol-gel method from water glass and metal alkoxide has been proposed (for example, see Patent Document 1). It was difficult to control the pore diameter uniformly and to the desired diameter. In addition, after 2) heat-treating the fine glass particles having a glass composition capable of phase separation to phase-separate, and then eluting the acid-soluble component, clear pores can be obtained by the method of producing porous glass microparticles. Porous glass microparticles having a uniform pore diameter and controlled to a desired diameter have been reported (for example, refer to Patent Document 2), but this method is performed after wet pulverizing glass as a raw material in advance. A process of burning the mixture dispersed in the flammable liquid is required, and the process is complicated and expensive.

また、結晶性のアルミノケイ酸塩の微小粒子から多孔質ガラス微小粒子を製造する方法が試みられており、多孔性アルミノケイ酸塩微小粒子であるゼオライトをそれぞれ酸処理、熱処理することにより、ガラス微小粒子が得られることが報告されている(例えば、非特許文献1ないし2参照)が、生成物に多孔性は認められていない。また、結晶性アルミノケイ酸塩微小粒子であるゼオライトを脱アルミニウム処理することにより、メソ細孔を有する物質が得られることも報告されている(例えば、非特許文献3ないし4参照)が、その生成物は結晶性をとどめており、完全なガラス粒子は得られていない。
特開2000−128519号公報 特開平11−100223号公報 Cook et al., Environ. Sci. Technol., vol.16, p344, 1982 Kosanovi? and Sboti?, Microporous Materials, Vol.12, p261, 1997 Le Van Mao et al., J. Mater. Chem. Vol.2, p595, 1992 Horikoshi et al., Chem. Soc. Japan, p398, 1989
In addition, a method of producing porous glass microparticles from crystalline aluminosilicate microparticles has been attempted, and glass microparticles are obtained by subjecting zeolite, which is a porous aluminosilicate microparticle, to acid treatment and heat treatment, respectively. Is reported (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2), but the product is not porous. It has also been reported that substances having mesopores can be obtained by dealumination of zeolite, which is crystalline aluminosilicate microparticles (see, for example, Non-Patent Documents 3 to 4). The thing remains crystalline, and complete glass particles are not obtained.
JP 2000-128519 A JP-A-11-1003003 Cook et al., Environ. Sci. Technol., Vol. 16, p344, 1982 Kosanovi? and Sboti? , Microporous Materials, Vol.12, p261, 1997 Le Van Mao et al., J. Mater. Chem. Vol. 2, p595, 1992 Horikoshi et al., Chem. Soc. Japan, p398, 1989

本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、シリカ、アルミナ、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属を主成分とし、中心細孔径が1〜50nmの範囲にある多孔質ガラス微小粒子およびその製造方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and porous glass microparticles having silica, alumina, alkali metal and / or alkaline earth metal as main components and having a central pore diameter in the range of 1 to 50 nm and It is an object to provide a manufacturing method thereof.

本発明者らは、上述の問題点を改善するため鋭意検討した結果、シリカ、アルミナ、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属酸化物を主成分とする特定の結晶性化合物を酸処理した後、水熱処理することで上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to improve the above-mentioned problems, the present inventors have acid-treated a specific crystalline compound mainly composed of silica, alumina, alkali metal and / or alkaline earth metal oxide, It has been found that the above problems can be solved by hydrothermal treatment, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は以下の[1]〜[14]に示される構成を講じることによって解決した。
[1] (A)シリカ、(B)アルミナ、(C)アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属を主成分とする非晶質物質であり、中心細孔径が1〜50nmの範囲にあり、該細孔の分布がシャープである多孔質ガラス微小粒子。
[2] (A)シリカを30〜70質量%、(B)アルミナを30〜60質量%、(C)アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属を0〜10質量%含有することを特徴とする[1]記載の多孔質ガラス微小粒子。
[3] CuのKα線をX線源とする粉末X線回折において、2θ値で15°〜35°の範囲に少なくとも1つの非晶質ハロー図形を示すことを特徴とする[1]又は[2]のいずれかに記載の多孔質ガラス微小粒子。
[4] CuのKα線をX線源とする粉末X線回折において、ASTM(American Society for Testing and Materials)D 3906に準拠した(%X線回折強度/参照物質)値が5%以下であることを特徴とする[1]ないし[3]のいずれか1項に記載の多孔質ガラス微小粒子。
[5] 該多孔質ガラス微小粒子内の細孔容積が、ガラス粒子細孔分布曲線で示される1〜100nmの細孔径における細孔容積で50mm3/g以上であり、その70%以上が、中心細孔径の±2nm以内の領域にあることを特徴とする[1]ないし[4]のいずれか1項に記載の多孔質ガラス微小粒子。
That is, this invention was solved by taking the structure shown by the following [1]-[14].
[1] An amorphous substance mainly composed of (A) silica, (B) alumina, (C) alkali metal and / or alkaline earth metal, having a central pore diameter in the range of 1 to 50 nm, Porous glass microparticles with sharp pore distribution.
[2] It is characterized by containing (A) 30 to 70% by mass of silica, (B) 30 to 60% by mass of alumina, and (C) 0 to 10% by mass of alkali metal and / or alkaline earth metal. [1] The porous glass microparticles according to [1].
[3] In powder X-ray diffraction using Cu Kα ray as an X-ray source, at least one amorphous halo figure is shown in a range of 15 ° to 35 ° in terms of 2θ value [1] or [1] 2]. The porous glass microparticle according to any one of 2).
[4] In powder X-ray diffraction using Cu Kα ray as an X-ray source, the value (% X-ray diffraction intensity / reference substance) in accordance with ASTM (American Society for Testing and Materials) D 3906 is 5% or less. The porous glass microparticle according to any one of [1] to [3], wherein
[5] The pore volume in the porous glass microparticles is 50 mm 3 / g or more in terms of pore volume at a pore diameter of 1 to 100 nm shown by the glass particle pore distribution curve, and 70% or more thereof The porous glass microparticle according to any one of [1] to [4], which is in a region within ± 2 nm of the central pore diameter.

