JP7479673B2 - Hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite compositions - Google Patents
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Description
本発明は、ハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物に関する。 The present invention relates to hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite compositions.
口腔内細菌が歯に堆積することで歯垢(デンタルプラーク)が形成されると、細菌が歯肉を炎症させ、歯と歯肉の間の上皮付着を破壊することで、歯周ポケットが発生し、ポケット底部に歯周病原性グラム陰性嫌気性菌が存在するようになり、口腔内の含硫アミノ酸であるメチオニン、システイン等が分解され、硫化水素、メチルメルカプタン、ジメチルスルフィド等の揮発性硫黄化合物(VSC:Volatile Sulfer Compounds)が発生する。揮発性硫黄化合物(VSC)には強い忌避感があり、口臭の指標物質となっている。また、揮発性硫黄化合物(VSC)濃度が高くなると、歯肉組織の破壊、歯周病の悪化、虫歯の再発、虫歯治療に用いる補綴材の黒化等が発生する。 When oral bacteria accumulate on the teeth and form dental plaque, the bacteria inflame the gums and destroy the epithelial attachment between the teeth and gums, forming periodontal pockets, at the bottom of which periodontal pathogenic gram-negative anaerobic bacteria are present. Sulfur-containing amino acids in the oral cavity, such as methionine and cysteine, are broken down, generating volatile sulfur compounds (VSCs) such as hydrogen sulfide, methyl mercaptan, and dimethyl sulfide. Volatile sulfur compounds (VSCs) have a strong repellent effect and are indicators of bad breath. Furthermore, when the concentration of volatile sulfur compounds (VSCs) becomes high, it can cause destruction of gingival tissue, worsening of periodontal disease, recurrence of cavities, and blackening of prosthetic materials used in cavities treatment.
このため、口腔内の揮発性硫黄化合物(VSC)濃度を減少させ,歯周ポケットが改善されることが口臭改善に有効であるが、揮発性硫黄化合物(VSC)を吸着及び除去できる材料は市販品には見当たらない。このため、揮発性硫黄化合物(VSC)を吸着し消臭する要望は高い。例えば、特許文献1では、硫酸ヒドロキシルアミンと有機ヒドラジド化合物と、酸化亜鉛とスメクタイトの混合物にハイドロタルサイトを含有させたものが硫化水素に対する吸着性(消臭性)を有するという報告がされている。
For this reason, reducing the concentration of volatile sulfur compounds (VSCs) in the oral cavity and improving periodontal pockets is effective in improving bad breath, but there are no commercially available materials that can adsorb and remove volatile sulfur compounds (VSCs). For this reason, there is a high demand for materials that can adsorb and deodorize volatile sulfur compounds (VSCs). For example,
ところで、ハイドロタルサイト化合物は、アニオン交換機能を有する層状複水酸化物であり、例えば、一般式(1):
[M1
2+
1-xM2
3+
x(OH)2][(An-)x/n・mH2O] (1)
[式中、M1は2価金属を示す。M2は3価金属を示す。0<x<1を示す。An-は陰イオンを示す。nは1又は2を示す。mは1以上の整数を示す。]
で表される組成を有する。
Meanwhile, the hydrotalcite compound is a layered double hydroxide having an anion exchange function, and is represented, for example, by the general formula (1):
[M 1 2+ 1−x M 2 3+ x (OH) 2 ][(A n− ) x / n mH 2 O] (1)
[In the formula, M1 represents a divalent metal, M2 represents a trivalent metal, 0<x<1, A n- represents an anion, n represents 1 or 2, and m represents an integer of 1 or more.]
It has a composition represented by the formula:
例えば、M1として亜鉛を採用したハイドロタルサイト化合物は、さまざまな局面で吸着剤として利用されている。 For example, hydrotalcite compounds employing zinc as M1 are used as adsorbents in various situations.
口臭除去剤として、液相中の揮発性硫黄化合物(VSC)をハイドロタルサイトに吸着させるという報告もある(例えば、特許文献2参照)。ここでは、M1 2+としてMgが選ばれた例が開示されている。 There is also a report that volatile sulfur compounds (VSCs) in a liquid phase are adsorbed onto hydrotalcite as a breath freshener (see, for example, Patent Document 2). In this document, an example is disclosed in which Mg is selected as M 1 2+ .
特許文献1を参照すると、硫化水素等の揮発性硫黄化合物は、吸着剤(結果として消臭剤ともいえる。)の需要があるが、吸着性の高いものは得られていないという現状がある。
Referring to
一方、特許文献2では、水中の揮発性硫黄化合物をよく吸着するハイドロタルサイトが紹介されている。しかし、これはハイドロタルサイトを合成した後、さらに加熱したハイドロタルサイト[Mg2+
1-xAl3+
x(OH)2][(CO3
2-)x/2]である。この場合、水中の揮発性硫黄化合物を吸着させるには、層構造を解消させるために500℃という高温での熱処理も必要であった。
On the other hand,
それに対して、特許文献3には、以下の組成式:
[Zn2+
1-xAl3+
x(OH)2][(CO3
2-)x/2・mH2O]
を有するハイドロタルサイト化合物が、熱処理を行うことなく、液相中の揮発性硫黄化合物を吸着することができることが報告されており、マウスガード等への適用が検討されている。
In contrast,
[Zn2 + 1- xAl3 + x (OH) 2 ][( CO32- ) x/ 2.mH2O ]
It has been reported that a hydrotalcite compound having the above structure can adsorb volatile sulfur compounds in a liquid phase without heat treatment, and its application to mouth guards and the like is being investigated.