ここに、多孔質ガラス微小粒子内の細孔容積を、ガラス粒子細孔分布曲線で示される1〜100nmの細孔径における細孔容積に基づいて規定した理由は、出発材料(結晶性アルミノ珪酸塩、すなわち、ゼオライト)には、1〜100nm以外の細孔も含まれ、全細孔容積は、50mm3/g以上を満足すること、その後の処理によってもその状態がそのまま残存することがあることから、これとは区分し、異にするものであることを明確にするためである。すなわち、あくまでも特定の細孔径領域1〜100nmの分布における多孔質ガラス微小粒子の細孔容積を指し、該細孔径範囲外の細孔径をも含めた細孔容積を指すものではない。
[6] 該多孔質ガラス微小粒子の粒子径が0.1〜500μmである[1]ないし[5]のいずれか1項に記載の多孔質ガラス微小粒子。
[7] 該多孔質ガラス微小粒子の形状が非球形多形構造を有していることを特徴とする[1]ないし[6]のいずれか1項に記載の多孔質ガラス微小粒子。
[8] 該非球形多形構造が立方体を呈した構造であることを特徴とする[7]記載の多
孔質ガラス微小粒子。
[9]該非球形多形構造が八面体を呈した構造であることを特徴とする[7]記載の多孔
質ガラス微小粒子。
[10] (I)シリカ、アルミナ源となる化合物と、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属化合物の混合物を水溶液中で水熱処理する工程、(II)形成された結晶性化合物を酸処理する工程、(III)得られた化合物を水熱処理する工程からなる[1]ないし[9]のいずれか1項に記載の多孔質ガラス微小粒子の製造方法。
[11] 前記(1)の水熱処理工程を、50〜500℃の温度範囲で行うことを特徴とする[10]記載の多孔質ガラス微小粒子の製造方法。
[12] 前記(2)の酸処理工程を、酸濃度0.1規定未満、処理温度100℃以下の条件の下で行うことを特徴とした[10]記載の多孔質ガラス微小粒子の製造方法。
[13] 前記(3)の水熱処理工程を、100〜300℃の温度条件の下で行うことを特徴とした[10]記載の多孔質ガラス微小粒子の製造方法。
[14] 前記(1)の水熱処理工程で得られる生成物が結晶性アルミノケイ酸塩であり、これを引きつづき(2)酸処理する工程、(3)水熱処理をする工程に付すことにより得られる[1]ないし[9]のいずれか1項に記載の多孔質ガラス微小粒子の製造方法。
Here, the reason for defining the pore volume in the porous glass microparticle based on the pore volume in the pore diameter of 1 to 100 nm shown by the glass particle pore distribution curve is that the starting material (crystalline aluminosilicate That is, the zeolite) includes pores other than 1 to 100 nm, the total pore volume satisfies 50 mm 3 / g or more, and the state may remain as it is after the subsequent treatment. Therefore, this is to make it clear that it is different from this. That is, it refers to the pore volume of the porous glass microparticles in the distribution of the specific pore diameter region of 1 to 100 nm, and does not refer to the pore volume including the pore diameter outside the pore diameter range.
[6] The porous glass microparticle according to any one of [1] to [5], wherein the porous glass microparticle has a particle size of 0.1 to 500 μm.
[7] The porous glass microparticle according to any one of [1] to [6], wherein the shape of the porous glass microparticle has a non-spherical polymorphic structure.
[8] The porous glass microparticle according to [7], wherein the non-spherical polymorphic structure has a cubic structure.
[9] The porous glass microparticle according to [7], wherein the non-spherical polymorphic structure is an octahedral structure.
[10] (I) Hydrothermal treatment of a mixture of silica and alumina source compound and alkali metal and / or alkaline earth metal compound in an aqueous solution, (II) acid treatment of the formed crystalline compound (III) The method for producing porous glass microparticles according to any one of [1] to [9], comprising a step of hydrothermally treating the obtained compound.
[11] The method for producing porous glass microparticles according to [10], wherein the hydrothermal treatment step (1) is performed in a temperature range of 50 to 500 ° C.
[12] The method for producing porous glass microparticles according to [10], wherein the acid treatment step (2) is performed under conditions of an acid concentration of less than 0.1 N and a treatment temperature of 100 ° C. or less. .
[13] The method for producing porous glass microparticles according to [10], wherein the hydrothermal treatment step (3) is performed under a temperature condition of 100 to 300 ° C.
[14] The product obtained in the hydrothermal treatment step (1) is a crystalline aluminosilicate, which is subsequently obtained by subjecting it to (2) an acid treatment step and (3) a hydrothermal treatment step. The method for producing porous glass microparticles according to any one of [1] to [9].

本発明は、多孔質ガラス微小粒子に関し、1〜50nmの範囲の超微細な中心細孔径を有し、しかもその分布特性は極めてシャープな細孔分布を有することから、特定の分子半径、イオン半径を有するガス、イオン、有機分子などに対して極めて効率のよい選択的吸着剤、分離剤として機能することが期待される。また、各種触媒反応に供され、触媒担体あるいは触媒として機能し、優れた触媒担持性能、触媒性能が発揮されるものと大いに期待される。勿論、本発明の多孔質ガラス微小粒子は、これら用途に限定されることはなく、例えば、薬剤、化粧品、樹脂フィラーなどにも使用され、徐放性等に優れた薬剤設計等を始め、これまでの材料に比し遜色ない、汎用性のある有用且つ新規な添加剤成分として使用されることが期待される。   The present invention relates to porous glass microparticles, and has an ultrafine central pore diameter in the range of 1 to 50 nm, and its distribution characteristic has a very sharp pore distribution. It is expected to function as a selective adsorbent and separation agent that are extremely efficient for gases, ions, organic molecules, and the like. In addition, it is expected to be used in various catalytic reactions, function as a catalyst carrier or catalyst, and exhibit excellent catalyst carrying performance and catalytic performance. Of course, the porous glass microparticles of the present invention are not limited to these uses. For example, the porous glass microparticles can be used for drugs, cosmetics, resin fillers, etc. It is expected to be used as a versatile useful and novel additive component that is inferior to conventional materials.

以下、本発明を詳細に説明する。本発明の多孔質ガラス微小粒子は好ましくは実質的にシリカ、アルミナ、アルカリ金属酸化物および/またはアルカリ土類金属酸化物からなる。ここで実質的にとは、他の成分が不純物程度包有される場合を許容するということを意味する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. The porous glass microparticles of the present invention preferably consist essentially of silica, alumina, alkali metal oxide and / or alkaline earth metal oxide. Here, “substantially” means that the case where other components are included to the extent of impurities is allowed.

本発明の多孔質ガラス微小粒子は(A)シリカ、(B)アルミナ、(C)アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属からなり、その組成比は(A)30〜70質量%、(B)30〜60質量%、(C)0〜10質量%であることが好ましい。さら好ましくは(A)40〜60質量%、(B)40〜60質量%、(C)0〜10質量%の組成比である。(A)成分の組成量が70質量%を超えると、多孔質ガラス微小粒子中にミクロ細孔を有する結晶成分が増加するため1〜50nmの中心細孔径を形成することが困難になり、(A)成分の組成量が30質量%未満では耐酸性が著しく弱くなり粒子形状を維持できなくなる。   The porous glass microparticle of the present invention comprises (A) silica, (B) alumina, (C) alkali metal and / or alkaline earth metal, and the composition ratio thereof is (A) 30 to 70% by mass, (B). It is preferable that they are 30-60 mass% and (C) 0-10 mass%. More preferably, the composition ratio is (A) 40 to 60% by mass, (B) 40 to 60% by mass, and (C) 0 to 10% by mass. When the composition amount of the component (A) exceeds 70% by mass, it becomes difficult to form a central pore diameter of 1 to 50 nm because the crystal component having micropores in the porous glass microparticles increases. When the composition amount of the component A) is less than 30% by mass, the acid resistance is remarkably weak and the particle shape cannot be maintained.