上記特許文献3によれば、熱処理を行うことなく、液相中の揮発性硫黄化合物を良好に吸着することができる。ただし、吸着開始直後の揮発性硫黄化合物の吸着性能には改善の余地があった。特に、練歯磨剤等の口腔用組成物として使用する場合には、長時間の歯磨きをすることは現実的ではないため、吸着開始直後の揮発性硫黄化合物の吸着性能は重要である。
According to
本発明は、上記のような課題を解決しようとするものであり、高温での熱処理を行うことなく、液相中の揮発性硫黄化合物を良好に吸着することができ、且つ、吸着開始直後の揮発性硫黄化合物の吸着性能に優れた材料を提供することを目的とする。 The present invention aims to solve the above problems by providing a material that can effectively adsorb volatile sulfur compounds in a liquid phase without performing heat treatment at high temperatures, and that has excellent adsorption performance for volatile sulfur compounds immediately after the start of adsorption.
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねてきた結果、2価の亜鉛イオン及び3価のアルミニウムイオンを含むハイドロタルサイト化合物を含むハイドロタルサイトナノ粒子の結晶子径を1~20nmに調整することで、上記課題を解決することができることを見出した。なお、上記のような結晶子径は、界面活性剤を使用することで1~20nmに調整することが可能である。本発明者は、以上の知見をもとにさらに研究を重ね、本発明を完成した。即ち、本発明は、以下の構成を包含する。 As a result of intensive research conducted by the present inventors to achieve the above object, the present inventors have found that the above problem can be solved by adjusting the crystallite size of hydrotalcite nanoparticles containing a hydrotalcite compound containing divalent zinc ions and trivalent aluminum ions to 1 to 20 nm. The above-mentioned crystallite size can be adjusted to 1 to 20 nm by using a surfactant. Based on the above findings, the present inventors conducted further research and completed the present invention. That is, the present invention includes the following configurations.
項1.2価の亜鉛イオン及び3価のアルミニウムイオンを含むハイドロタルサイト化合物を含有し、結晶子径が1~20nmである、ハイドロタルサイトナノ粒子を含有する、液相中の揮発性硫黄化合物吸着剤。
項2.前記ハイドロタルサイト化合物が、一般式(1):
[Zn2+
1-xAl3+
x(OH)2][(An-)x/n・mH2O] (1)
[式中、0<x<1を示す。An-は陰イオンを示す。nは1又は2を示す。mは1以上の整数を示す。]
で表される組成を有する、項1に記載の液相中の揮発性硫黄化合物吸着剤。
[Zn2 + 1- xAl3 + x (OH) 2 ][(A n- ) x/n mH2O ] (1)
[In the formula, 0<x<1. A n- represents an anion. n represents 1 or 2. m represents an integer of 1 or more.]
項3.前記xが0.2~0.6である、項2に記載の液相中の揮発性硫黄化合物吸着剤。
項4.ハイドロタルサイトナノ粒子が、粒度分布において、少なくとも、極大粒子径が0.30~0.45μmであるピーク、及び極大粒子径が7.50~12.00μmであるピークを有する、項1~3のいずれか1項に記載の液相中の揮発性硫黄化合物吸着剤。
項5.2価の亜鉛イオン及び3価のアルミニウムイオンを含むハイドロタルサイト化合物と、界面活性剤とを含有する、ハイドロタルサイト組成物を含有する、液相中の揮発性硫黄化合物吸着剤。
項6.前記ハイドロタルサイト化合物が、一般式(1):
[Zn2+
1-xAl3+
x(OH)2][(An-)x/n・mH2O] (1)
[式中、0<x<1を示す。An-は陰イオンを示す。nは1又は2を示す。mは1以上の整数を示す。]
で表される組成を有する、項5に記載の液相中の揮発性硫黄化合物吸着剤。
[Zn2 + 1- xAl3 + x (OH) 2 ][(A n- ) x/n mH2O ] (1)
[In the formula, 0<x<1. A n- represents an anion. n represents 1 or 2. m represents an integer of 1 or more.]
項7.前記xが0.2~0.6である、項5又は6に記載の液相中の揮発性硫黄化合物吸着剤。
項8.前記ハイドロタルサイト組成物の総量を100質量%として、前記ハイドロタルサイト化合物の含有量が90.0~99.9質量%である、項5~7のいずれか1項に記載の液相中の揮発性硫黄化合物吸着剤。
項9.項1~8のいずれか1項に記載の液相中の揮発性硫黄化合物吸着剤を含有する、口臭除去剤。
項10.項1~8のいずれか1項に記載の液相中の揮発性硫黄化合物吸着剤の製造方法であって、
亜鉛塩及びアルミニウム塩を含む水溶液と、界面活性剤を含む水溶液とを混合する工程
を備える、製造方法。
A manufacturing method comprising a step of mixing an aqueous solution containing a zinc salt and an aluminum salt with an aqueous solution containing a surfactant.
項11.前記界面活性剤が、アニオン性界面活性剤及び/又はカチオン性界面活性剤である、項10に記載の製造方法。
Item 11. The method according to
項12.前記界面活性剤を含む水溶液が、さらに、オキソ酸塩を含む、項10又は11に記載の製造方法。
項13.前記混合工程において、混合中にpHが9~12となるように調整する、項10~12のいずれか1項に記載の製造方法。
Item 13. The method according to any one of
項14.前記混合工程の後、混合後の水溶液を攪拌する工程を備える、項10~13のいずれか1項に記載の製造方法。
項15.液相中の揮発性硫黄化合物の吸着方法であって、
液相中で、液相中の揮発性硫黄化合物と、項1~8のいずれか1項に記載の液相中の揮発性硫黄化合物吸着剤とを接触させる工程
を備える、方法。
A method comprising a step of contacting, in a liquid phase, volatile sulfur compounds in the liquid phase with the adsorbent for volatile sulfur compounds in the liquid phase according to any one of
項16.前記接触工程が、0~50℃で行われる、項15に記載の方法。
本発明によれば、高温での熱処理を行うことなく、液相中の揮発性硫黄化合物を良好に吸着することができ、且つ、吸着開始直後の揮発性硫黄化合物の吸着性能に優れた材料を提供することができる。 The present invention provides a material that can effectively adsorb volatile sulfur compounds in a liquid phase without performing heat treatment at high temperatures, and that has excellent adsorption performance for volatile sulfur compounds immediately after the start of adsorption.
本明細書において、「含有」は、「含む(comprise)」、「実質的にのみからなる(consist essentially of)」、及び「のみからなる(consist of)」のいずれも包含する概念である。また、本明細書において、数値範囲を「A~B」で示す場合、A以上B以下を意味する。 In this specification, "containing" is a concept that encompasses all of "comprise," "consist essentially of," and "consist of." In addition, in this specification, when a numerical range is indicated as "A to B," it means A or more and B or less.
1.ハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物
本発明のハイドロタルサイトナノ粒子は、2価の亜鉛イオン及び3価のアルミニウムイオンを含むハイドロタルサイト化合物を含有し、結晶子径が1~20nmである。
1. Hydrotalcite Nanoparticles and Hydrotalcite Composition The hydrotalcite nanoparticles of the present invention contain a hydrotalcite compound containing divalent zinc ions and trivalent aluminum ions, and have a crystallite size of 1 to 20 nm.
また、本発明のハイドロタルサイト組成物は、2価の亜鉛イオン及び3価のアルミニウムイオンを含むハイドロタルサイト化合物と、界面活性剤とを含有する。 The hydrotalcite composition of the present invention also contains a hydrotalcite compound containing divalent zinc ions and trivalent aluminum ions, and a surfactant.
(1-1)ハイドロタルサイト化合物
ハイドロタルサイト化合物は、層間のアニオン交換によりインターカレーションを生じる。アニオン交換とは,例えば、アニオンを含む溶液にハイドロタルサイト化合物を浸すことにより、ハイドロタルサイトナノ化合物自らが有するアニオンを放出し、溶液中のアニオンを自身へ取り込む現象である。また、ハイドロタルサイト化合物を加熱処理することによりアニオンを脱離させることができる。
(1-1) Hydrotalcite Compounds Hydrotalcite compounds undergo intercalation due to anion exchange between layers. Anion exchange is a phenomenon in which, for example, by immersing a hydrotalcite compound in a solution containing anions, the hydrotalcite nano-compound releases the anions it possesses and takes in the anions in the solution. In addition, the anions can be released by heat-treating the hydrotalcite compound.
代表的な揮発性硫黄化合物(VSC)である硫化水素は、
H2S ⇔ H+ + HS-
HS- ⇔ H+ + S2-
にしたがって解離する。
Hydrogen sulfide, a typical volatile sulfur compound (VSC), is
H2S ⇔ H ++ HS-
HS - ⇔H ++ S2-
It dissociates according to.
中性付近では、遊離H2S及びHS-がほとんどを占める。ハイドロタルサイト化合物は、HS-は層間のアニオンとの交換により吸着し、遊離H2Sは層間水との交換により吸着する。 Near neutrality, free H 2 S and HS - account for most of the species. Hydrotalcite compounds adsorb HS - through exchange with interlayer anions, and adsorb free H 2 S through exchange with interlayer water.
ハイドロタルサイト化合物への硫化物の吸着のメカニズムは解明されていないが、本発明者の先行研究から、ハイドロタルサイト化合物への硫化物の吸着量はハイドロタルサイト化合物のホスト層を構成する金属原子と硫化物の親和性に依存することが理解できる。また、亜鉛は硫黄と化合しやすい性質を持つ親銅元素と呼ばれる元素であり、硫化物との親和性が高い。 Although the mechanism by which sulfides are adsorbed onto hydrotalcite compounds has not been elucidated, previous research by the inventors has revealed that the amount of sulfides adsorbed onto hydrotalcite compounds depends on the affinity between the metal atoms that make up the host layer of the hydrotalcite compound and the sulfides. In addition, zinc is an element known as a chalcophile, which has the property of easily combining with sulfur, and has a high affinity for sulfides.