原料に用いられるシリカ源、アルミナ源に特に制限はない。シリカ源とアルミニウム源の両者を混合した際に反応し易いものが好適に用いられ、シリカ源としてはメタケイ酸ナトリウム、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、テトラエチルオルソシリケート等が好ましく、アルミナ源としては、アルミン酸ナトリウム、ベーマイトやプソイドベーマイト、アルミニウムイソプロポキシド等が好ましい。   There is no restriction | limiting in particular in the silica source used for a raw material, and an alumina source. Those that are easy to react when both the silica source and the aluminum source are mixed are preferably used. The silica source is preferably sodium metasilicate, colloidal silica, fumed silica, tetraethyl orthosilicate, etc., and the alumina source is alumina. Sodium acid, boehmite, pseudoboehmite, aluminum isopropoxide and the like are preferable.

本発明の多孔質ガラス微小粒子中に含まれるアルカリ金属とアルカリ土類金属は、原料由来によるものやイオン交換反応によって付加したもので制限されるものではない。アルカリ金属の例としてはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム等が挙げられ、アルカリ土類金属の例としてはベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウムが挙げられる。また、2種以上の金属イオンを含有してもよい
本発明の多孔質ガラス微小粒子はCuのKα線を用いた粉末X線回折による測定で大部分が非晶質であることを特徴とする。大部分が非晶質であるとは、CuのKα線をX線源とする粉末X線回折において2θ値で15°〜35°の範囲に少なくとも1つの非晶質ハロー(halo)図形を有し、明らかな結晶性ピークが存在しないことを意味する。
The alkali metal and alkaline earth metal contained in the porous glass microparticles of the present invention are not limited to those derived from raw materials or added by ion exchange reaction. Examples of the alkali metal include lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, and francium. Examples of the alkaline earth metal include beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, and radium. The porous glass microparticles of the present invention may contain two or more kinds of metal ions, and are characterized in that most of them are amorphous as measured by powder X-ray diffraction using Cu Kα rays. . Mostly amorphous means that it has at least one amorphous halo figure in the range of 15 ° to 35 ° in terms of 2θ value in powder X-ray diffraction using Cu Kα ray as an X-ray source. This means that there is no obvious crystalline peak.

また、製造時の出発原料によって非晶質ハロー図形中に僅かながら結晶性ピークが観測される場合があるが、そのような場合、CuのKα線をX線源とする粉末X線回折において2θ値で15°〜35°の範囲に観測される結晶性ピーク強度が、対応する結晶性参照物質の結晶性ピークに対する割合(%X線回折強度/参照物質)で5%以下であればよい。具体的な%X線回折強度/参照物質としてはASTM(American Society for Testing
and Materials)D 3906に準拠して次式で与えられるものを使用することができる。
In addition, a slight crystallinity peak may be observed in the amorphous halo figure depending on the starting material at the time of manufacture. In such a case, in the powder X-ray diffraction using Cu Kα ray as an X-ray source, 2θ The crystallinity peak intensity observed in the range of 15 ° to 35 ° in terms of the value should be 5% or less in terms of the ratio of the corresponding crystalline reference material to the crystallinity peak (% X-ray diffraction intensity / reference material). Specific% X-ray diffraction intensity / reference material is ASTM (American Society for Testing
and Materials) that is given by the following formula in accordance with D 3906 can be used.

(%X線回折強度/参照物質)=(SX)/(SR)×100
X:試料の積分反射強度
R:参照物質の積分反射強度
積分反射強度の算出に用いる結晶性ピーク数は特に限定されることはないが、1〜8本の範囲が好ましい。粉末X線回折における反射ピーク強度は水の吸着状態等によって変化することが考えられるため、試料及び参照物質の状態調節や測定条件については細心の注意を払わなければならない。
(% X-ray diffraction intensity / reference substance) = (S X ) / (S R ) × 100
S X : Integral reflection intensity of sample S R : Integral reflection intensity of reference substance The number of crystallinity peaks used for calculation of integral reflection intensity is not particularly limited, but a range of 1 to 8 is preferable. Since the reflection peak intensity in the powder X-ray diffraction may vary depending on the water adsorption state and the like, careful attention must be paid to the condition adjustment and measurement conditions of the sample and reference substance.

本発明の多孔質ガラス微小粒子は多孔質であるという特徴を有する。その中心細孔径は1〜50nmの範囲内にあることが好ましく、1〜30nmの範囲が更に好ましい。中心細孔径が50nmを超えると粒子形態を保てなくなる可能性があり、1nm未満では吸着、分離速度が著しく低下する恐れがある。中心細孔径は、窒素吸着法により求めた細孔分布曲線の極大ピークを示す細孔直径で表される。   The porous glass microparticle of the present invention is characterized by being porous. The central pore diameter is preferably in the range of 1 to 50 nm, and more preferably in the range of 1 to 30 nm. If the central pore diameter exceeds 50 nm, the particle form may not be maintained, and if it is less than 1 nm, the adsorption / separation rate may be significantly reduced. The central pore diameter is represented by a pore diameter showing a maximum peak of a pore distribution curve obtained by a nitrogen adsorption method.

本発明の多孔質ガラス微小粒子は、その細孔分布がシャープであることが好ましい。細孔分布がシャープであることを表現する手段として、上記中心細孔径と、細孔分布曲線において細孔径1〜100nmの領域にある細孔の容積(以下、細孔容積)を使用する。すなわち、本発明に係る多孔質ガラス微小粒子において、細孔容積のうちのどれだけの割合(%)が、上記1〜50nmの範囲に存在する細孔の中心細孔径の±2nm以内の領域にあるかで表現する。この割合(%)が大であるほど、その中心細孔径の近傍に高度に細孔が集中し、細孔分布がシャープであることを示すものである。本発明の多孔質ガラス微小粒子の細孔は、細孔容積の70%以上が中心細孔径の±2nm以内の領域にあることを特徴とする。このために、本発明の多孔質ガラス微小粒子は有機分子の高い吸着選択性を有する。   The porous glass microparticles of the present invention preferably have a sharp pore distribution. As means for expressing that the pore distribution is sharp, the central pore diameter and the volume of pores in the region of the pore diameter of 1 to 100 nm in the pore distribution curve (hereinafter referred to as pore volume) are used. That is, in the porous glass microparticles according to the present invention, what percentage (%) of the pore volume is in a region within ± 2 nm of the center pore diameter of the pores existing in the range of 1 to 50 nm. Express if there is. The larger the ratio (%), the higher the concentration of pores in the vicinity of the central pore diameter, and the sharper the pore distribution. The pores of the porous glass microparticles of the present invention are characterized in that 70% or more of the pore volume is in a region within ± 2 nm of the central pore diameter. For this reason, the porous glass microparticles of the present invention have a high adsorption selectivity for organic molecules.

本発明の多孔質ガラス微小粒子の細孔は、前述のメソ孔からマイクロ孔の一部領域にわたる孔である。ここで言うマイクロ孔とは、この出願前の学術文献(非特許文献5参照)に記載されているようにIUPACで提案している0.5〜2nmを中心とした細孔直径を有する孔のことを意図している。この細孔径分布や細孔容積は各種プローブ分子の吸着容量から求めることができるが、本発明では最も一般的に用いられるプローブであるN2の吸着容量を持ってマイクロ孔容積を規定する。N2をプローブとした場合の測定値は一
般的にはN2と分子サイズが似通っており同程度に不活性なプローブであるArやO2を用いて測定した値とほぼ一致する。
近藤精一、石川達雄、安部郁夫共著「吸着の科学」丸善株式会社 ,平成3年,第12頁 また、本発明の多孔質ガラス微小粒子の平均粒子径は0.1〜500μmの範囲が好ましい。更に好ましくは1〜200μmの範囲である。平均粒径が上記下限値未満の場合、製造が困難になる場合がある他、フィルターなどの分離除去装置に使用した際のろ過速度を著しく低下させる恐れがある。また、500μmを超える場合、高分子材料などと複合化するような二次加工において成形性を低下させたり、外観不良を起こしたりする場合がある。なお、平均粒径の測定は、レーザー回折式の粒度測定装置や電子顕微鏡など画像から直接統計処理によって求めることができる。
The pores of the porous glass microparticles of the present invention are pores extending from the aforementioned mesopores to a partial region of the micropores. The micropore mentioned here is a pore having a pore diameter centered on 0.5 to 2 nm proposed by IUPAC as described in the academic literature (see Non-Patent Document 5) before this application. Is intended. The pore size distribution and pore volume can be determined from the adsorption capacities of various probe molecules. In the present invention, the micropore volume is defined by the adsorption capacity of N 2 which is the most commonly used probe. The measured value when N 2 is used as a probe is generally similar to the value measured using Ar or O 2, which is similar to N 2 in molecular size and is inactive.
Kondo Seiichi, Ishikawa Tatsuo and Abe Ikuo "Science of adsorption" Maruzen Co., Ltd., 1991, page 12 The average particle size of the porous glass microparticles of the present invention is preferably in the range of 0.1 to 500 µm. . More preferably, it is the range of 1-200 micrometers. When the average particle size is less than the above lower limit, the production may be difficult, and the filtration rate when used in a separation and removal device such as a filter may be significantly reduced. Moreover, when exceeding 500 micrometers, a moldability may be reduced in the secondary processing which combines with a polymeric material etc., or an external appearance defect may be caused. The measurement of the average particle diameter can be obtained by direct statistical processing from an image such as a laser diffraction particle size measuring apparatus or an electron microscope.

レーザー回折式粒度計による測定では、入射レーザー光の凝集粒子による回折挙動と、孤立した一次粒子による回折挙動とで大きな差異を生じないため、測定された粒径が、一次粒子単体で存在するものの粒径なのか、あるいはこれが凝集した二次粒子の粒径なのかが互いに区別されない。したがって、該方法で測定した平均粒径は、凝集を起こしていない孤立した一次粒子も広義に含めた二次粒子の平均粒径を反映した平均値となるので電子顕微鏡などによる直接観測と併用することが好ましい。   In the measurement by the laser diffraction type particle size meter, there is no big difference between the diffraction behavior of the incident laser beam due to the aggregated particles and the diffraction behavior of the isolated primary particles. There is no distinction between the particle size or the size of the aggregated secondary particles. Therefore, the average particle size measured by the method is an average value reflecting the average particle size of secondary particles including the isolated primary particles that have not been aggregated in a broad sense, and is therefore used in combination with direct observation using an electron microscope or the like. It is preferable.

本発明の多孔質ガラス微小粒子は、実質的に結晶に特徴的な多面体の形状を有することを特徴とする。上記の多孔質化合物結晶微小粒子の形状としては、後に述べる多孔質化合物結晶微小粒子をガラス化する工程においてその形状が影響を受けないことから、目的の形状(例えば実質的にキューブ状)の多孔質ガラス微小粒子を製造する場合には、化合物結晶微小粒子も同様の形状であることが好ましい.
本発明の多孔質ガラス微小粒子は、シリカ、アルミナ源となる化合物と、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属含有化合物の混合物を水熱処理して得られる多孔質の結晶性微小粒子(以下多孔質結晶微小粒子)を酸処理した後に、さらに水熱処理することにより製造される。ここで、シリカ、アルミナ源となる化合物と、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属の種類及びそれらの含有率等については前記した通りである。
The porous glass microparticles of the present invention are characterized by having a polyhedral shape substantially characteristic of crystals. As the shape of the above-mentioned porous compound crystal microparticles, since the shape is not affected in the step of vitrifying the porous compound crystal microparticles described later, the porous shape of the target shape (for example, substantially cube shape) When producing glassy glass microparticles, it is preferable that the compound crystal microparticles have a similar shape.
The porous glass microparticles of the present invention are porous crystalline microparticles (hereinafter referred to as porous) obtained by hydrothermal treatment of a mixture of a compound serving as a silica or alumina source and an alkali metal and / or alkaline earth metal-containing compound. The crystal microparticles) are produced by acid treatment and further hydrothermal treatment. Here, the types of silica, alumina source, alkali metal and / or alkaline earth metal, their content, etc. are as described above.

(1)多孔質結晶微小粒子を得る工程:上記多孔質結晶微小粒子を得る方法としては、
シリカ、アルミナ源となる化合物と、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属化合
物の混合物を水溶液中で水熱処理する方法がとられる。通常は、シリカ、アルミナ源とな
る化合物とアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属化合物の混合物の水溶液をテフ
ロン(登録商標)容器や金チューブなどの適当な耐圧容器を適用して加熱する方式が好適
に利用される。この場合の加熱温度は、50〜500℃の間であることが好ましく、60
〜250℃の間であることがより好ましい。50℃未満では反応が不十分である恐れがあ
り、500℃を超えると目的以外の結晶相の量が増加する可能性がある。尚、水熱処理後
、担持物(固体)を溶液とともに次の工程に用いてもよいが、通常は、反応物を濾過等に
よって液から分離し、場合に応じて、適宜、水洗、乾燥、あるいは、焼成、更には還元処
理等の後処理を施してから、次の工程に用いる。多くの場合には、単に濾過後、乾燥した
ものを用いる方式が、操作も簡単であるし、好適となる。
(1) Step of obtaining porous crystal microparticles: As a method of obtaining the above porous crystal microparticles,
A method of hydrothermally treating a mixture of a compound serving as a silica or alumina source and an alkali metal and / or alkaline earth metal compound in an aqueous solution is employed. Usually, a method of heating an aqueous solution of a mixture of a compound serving as a silica or alumina source and an alkali metal and / or alkaline earth metal compound by applying an appropriate pressure vessel such as a Teflon (registered trademark) container or a gold tube is preferable. Used for The heating temperature in this case is preferably between 50 and 500 ° C.,
More preferably, it is between ˜250 ° C. If it is less than 50 ° C., the reaction may be insufficient, and if it exceeds 500 ° C., the amount of a crystal phase other than the target may increase. After the hydrothermal treatment, the support (solid) may be used together with the solution in the next step. Usually, the reaction product is separated from the liquid by filtration or the like, and depending on the case, it is appropriately washed with water, dried, or Then, after post-treatment such as firing and reduction treatment, it is used in the next step. In many cases, a method of simply using a dried product after filtration is simple and preferable.

上記多孔質結晶微小粒子としては、結晶性のアルミノケイ酸塩(慣用名:ゼオライト)を使用することもできる。   As the porous crystalline microparticles, crystalline aluminosilicate (common name: zeolite) can be used.