硫黄と結合しやすい金属として、亜鉛のほか、鉄、銅、モリブデン、水銀、鉛等が知られているが、口腔中での使用を想定すると使用できる金属元素は限られる。亜鉛を含むハイドロタルサイト化合物は白色であり、審美的にも望ましい。三価のカチオンとして、鉄及びクロムもあるが、口腔内使用のため、鉄及びアルミニウムに限定される。鉄は価数制御が難しく、着色するがアルミニウムは白色であり、体内に万一溶出しても99%以上体外に排出され、暫定耐容週間摂取量2mg/kg体重/週(JECFA)を満たす懸念はない。 In addition to zinc, iron, copper, molybdenum, mercury, and lead are known to be metals that easily bind with sulfur, but the metal elements that can be used are limited when considering use in the oral cavity. Hydrotalcite compounds containing zinc are white, which is also aesthetically pleasing. Trivalent cations include iron and chromium, but because they are used in the oral cavity, they are limited to iron and aluminum. The valence of iron is difficult to control and it becomes discolored, but aluminum is white, and even if it does leach into the body, more than 99% of it is excreted, so there is no concern that it will meet the provisional tolerable weekly intake of 2 mg/kg body weight/week (JECFA).
このため、本発明のハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物が有するハイドロタルサイト化合物は、一般式(1):
[Zn2+
1-xAl3+
x(OH)2][(An-)x/n・mH2O] (1)
[式中、0<x<1を示す。An-は陰イオンを示す。nは1又は2を示す。mは1以上の整数(例えば1~10の整数)を示す。]
で表される組成を有することが好ましい。
For this reason, the hydrotalcite compound contained in the hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite composition of the present invention is represented by the general formula (1):
[Zn2 + 1- xAl3 + x (OH) 2 ][(A n- ) x/n mH2O ] (1)
[In the formula, 0<x<1. A n- represents an anion. n represents 1 or 2. m represents an integer of 1 or more (for example, an integer from 1 to 10).]
It is preferable that the composition is represented by the following formula:
このハイドロタルサイト化合物は、Zn2+ 1-xAl3+ x(OH)2で表され正電荷を帯びた八面体層からなるホスト層と、正電荷を補償する陰イオンと層間水とからなり(An-)x/n・mH2Oで表されるゲスト層と、が交互に積層したハイドロタルサイト構造を有していることが好ましい。 This hydrotalcite compound preferably has a hydrotalcite structure in which a host layer composed of a positively charged octahedral layer represented by Zn2 + 1- xAl3 + x (OH) 2 and a guest layer composed of anions compensating for the positive charge and interlayer water represented by ( An- ) x/n.mH2O are alternately laminated.
このハイドロタルサイト化合物においては、アルミニウムイオンに対する亜鉛イオンのモル比(亜鉛イオン/アルミニウムイオン)は、揮発性硫黄化合物(VSC)吸着速度、揮発性硫黄化合物(VSC)吸着性能等の観点から、0.7~4が好ましく、1.8~3がより好ましい。つまり、一般式(1)におけるxは0.2~0.6が好ましく、0.25~0.35がより好ましい。 In this hydrotalcite compound, the molar ratio of zinc ions to aluminum ions (zinc ions/aluminum ions) is preferably 0.7 to 4, and more preferably 1.8 to 3, from the viewpoints of the volatile sulfur compound (VSC) adsorption rate and volatile sulfur compound (VSC) adsorption performance. In other words, x in general formula (1) is preferably 0.2 to 0.6, and more preferably 0.25 to 0.35.
このハイドロタルサイト化合物では、ゲスト層の陰イオンAn-は、どのような陰イオンでも採用できるが、例えば、CO3 2-、NO3 -、SO4 2-、PO4 3-、B2O5 4-等のオキソ酸イオン等を採用することができる。特に、電子密度の高いアニオンが層間で安定であり、CO3 2-は最も安定である。 In this hydrotalcite compound, the anion A n- of the guest layer can be any anion, for example, an oxoacid ion such as CO 3 2- , NO 3 - , SO 4 2- , PO 4 3- , or B 2 O 5 4- . In particular, anions with high electron density are stable between layers, and CO 3 2- is the most stable.
なお、このハイドロタルサイト化合物は、例えば、沈殿剤として炭酸ナトリウムを用いる場合には、陰イオンAn-として炭酸イオンCO3
2-を残存させることができる。このとき、ハイドロタルサイト化合物は一般式(2):
[Zn2+
1-xAl3+
x(OH)2][(An-)y・(CO3
2-)z・mH2O] (2)
[式中、0<x<1を示し、x=yn+2zである。An-は陰イオンを示す。nは1又は2を示す。mは1以上の整数(例えば1~10の整数)を示す。]
で表される組成を有し、ゲスト層は(An-)y・(CO3
2-)z・mH2Oとすることができる。この際、炭酸イオン以外の陰イオンを含まない場合、つまり、yが0の場合は、ゲスト層は(CO3
2-)x/2・mH2Oとすることができる。
In addition, when sodium carbonate is used as a precipitant, the hydrotalcite compound can leave carbonate ions CO 3 2− as anions A n− . In this case, the hydrotalcite compound is represented by the general formula (2):
[Zn2 + 1- xAl3 + x (OH) 2 ][(A n- ) y . ( CO32- ) z.mH2O ] (2)
[In the formula, 0<x<1 and x=yn+2z. A n- represents an anion. n represents 1 or 2. m represents an integer of 1 or more (for example, an integer from 1 to 10).]
and the guest layer can be (A n- ) y .(CO 3 2- ) z.mH 2 O. In this case, when no anions other than carbonate ions are contained, that is, when y is 0, the guest layer can be (CO 3 2- ) x/ 2.mH 2 O.
(1-2)ハイドロタルサイトナノ粒子
本発明のハイドロタルサイトナノ粒子は、上記したハイドロタルサイト化合物を含有するものである。この本発明のハイドロタルサイトナノ粒子は、上記したハイドロタルサイト化合物のみからなる構成とすることもできるし、上記したハイドロタルサイト化合物の表面に各種表面処理剤が付着していてもよい。
(1-2) Hydrotalcite Nanoparticles The hydrotalcite nanoparticles of the present invention contain the above-mentioned hydrotalcite compound. The hydrotalcite nanoparticles of the present invention may be composed of only the above-mentioned hydrotalcite compound, or may have various surface treatment agents attached to the surface of the above-mentioned hydrotalcite compound.
ハイドロタルサイト化合物の表面に各種表面処理剤が付着している場合、この表面処理剤としては、例えば、界面活性剤、シランカップリング剤等のカップリング剤等が挙げられる。 When various surface treatment agents are attached to the surface of the hydrotalcite compound, examples of the surface treatment agents include surfactants and coupling agents such as silane coupling agents.
界面活性剤は、親水性基と疎水性基を有する両親媒性分子である。界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤及びノニオン性界面活性剤のいずれも採用でき、揮発性硫黄化合物(VSC)吸着速度、揮発性硫黄化合物(VSC)吸着性能等の観点から、アニオン性界面活性剤及び/又はカチオン性界面活性剤が好ましい。具体的には、例えば、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、ラウリン酸ナトリウム、ミリスチン酸ナトリウム、パルミチン酸ナトリウム、マルガリン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、リノール酸ナトリウム、リノレン酸ナトリウム等の脂肪酸(飽和又は不飽和脂肪酸)又はその塩(特にアルカリ金属塩等の金属塩)、塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、塩化ラウリルトリメチルアンモニウム、塩化オクタデシルトリメチルアンモニウム、塩化ジオクチルジメチルアンモニウム、塩化ジステアリルジメチルアンモニウム等のアルキルアンモニウム塩(特にテトラアルキルアンモニウム塩)が挙げられる。脂肪酸とは牛脂やヤシ油、パーム油等の天然油脂を加水分解して得られる。また、脂肪酸を水酸化ナトリウムで鹸化分解することによって得られる脂肪酸ナトリウムは石鹸として古くから用いられている。また、脂肪酸又はその塩では、アルキル基の炭素数が比較的大きいものが、粒子微小化の好適な界面活性剤であり、炭素数8以上(特に炭素数10~30)の脂肪酸又はその塩が界面活性剤として特に好ましい。 Surfactants are amphiphilic molecules having hydrophilic and hydrophobic groups. As surfactants, any of anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, and nonionic surfactants can be used, and from the viewpoint of volatile sulfur compound (VSC) adsorption rate, volatile sulfur compound (VSC) adsorption performance, etc., anionic surfactants and/or cationic surfactants are preferred. Specifically, for example, fatty acids (saturated or unsaturated fatty acids) such as lauric acid, myristic acid, palmitic acid, margaric acid, stearic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, sodium laurate, sodium myristate, sodium palmitate, sodium margaric acid, sodium stearate, sodium oleate, sodium linoleate, and sodium linolenate, or salts thereof (particularly metal salts such as alkali metal salts), alkyl ammonium salts (particularly tetraalkyl ammonium salts) such as hexadecyl trimethyl ammonium chloride, lauryl trimethyl ammonium chloride, octadecyl trimethyl ammonium chloride, dioctyl dimethyl ammonium chloride, and distearyl dimethyl ammonium chloride can be used. Fatty acids are obtained by hydrolysis of natural fats and oils such as beef tallow, coconut oil, and palm oil. In addition, fatty acid sodium salts obtained by saponifying and decomposing fatty acids with sodium hydroxide have long been used as soap. Furthermore, fatty acids or their salts with a relatively large number of carbon atoms in the alkyl group are suitable surfactants for particle miniaturization, and fatty acids or their salts with 8 or more carbon atoms (especially 10 to 30 carbon atoms) are particularly preferred as surfactants.