ゼオライトとしては、ナトロライト、ゴンナルダイト、エディングトナイト、などに代
表されるナトロライトグループ、アナルシム、リューサイト、ユガワラライトなどに代表されるアナルシムグループ、ギスモンダイン、ポーリンジャイト-K、フィリップサイト-Caなどに代表されるギスモンダイングループ、チャバザイト-Ca、エリオナイト-Na、ホージャサイト-Na、などに代表されるチャバザイトグループ、モルデナイト、フェリエライト-Mg、ミューティナアイトなどに代表されるモルデナイトグループ、ヒューランダイト-Ca、クリノプチロライト-Na、スティルバイト-Caなどに代表されるヒューランダイトグループ、コウレサイトなどに代表される構造未知のアルミノケイ酸塩グループなどの天然に産出する各グループのゼオライトおよび、A、L、X、Y、Na-P1、ZK-5、ZSM-11、などに代表される合成ゼオライトなどが挙げられるが、好ましくは粒度の均一な合成ゼオライトであり、より好ましくはシリカ・アルミナ質量比の差が小さいA、Xなどである。シリカ・アルミナ質量比の差が大き過ぎると、後に述べる処理の過程でガラス化が不十分である可能性がある。
Zeolite is represented by the Natrolite Group represented by Natrolite, Gonnardite, Eddingtonite, etc., the Analsim Group represented by Analsim, Leucite, Yugawara Light, Gismondine, Poringite-K, Philipsite-Ca, etc. Gismondine Group, Chabazite-Ca, Elionite-Na, Hojasite-Na, etc. Chabazite Group, Mordenite, Ferrierite-Mg, Mordenite Group, such as Mutinaite, Hulandite- Naturally produced zeolites such as Ca, clinoptilolite-Na, Stillite-Ca, etc. Synthetic zeolites represented by L, X, Y, Na-P1, ZK-5, ZSM-11, etc. are mentioned, preferably synthetic zeolites with uniform particle size, more preferably silica-alumina mass ratio A, X, etc. have a small difference. If the difference between the mass ratios of silica and alumina is too large, vitrification may be insufficient in the process described later.

(2)酸処理する工程:酸としては、種々の無機酸や有機酸が使用される。例えば、オルトホウ酸、メタホウ酸、三メタホウ酸、次ホウ酸、炭酸、シアン酸イソシアン酸、雷酸、オルトケイ酸、メタケイ酸、硝酸、ペルオキソ硝酸、亜硝酸、ペルオキソ亜硝酸、ニトロキシル酸、次亜硝酸、(オルト)リン酸、二リン酸、三リン酸、ポリリン酸、メタリン酸、三メタリン酸、四メタリン酸、ペルオキソ(一)リン酸、ペルオキソ二リン酸、次リン酸、二リン(III, V)酸、亜リン酸、二亜リン酸、次亜リン酸、ヒ酸、亜ヒ酸、ヘキサヒドロオキソアンチモン酸、硫酸、二硫酸、ペルオキソ(一)硫酸、ペルオキソ二硫酸、チオ硫酸、二チオン酸、亜硫酸、二亜硫酸、チオ亜硫酸、亜二チオン酸、スルホキシル酸、ポリチオン酸、セレン酸、亜セレン酸、(オルト)テルル酸、クロム酸、二クロム酸、過塩素酸、塩素酸(塩酸)、亜塩素酸、次亜塩素酸、臭素酸、亜臭素酸、次亜臭素酸、(オルト)過ヨウ素酸、ヨウ素酸、次亜ヨウ素酸、過マンガン酸、マンガン酸、過テクネチウム、テクネチウム酸、過レニウム酸などの無機酸、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、ピバル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アクリル酸、プロピオール酸、メタクリル酸、クロトン酸、オレイン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トルイル酸、ナフトエ酸、ケイ皮酸、2−フル酸、ニコチン酸、イソニコチン酸などの有機酸、更に、水溶性で水溶液が酸性を示す化合物の水溶液を使用することが可能であり、好ましくは水溶性の塩を形成する塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、ペルオキソ二硫酸、二チオン酸、スルファミン酸、ニトロスルホン酸、ギ酸、酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、スルホン酸などである。これらは、場合に応じて、2種以上を用いてもよい。   (2) Acid treatment step: As the acid, various inorganic acids and organic acids are used. For example, orthoboric acid, metaboric acid, trimetaboric acid, hypoboric acid, carbonic acid, isocyanic acid, thunderic acid, orthosilicic acid, metasilicic acid, nitric acid, peroxonitric acid, nitrous acid, peroxonitrous acid, nitroxyl acid, hyponitrous acid , (Ortho) phosphoric acid, diphosphoric acid, triphosphoric acid, polyphosphoric acid, metaphosphoric acid, trimetaphosphoric acid, tetrametaphosphoric acid, peroxo (mono) phosphoric acid, peroxodiphosphoric acid, hypophosphoric acid, diphosphorus (III, V) Acid, phosphorous acid, diphosphorous acid, hypophosphorous acid, arsenic acid, arsenous acid, hexahydrooxoantimonic acid, sulfuric acid, disulfuric acid, peroxo (mono) sulfuric acid, peroxodisulfuric acid, thiosulfuric acid, two Thionic acid, sulfurous acid, disulfite, thiosulfuric acid, dithionic acid, sulfoxylic acid, polythionic acid, selenic acid, selenious acid, (ortho) telluric acid, chromic acid, dichromic acid, perchloric acid, chloric acid ( Acid), chlorous acid, hypochlorous acid, bromic acid, bromous acid, hypobromous acid, (ortho) periodic acid, iodic acid, hypoiodous acid, permanganic acid, manganic acid, pertechnetium, technetium Acids, inorganic acids such as perrhenic acid, formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, valeric acid, pivalic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, acrylic acid, propiolic acid, methacrylic acid, croton Acid, oleic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, maleic acid, fumaric acid, benzoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, toluic acid, naphthoic acid, cinnamic acid, 2- It is possible to use an organic acid such as fluoric acid, nicotinic acid, and isonicotinic acid, and an aqueous solution of a compound that is water-soluble and the aqueous solution is acidic. Hydrochloric acid to form a sexual salt, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, peroxodisulfuric acid, dithionite, sulfamic acid, nitro acid, and the like formic acid, acetic acid, trichloroacetic acid, trifluoroacetic acid, sulfonic acid. These may use 2 or more types depending on the case.

均質な反応を行うためには、酸の種類にもよるが希釈水溶液の形で用いるのがよく、一般に酸の0.1基底未満であることが好ましい。濃度が高すぎるとシリカ、アルミナの一部が溶解し、細孔構造や粒子形状に影響をおよぼす恐れがある為である。更にこれらの酸に中性塩をくわえておいても良い。また、酸との反応温度としては、0〜100℃であることが好ましい。反応温度が高すぎると再結晶化が起こり、ガラスが得られない可能性がある。   In order to carry out a homogeneous reaction, although it depends on the type of acid, it is preferably used in the form of a dilute aqueous solution, and is generally preferably less than 0.1 base of acid. If the concentration is too high, part of silica and alumina is dissolved, which may affect the pore structure and particle shape. Further, neutral salts may be added to these acids. Moreover, as reaction temperature with an acid, it is preferable that it is 0-100 degreeC. If the reaction temperature is too high, recrystallization may occur and glass may not be obtained.