シランカップリング剤としては、例えば、ビニルアルコキシシラン(ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等)、アルキルアルコキシシラン(メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン)等が挙げられる。 Examples of silane coupling agents include vinylalkoxysilanes (vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, etc.), alkylalkoxysilanes (methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane), etc.
上記の表面処理剤は、単独で使用することもでき、2種以上を組合せることもできる。なかでも、揮発性硫黄化合物(VSC)吸着速度、揮発性硫黄化合物(VSC)吸着性能等の観点から、界面活性剤が好ましい。例えば、後述の製造方法によれば、ハイドロタルサイトナノ粒子を合成する際に、表面に界面活性剤が覆うことによってミセルを形成して結晶成長を抑制し、小さいサイズのハイドロタルサイトナノ粒子を得ることができる。つまり、本発明のハイドロタルサイトナノ粒子の結晶子径を調整しやすい。この結果、表面積を向上させ、特に吸着初期段階の揮発性硫黄化合物(VSC)吸着速度を向上させることができる。 The above surface treatment agents can be used alone or in combination of two or more. Among them, surfactants are preferred from the viewpoints of volatile sulfur compound (VSC) adsorption rate, volatile sulfur compound (VSC) adsorption performance, etc. For example, according to the manufacturing method described below, when synthesizing hydrotalcite nanoparticles, the surfactant covers the surface to form micelles, suppressing crystal growth, and small-sized hydrotalcite nanoparticles can be obtained. In other words, it is easy to adjust the crystallite size of the hydrotalcite nanoparticles of the present invention. As a result, the surface area can be improved, and the volatile sulfur compound (VSC) adsorption rate, especially in the early stage of adsorption, can be improved.
本発明のハイドロタルサイトナノ粒子が上記の表面処理剤を含有する場合、ハイドロタルサイト化合物の含有量は、揮発性硫黄化合物(VSC)吸着速度、揮発性硫黄化合物(VSC)吸着性能等の観点から、本発明のハイドロタルサイトナノ粒子の総量を100質量%として、90.0~99.9質量%が好ましく、95.0~99.8質量%がより好ましい。 When the hydrotalcite nanoparticles of the present invention contain the above-mentioned surface treatment agent, the content of the hydrotalcite compound is preferably 90.0 to 99.9 mass%, and more preferably 95.0 to 99.8 mass%, based on 100 mass% of the total amount of the hydrotalcite nanoparticles of the present invention, from the viewpoints of volatile sulfur compound (VSC) adsorption speed, volatile sulfur compound (VSC) adsorption performance, etc.
本発明のハイドロタルサイトナノ粒子は、結晶子径が1~20nm、好ましくは2~15nmである。結晶子径が1nm未満のハイドロタルサイトナノ粒子は合成することが困難である。また、結晶子径が20nmをこえると、特に吸着初期段階の揮発性硫黄化合物(VSC)吸着速度が不十分である。なお、本発明のハイドロタルサイトナノ粒子の結晶子径は、X線回折図における各ピーク位置での半値幅からHall Plotにより算出する。 The hydrotalcite nanoparticles of the present invention have a crystallite diameter of 1 to 20 nm, preferably 2 to 15 nm. It is difficult to synthesize hydrotalcite nanoparticles with a crystallite diameter of less than 1 nm. Furthermore, if the crystallite diameter exceeds 20 nm, the adsorption rate of volatile sulfur compounds (VSCs) is insufficient, especially in the initial stage of adsorption. The crystallite diameter of the hydrotalcite nanoparticles of the present invention is calculated by a Hall Plot from the half-width at each peak position in the X-ray diffraction diagram.
本発明のハイドロタルサイトナノ粒子は、粒度分布において、少なくとも、極大粒子径が0.30~0.45μmであるピーク、及び極大粒子径が7.50~12.00μmであるピークを有することが好ましい。これにより、揮発性硫黄化合物(VSC)吸着速度、揮発性硫黄化合物(VSC)吸着性能等に特に優れたハイドロタルサイトナノ粒子が得られやすい。 The hydrotalcite nanoparticles of the present invention preferably have at least a peak with a maximum particle diameter of 0.30 to 0.45 μm and a peak with a maximum particle diameter of 7.50 to 12.00 μm in the particle size distribution. This makes it easier to obtain hydrotalcite nanoparticles that are particularly excellent in volatile sulfur compound (VSC) adsorption speed, volatile sulfur compound (VSC) adsorption performance, etc.
(1-3)ハイドロタルサイト組成物
本発明のハイドロタルサイトナノ粒子は、上記したハイドロタルサイト化合物及び界面活性剤を含有するものである。
(1-3) Hydrotalcite Composition The hydrotalcite nanoparticles of the present invention contain the above-mentioned hydrotalcite compound and a surfactant.