酸の使用量の目安は、多孔質結晶微小粒子が含有するアルカリ金属酸化物に対するモル比(A2O/H、A:アルカリ金属、H:酸の水素イオン)で0.5〜1.0の範囲が好ましい。酸の使用量が少ない場合には、ガラス化が不十分であったり、不均一となることがある。また、その量が多すぎると、シリカ、アルミナの一部が過剰の酸と反応して溶解し、細孔構造や粒子形状に影響をおよぼす恐れがある。 The standard of the amount of acid used is 0.5 to 1.0 in terms of a molar ratio (A 2 O / H, A: alkali metal, H: acid hydrogen ion) to the alkali metal oxide contained in the porous crystal microparticles. The range of is preferable. If the amount of acid used is small, vitrification may be insufficient or non-uniform. On the other hand, if the amount is too large, part of silica and alumina reacts with an excessive acid and dissolves, which may affect the pore structure and particle shape.

(3)得られた化合物を水熱処理する工程:その後、適当な条件で水熱処理することによって本発明の多孔質ガラス微小粒子を得る。   (3) Hydrothermal treatment of the obtained compound: Thereafter, the porous glass microparticles of the present invention are obtained by hydrothermal treatment under suitable conditions.

水熱処理は、通常、100〜200℃の間で行うことが好ましく、120〜180℃の間であることがより好ましい。処理時間としては、一般的には2〜168時間、好ましくは12〜48時間の範囲から選択すれば適当である。水熱処理温度があまり高すぎたり、処理時間があまり長過ぎたりすると、ガラスからの再結晶化が起こる恐れがある。該処理温度があまり低過ぎたり、処理時間があまり短か過ぎたりすると、ガラス化が不十分である可能性がある。   The hydrothermal treatment is usually preferably performed between 100 and 200 ° C, and more preferably between 120 and 180 ° C. The treatment time is generally selected from the range of 2 to 168 hours, preferably 12 to 48 hours. If the hydrothermal treatment temperature is too high or the treatment time is too long, recrystallization from glass may occur. If the treatment temperature is too low or the treatment time is too short, vitrification may be insufficient.

ただし、こうした問題が生じない原料及び条件を選定するならば、低温の焼成でも十分となる場合があるし、特に、水熱処理を行うことなく酸処理後の段階で、所望の物性を有する多孔質ガラス微小粒子を得ることもできる。   However, if raw materials and conditions that do not cause such problems are selected, even low-temperature firing may be sufficient, and in particular, a porous material having desired physical properties at a stage after acid treatment without performing hydrothermal treatment. Glass microparticles can also be obtained.

本発明を以下実施例によりさらに詳細に説明するが、これはあくまでも本発明を容易に理解するための一助として開示するものであって、これらの実施例によって限定されるものではない。
尚、多孔質ガラス微小粒子の物性評価は以下のようにして実施した。
〔評価項目〕
・組成
走査型電子顕微鏡〔日本電子(株)製〕JSM−5800LVを用いて15kVで観察を行った際に、接続したエネルギー分散型X線分析装置〔日本電子(株)製〕JED−2110を用いて測定を行い、組成を決定した。
・(%X線回折強度/参照物質)
X線回折装置〔理学電機(株)製〕RINT2200を用い、40kV/40mAで発生させたCuKα線を使用し、発散スリット角1度、発散縦制限スリット10mm、散乱スリット1.25mm、受光スリット0.3mm、スキャンスピード2度/分、サンプリング幅0.02度の条件で測定を行った。非晶質性はASTM(American Society for Testing and Materials)D3906に準拠して、合成手順中、酸処理において使用する多孔質結晶微小粒子を参照物質として算出した。(%X線回折強度/参照物質)の算出に用いた結晶反射ピークは15°〜35°/2θの範囲に測定された強度の大きい4ピークを使用した。参照物質についてはバックグラウンドを除いたカウント数の和を求めて積分反射強度SRとした。次いで最終的に得られる多孔質ガラス微小粒子について同様にしてピーク強度を求めてこれをSXとして、次式より非晶質度を見積もった。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, which are disclosed as an aid for easily understanding the present invention, and are not limited to these examples.
The physical properties of the porous glass microparticles were evaluated as follows.
〔Evaluation item〕
When a composition scanning electron microscope [manufactured by JEOL Ltd.] JSM-5800LV was used for observation at 15 kV, the connected energy dispersive X-ray analyzer [manufactured by JEOL Ltd.] JED-2110 Was used to make measurements and determine the composition.
・ (% X-ray diffraction intensity / reference substance)
X-ray diffractometer [manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.] Using RINT2200, CuKα rays generated at 40 kV / 40 mA are used, the divergence slit angle is 1 degree, the divergence longitudinal limiting slit is 10 mm, the scattering slit is 1.25 mm, and the light receiving slit is 0 The measurement was performed under the conditions of 3 mm, a scanning speed of 2 degrees / minute, and a sampling width of 0.02 degrees. The amorphousness was calculated according to ASTM (American Society for Testing and Materials) D3906, using the porous crystal microparticles used in the acid treatment as a reference substance during the synthesis procedure. As the crystal reflection peak used for the calculation of (% X-ray diffraction intensity / reference substance), four peaks having a high intensity measured in the range of 15 ° to 35 ° / 2θ were used. For the reference material was integrated reflection intensity S R seeking the sum of the number of counts excluding the background. Next, the peak strength of the porous glass fine particles finally obtained was obtained in the same manner, and this was designated as S X , and the degree of amorphousness was estimated from the following formula.

(%X線回折強度/参照物質)=(SX)/(SR)×100
・細孔径分布および細孔容積
細孔分布および細孔容積は、細孔分布測定装置〔日本ベル(株)製〕BELSORP 28SAを用いて窒素吸着等温線を作成して評価した。窒素吸着等温線の作成は、次のようにした。すなわち、ガラス製のサンプル管に試料を入れ、真空ラインに接続し、300℃で約12時間脱気して10-4mmHgとした。サンプル管を液体窒素に漬け、真空ライン部に所定圧の窒素ガスを導入し、圧力が安定した後、サンプル管のコントロールバルブを開き、圧力が一定になった後、平衡圧(平衡圧が0〜760mmHgの範囲で22〜28点同じ操作を繰り返した)を記録した。この平衡圧と圧力変化から求めた窒素吸着量をプロットすることにより、窒素吸着等温線を作成した。本明細書中の細孔分布および細孔容積は、窒素吸着等温線からD−H法(Dollimore and Heal. J. Appl. Chem., Vol.14, p109, 1964)により求めたものである。
(% X-ray diffraction intensity / reference substance) = (S X ) / (S R ) × 100
-Pore diameter distribution and pore volume The pore distribution and the pore volume were evaluated by creating a nitrogen adsorption isotherm using a pore distribution measuring apparatus (manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.) BELSORP 28SA. The nitrogen adsorption isotherm was created as follows. That is, the sample was put in a glass sample tube, connected to a vacuum line, and degassed at 300 ° C. for about 12 hours to 10 −4 mmHg. Immerse the sample tube in liquid nitrogen, introduce nitrogen gas at a predetermined pressure into the vacuum line, and after the pressure is stabilized, open the control valve of the sample tube, and after the pressure becomes constant, the equilibrium pressure (equilibrium pressure is 0 The same operation was repeated 22 to 28 points in a range of ˜760 mmHg). A nitrogen adsorption isotherm was created by plotting the nitrogen adsorption amount obtained from the equilibrium pressure and the pressure change. The pore distribution and pore volume in the present specification are determined from the nitrogen adsorption isotherm by the DH method (Dollimore and Heal. J. Appl. Chem., Vol. 14, p109, 1964).

細孔分布がシャープであることを表現する手段としては、特願平11−356672の方法に準拠し、上記方法で求めた細孔分布曲線の極大ピークを示す細孔直径で表される中
心細孔径と、細孔分布曲線において細孔径1〜100nmの領域にある細孔の容積(細孔容積)を使用した。すなわち、本発明に係る多孔質ガラス微小粒子の多孔性は、細孔容積と細孔容積のうちのどれだけの割合(%)が、上記1〜50nmの範囲に存在する細孔の中心細孔径の±2nm以内の領域にあるかで表現する。細孔容積が大きいほど吸着特性に優れ、中心細孔径±2nmの細孔容積割合(%)が大であるほど、その中心細孔径の近傍に高度に細孔が集中し、細孔分布がシャープとなり、これを各種ガス、イオン、あるいは有機分子等の吸着操作、分離操作に供した場合、これら操作において優れた選択性が発揮され、操作効率のアップにつながることを示唆している。
・粒子径
走査型電子顕微鏡〔日本電子(株)製〕JSM−5800LVを用いて加速電圧15kVで観察を行い、得られた写真像から代表的な粒子100個を選んで、スケールを用いて粒子像のMartin径(Martin. Trans. Brit. Ceram. Soc., Vol.23, p61, 1923)を測定して一次粒子径とし、その平均値を平均粒子径とした。
・粒子形態
前記走査型電子顕微鏡の測定で得られた写真像から、酸処理および水熱処理を行った後の粒子形態を行う前の粒子形態と比較することで評価した。
As a means for expressing that the pore distribution is sharp, it is based on the method of Japanese Patent Application No. 11-356672, and the center fine diameter expressed by the pore diameter indicating the maximum peak of the pore distribution curve obtained by the above method is used. The pore diameter and pore volume (pore volume) in the pore diameter region of 1 to 100 nm in the pore distribution curve were used. That is, the porosity of the porous glass microparticles according to the present invention is such that the ratio (%) of the pore volume and the pore volume is the center pore diameter of the pores in the range of 1 to 50 nm. It is expressed by whether it is within the range of ± 2 nm. The larger the pore volume, the better the adsorption characteristics, and the larger the pore volume ratio (%) of the central pore diameter ± 2 nm, the higher the concentration of pores near the central pore diameter, and the sharper the pore distribution. Therefore, when this is subjected to adsorption operation and separation operation of various gases, ions, organic molecules, etc., it is suggested that excellent selectivity is exhibited in these operations, leading to an increase in operation efficiency.
・ Particle size Scanning electron microscope [manufactured by JEOL Ltd.] JSM-5800LV is used for observation at an acceleration voltage of 15 kV, and 100 representative particles are selected from the obtained photographic image, and particles are obtained using a scale. The Martin diameter of the image (Martin. Trans. Brit. Ceram. Soc., Vol. 23, p61, 1923) was measured to obtain the primary particle diameter, and the average value was taken as the average particle diameter.
-Particle form It evaluated by comparing with the particle form before performing the particle form after performing an acid treatment and hydrothermal treatment from the photographic image obtained by the measurement of the said scanning electron microscope.

◎:変化が全く認められないもの
○:形態はほぼとどめているが、表面が変化しているもの
×:形態をほとんどとどめていないもの
(実施例1)多孔質結晶微小粒子として図2に示したような市販の合成ゼオライトA−4粉末(和光純試薬工業(株)製)を使用した。100mlのビーカーに36パーセント塩酸0.3gと蒸留水50gを入れ、得られた多孔質結晶微小粒子0.5gを投入した。室温で10分間攪拌した。反応終了後、濾過を行い、得られた固形物を蒸留水で洗浄した後、再び濾過を行った。次いで、蒸留水50gをフッ素樹脂容器に入れて蓋をし、それら全体をステンレス鋼容器に入れて密閉し、オーブン中で150℃、24時間加熱を行った。処理後、濾過、洗浄を繰り返し、30℃で24時間乾燥して粉末を得た。得られた試料を前記物性評価に供した。結果を表1および図3に示す。
◎: No change is observed at all ○: The shape is almost unchanged but the surface is changed ×: The shape is hardly changed (Example 1) As shown in FIG. A commercially available synthetic zeolite A-4 powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used. A 100 ml beaker was charged with 0.3 g of 36 percent hydrochloric acid and 50 g of distilled water, and 0.5 g of the resulting porous crystal microparticles were added. Stir at room temperature for 10 minutes. After completion of the reaction, filtration was performed, and the obtained solid was washed with distilled water and then filtered again. Next, 50 g of distilled water was put in a fluororesin container, covered, and the whole was put in a stainless steel container and sealed, and heated in an oven at 150 ° C. for 24 hours. After the treatment, filtration and washing were repeated and dried at 30 ° C. for 24 hours to obtain a powder. The obtained sample was subjected to the physical property evaluation. The results are shown in Table 1 and FIG.

(実施例2)多孔質結晶微小粒子として市販の合成ゼオライトF−9粉末(和光純試薬工業(株)製)を使用した以外は実施例1と同様にして合成を行った。得られた粉末の物性評価の結果を表1および図4に示す。   (Example 2) Synthesis was performed in the same manner as in Example 1 except that a commercially available synthetic zeolite F-9 powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as the porous crystalline fine particles. The results of physical property evaluation of the obtained powder are shown in Table 1 and FIG.

(実施例3)多孔質結晶微小粒子として市販の合成ゼオライトA−4粉末(和光純試薬工業(株)製)を使用し、酸処理において0.3gの塩酸の代わりに0.3gの塩化アルミニウム六水和物を使用した以外は実施例1と同様にして合成を行った。得られた粉末の物性評価の結果を表1および図5に示す。   (Example 3) Commercially available synthetic zeolite A-4 powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as porous crystal microparticles, and 0.3 g of aluminum chloride was used instead of 0.3 g of hydrochloric acid in the acid treatment. The synthesis was performed in the same manner as in Example 1 except that hexahydrate was used. The results of physical property evaluation of the obtained powder are shown in Table 1 and FIG.