界面活性剤は、親水性基と疎水性基を有する両親媒性分子である。界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤及びノニオン性界面活性剤のいずれも採用でき、例えば、ラウリン酸、オレイン酸、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム等の脂肪酸又はその塩(特に金属塩)等が挙げられる。脂肪酸とは牛脂やヤシ油、パーム油等の天然油脂を加水分解して得られる。また、脂肪酸を水酸化ナトリウムで鹸化分解することによって得られる脂肪酸ナトリウムは石鹸として古くから用いられている。また、炭素数8以上(特に炭素数10~20)の脂肪酸又はその塩が界面活性剤として有用であるとされている。 Surfactants are amphiphilic molecules that have hydrophilic and hydrophobic groups. Any of anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, and nonionic surfactants can be used as surfactants. Examples of such surfactants include fatty acids such as lauric acid, oleic acid, sodium laurate, and sodium oleate, or their salts (particularly metal salts). Fatty acids are obtained by hydrolysis of natural fats and oils such as beef tallow, coconut oil, and palm oil. Sodium fatty acids obtained by saponifying fatty acids with sodium hydroxide have long been used as soap. Fatty acids with 8 or more carbon atoms (particularly 10 to 20 carbon atoms) or their salts are considered to be useful as surfactants.
上記の界面活性剤は、単独で使用することもでき、2種以上を組合せることもできる。例えば、後述の製造方法によれば、ハイドロタルサイト組成物を合成する際に、ハイドロタルサイト化合物の表面に界面活性剤が覆うことによってミセルを形成してハイドロタルサイト化合物の結晶成長を抑制し、小さいサイズのハイドロタルサイト化合物を含むハイドロタルサイト組成物を得ることができる。つまり、本発明のハイドロタルサイト組成物におけるハイドロタルサイト化合物の結晶子径を調整しやすい。この結果、表面積を向上させ、特に吸着初期段階の揮発性硫黄化合物(VSC)吸着速度を向上させることができる。 The above surfactants can be used alone or in combination of two or more. For example, according to the manufacturing method described below, when synthesizing a hydrotalcite composition, the surfactant covers the surface of the hydrotalcite compound to form micelles, suppressing the crystal growth of the hydrotalcite compound, and a hydrotalcite composition containing a small-sized hydrotalcite compound can be obtained. In other words, it is easy to adjust the crystallite size of the hydrotalcite compound in the hydrotalcite composition of the present invention. As a result, the surface area can be improved, and the adsorption rate of volatile sulfur compounds (VSCs) can be improved, particularly in the early stage of adsorption.
本発明のハイドロタルサイト組成物が上記の表面処理剤を含有する場合、ハイドロタルサイト化合物の含有量は、揮発性硫黄化合物(VSC)吸着速度、揮発性硫黄化合物(VSC)吸着性能等の観点から、本発明のハイドロタルサイト組成物の総量を100質量%として、90.0~99.9質量%が好ましく、95.0~99.8質量%がより好ましい。 When the hydrotalcite composition of the present invention contains the above-mentioned surface treatment agent, the content of the hydrotalcite compound is preferably 90.0 to 99.9 mass%, and more preferably 95.0 to 99.8 mass%, based on 100 mass% of the total amount of the hydrotalcite composition of the present invention, from the viewpoints of volatile sulfur compound (VSC) adsorption speed, volatile sulfur compound (VSC) adsorption performance, etc.
本発明のハイドロタルサイト組成物が有するハイドロタルサイト化合物は、結晶子径が1~20nmが好ましく、2~15nmがより好ましい。これにより、揮発性硫黄化合物(VSC)吸着速度、揮発性硫黄化合物(VSC)吸着性能等に特に優れたハイドロタルサイトナノ組成物が得られやすい。なお、本発明のハイドロタルサイトナノ組成物が有するハイドロタルサイト化合物の結晶子径は、X線回折図における各ピーク位置での半値幅からHall Plotにより算出する。 The hydrotalcite compound contained in the hydrotalcite composition of the present invention preferably has a crystallite diameter of 1 to 20 nm, more preferably 2 to 15 nm. This makes it easier to obtain a hydrotalcite nanocomposition that is particularly excellent in volatile sulfur compound (VSC) adsorption speed and volatile sulfur compound (VSC) adsorption performance. The crystallite diameter of the hydrotalcite compound contained in the hydrotalcite nanocomposition of the present invention is calculated by a Hall Plot from the half-width at each peak position in the X-ray diffraction diagram.
本発明のハイドロタルサイトナノ組成物は、粒度分布において、少なくとも、極大粒子径が0.30~0.45μm(特に0.35~0.40μm)であるピーク、及び極大粒子径が7.50~12.00μm(特に8.00~11.00μm)であるピークを有することが好ましい。これにより、揮発性硫黄化合物(VSC)吸着速度、揮発性硫黄化合物(VSC)吸着性能等に特に優れたハイドロタルサイト組成物が得られやすい。 The hydrotalcite nanocomposition of the present invention preferably has, in the particle size distribution, at least a peak with a maximum particle size of 0.30 to 0.45 μm (particularly 0.35 to 0.40 μm) and a peak with a maximum particle size of 7.50 to 12.00 μm (particularly 8.00 to 11.00 μm). This makes it easier to obtain a hydrotalcite composition that is particularly excellent in terms of volatile sulfur compound (VSC) adsorption speed, volatile sulfur compound (VSC) adsorption performance, etc.