(比較例1)多孔質結晶微小粒子として市販の合成ゼオライトA−4粉末(和光純試薬工業(株)製)を使用し、酸処理を行った後、水熱処理を行わない以外は実施例1と同様にして合成を行った。得られた粉末をX線回折装置で測定した結果、ガラス化がみられたが、結晶性ピークがわずかに認められ、窒素ガス吸着量を測定した結果、図6に示したようにメソ細孔を示す明瞭なピークはみられなかった。   (Comparative Example 1) Example 1 except that commercially available synthetic zeolite A-4 powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as the porous crystalline microparticles, and after acid treatment, hydrothermal treatment was not performed. The synthesis was carried out in the same manner as above. As a result of measuring the obtained powder with an X-ray diffractometer, although vitrification was observed, a slight crystalline peak was observed, and the amount of nitrogen gas adsorbed was measured. As a result, as shown in FIG. The clear peak which shows was not seen.

本発明は、1〜50nmの範囲の中心細孔径を有し、かつシャープな細孔分布を有する、特有な細孔分布特性を有してなる多孔質ガラス微小粒子を提供するものであり、ガス、イオン、有機分子など各種成分に対して選択的吸着剤・分離剤として機能することを始め、触媒ないしは触媒担体や、化粧品、樹脂フィラーなどの分野等において有用な材料として使用されることが期待される。   The present invention provides porous glass microparticles having a characteristic pore distribution characteristic having a central pore diameter in the range of 1 to 50 nm and having a sharp pore distribution, It is expected to be used as a useful material in fields such as a catalyst or catalyst carrier, cosmetics, resin filler, etc., as well as functioning as a selective adsorbent / separator for various components such as ions and organic molecules. Is done.

本発明の多孔質ガラス微小粒子の製造に用いる反応容器断面の概念図Conceptual diagram of a cross section of a reaction vessel used for production of porous glass microparticles of the present invention 実施例1において用いた合成ゼオライトA−4の走査型電子顕微鏡像。The scanning electron microscope image of the synthetic zeolite A-4 used in Example 1. 実施例1において合成された多孔質ガラス微小粒子の細孔径分布を示す図。FIG. 3 is a graph showing a pore size distribution of porous glass microparticles synthesized in Example 1. 実施例2において合成された多孔質ガラス微小粒子の細孔径分布を示す図。The figure which shows the pore size distribution of the porous glass microparticle synthesize | combined in Example 2. FIG. 実施例3において合成された粒子の細孔径分布を示す図。FIG. 5 is a graph showing the pore size distribution of particles synthesized in Example 3. 比較例1において合成された粒子の細孔径分布を示す図。The figure which shows the pore size distribution of the particle | grains synthesize | combined in the comparative example 1.

符号の説明Explanation of symbols

1フッ素樹脂容器
2蒸留水
3酸と反応させた後のゼオライト
4ステンレス鋼容器
1 Fluororesin container 2 Distilled water 3 Zeolite after reacting with acid 4 Stainless steel container

Claims (11)

(A)シリカ、(B)アルミナ、(C)アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属
を主成分とする非晶質物質であり、中心細孔径が1〜50nmの範囲にあり、細孔容積が
、ガラス粒子細孔分布曲線で示される1〜100nmの細孔径における細孔容積で50m
/g以上であり、細孔容積の70%以上が中心細孔径の±2nmの範囲に分布してい
る多孔質ガラス微小粒子。
(A) Silica, (B) Alumina, (C) An amorphous substance mainly composed of alkali metal and / or alkaline earth metal, having a central pore diameter in the range of 1 to 50 nm and a pore volume.
The pore volume at a pore diameter of 1 to 100 nm shown by the glass particle pore distribution curve is 50 m.
m 3 / g or more, Ru <br/> have more than 70% of the pore volume is distributed in the range of ± 2 nm of the median pore diameter porous glass microparticles.
(A)シリカを30〜70質量%、(B)アルミナを30〜60質量%、(C)アルカ
リ金属および/またはアルカリ土類金属を0〜10質量%含有することを特徴とする請求
項1記載の多孔質ガラス微小粒子。
2. (A) 30 to 70% by mass of silica, (B) 30 to 60% by mass of alumina, and (C) 0 to 10% by mass of alkali metal and / or alkaline earth metal. The porous glass microparticle described.
CuのKα線をX線源とする粉末X線回折において、2θ値で15°〜35°の範囲に
少なくとも1つの非晶質ハロー図形を示すことを特徴とする請求項1又は2のいずれかに
記載の多孔質ガラス微小粒子。
3. The powder X-ray diffraction using Cu Kα ray as an X-ray source exhibits at least one amorphous halo figure in a range of 15 ° to 35 ° as a 2θ value. Porous glass microparticles as described in 1.
CuのKα線をX線源とする粉末X線回折において、ASTM(American Society for
Testing and Materials)D 3906に準拠した(%X線回折強度/参照物質)値が5
%以下であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の多孔質ガラス微
小粒子。
In powder X-ray diffraction using Cu Kα ray as an X-ray source, ASTM (American Society for
Testing and Materials) D 3906 (% X-ray diffraction intensity / reference substance) value is 5
The porous glass microparticle according to any one of claims 1 to 3, wherein the porous glass microparticle is 1% or less.
前記多孔質ガラス微小粒子の粒子径が0.1〜500μmである請求項1ないしのい
ずれか1項に記載の多孔質ガラス微小粒子。
The porous glass microparticle according to any one of claims 1 to 4 , wherein a particle diameter of the porous glass microparticle is 0.1 to 500 µm.
前記多孔質ガラス微小粒子の形状が非球形多形構造を有していることを特徴とする請求
項1ないしのいずれか1項に記載の多孔質ガラス微小粒子。
The porous glass microparticle according to any one of claims 1 to 5 , wherein the shape of the porous glass microparticle has a non-spherical polymorphic structure.
前記非球形多形構造が立方体を呈した構造であることを特徴とする請求項に記載の多
孔質ガラス微小粒子。
The porous glass microparticle according to claim 6 , wherein the non-spherical polymorphic structure has a cubic structure.
前記非球形多形構造が八面体を呈した構造であることを特徴とする請求項に記載の多孔
質ガラス微小粒子。
The porous glass microparticle according to claim 6 , wherein the non-spherical polymorphic structure is an octahedral structure.
(1)結晶性の多孔質アルミノケイ酸塩を酸処理する工程、(2)得られた化合物を水
熱処理する工程からなる請求項1ないしのいずれか1項に記載の多孔質ガラス微小粒子
の製造方法。
(1) The step of acid-treating crystalline porous aluminosilicate , (2) The step of hydrothermally treating the obtained compound, The porous glass microparticle according to any one of claims 1 to 8 Production method.
前記(1)の酸処理工程を、酸濃度0.1規定未満、処理温度100℃以下条件で行
うことを特徴とした請求項記載の多孔質ガラス微小粒子の製造方法。
The acid treatment step (1), the acid concentration of 0.1 lower than the specified method for producing a porous glass fine particles according to claim 9, was characterized by performing the following conditions treatment temperature 100 ° C..
前記(2)の水熱処理工程を、100〜300℃の温度条件で行うことを特徴とした請求
記載の多孔質ガラス微小粒子の製造方法。
The method for producing porous glass microparticles according to claim 9, wherein the hydrothermal treatment step (2) is performed under a temperature condition of 100 to 300 ° C.
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