(1-4)液相中の揮発性硫黄化合物吸着剤及び口臭除去剤
本発明のハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物は、500℃等の高温熱処理を施さなくてもよい。通常、ハイドロタルサイト化合物は、反応生成後に対して高温で熱処理をすることで、無水物となり、吸着能を発揮する。しかし、本発明のハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物は、高温での熱処理を施さなくても、揮発性硫黄化合物(VSC)の吸収能を有する。このため、本発明のハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物は、反応生成物を加熱処理することなく、例えば、液相中の揮発性硫黄化合物と、本発明のハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物とを、例えば0~50℃で接触させることで、揮発性硫黄化合物(VSC)をすばやく且つ十分に吸着させることが可能である。このため、本発明のハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物は、液相中の揮発性硫黄化合物吸着剤(なかでも、100℃以上(特に300~1000℃)等の高温での熱処理を施さないで使用する非加熱型液相内揮発性硫黄化合物吸着剤)として有用である。
(1-4) Adsorbent for Volatile Sulfur Compounds in a Liquid Phase and Bad Breath Remover The hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite composition of the present invention do not need to be subjected to a high-temperature heat treatment such as 500 ° C. Usually, a hydrotalcite compound becomes an anhydride by heat treatment at a high temperature after reaction, and exerts its adsorption ability. However, the hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite composition of the present invention have the ability to absorb volatile sulfur compounds (VSC) even without heat treatment at a high temperature. For this reason, the hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite composition of the present invention can quickly and sufficiently adsorb volatile sulfur compounds (VSC) by contacting the volatile sulfur compounds in a liquid phase with the hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite composition of the present invention at, for example, 0 to 50 ° C. without heat-treating the reaction product. For this reason, the hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite composition of the present invention are useful as adsorbents for volatile sulfur compounds in a liquid phase (particularly, non-heated adsorbents for volatile sulfur compounds in a liquid phase that are used without heat treatment at high temperatures such as 100°C or higher (particularly 300 to 1000°C)).
また、本発明のハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物は、揮発性硫黄化合物(VSC)をすばやく且つ十分に吸着させることが可能であるため、口臭除去剤としても有用である。この場合、本発明の口臭除去剤は、錬歯磨剤、口腔咽頭薬等を含んでいてもよい。錬歯磨剤は、リン酸水素カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム等の研磨剤と、ラウロイルサルコシソーダ、ラウリル硫酸ナトリウム、ショ糖脂肪酸エステル等の発泡剤と、ソルビトール、グリセリン、プロピレングリコール等の保湿剤、アルギン酸等の結合剤とともに、本発明のハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物を含有することができる。 The hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite composition of the present invention are also useful as breath fresheners because they can quickly and sufficiently adsorb volatile sulfur compounds (VSCs). In this case, the breath freshener of the present invention may contain toothpaste, oral pharyngeal medicine, etc. Toothpaste can contain abrasives such as calcium hydrogen phosphate, calcium carbonate, and aluminum hydroxide, foaming agents such as sodium lauroyl sarcosyl sulfate, sodium lauryl sulfate, and sucrose fatty acid esters, moisturizers such as sorbitol, glycerin, and propylene glycol, and binders such as alginic acid, as well as the hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite composition of the present invention.
また、口腔咽頭薬は、セチルピリジニウム塩化物水和物、グリチルリチン酸ニカリウム、キキョウエキス等の成分が含まれている。本発明のハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物は、これらの成分とともに口頭咽薬に含ませることができる。 The oral pharyngeal medication also contains ingredients such as cetylpyridinium chloride hydrate, dipotassium glycyrrhizinate, and bellflower extract. The hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite composition of the present invention can be included in the oral pharyngeal medication together with these ingredients.
2.ハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物の製造方法
上記した本発明のハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物は、特に制限されるわけではないが、例えば、亜鉛塩及びアルミニウム塩を含む水溶液と、界面活性剤を含む水溶液とを混合する工程を備える製造方法により得ることができる。
2. Method for Producing Hydrotalcite Nanoparticles and Hydrotalcite Composition The above-mentioned hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite composition of the present invention are not particularly limited, but can be obtained, for example, by a production method including a step of mixing an aqueous solution containing a zinc salt and an aluminum salt with an aqueous solution containing a surfactant.
亜鉛塩及びアルミニウム塩を含む水溶液は、ホスト層の原料である。 The aqueous solution containing zinc salt and aluminum salt is the raw material for the host layer.
亜鉛塩としては、例えば、硝酸亜鉛、硫酸亜鉛、リン酸亜鉛、炭酸亜鉛等が挙げられる。また、アルミニウム塩としては、例えば、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、リン酸アルミニウム等が挙げられる。これらの亜鉛塩及びアルミニウム塩は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。また、これらの亜鉛塩及びアルミニウム塩は、水和物であってもよい。 Examples of zinc salts include zinc nitrate, zinc sulfate, zinc phosphate, and zinc carbonate. Examples of aluminum salts include aluminum nitrate, aluminum sulfate, and aluminum phosphate. These zinc salts and aluminum salts can be used alone or in combination of two or more. These zinc salts and aluminum salts may also be hydrates.
亜鉛塩及びアルミニウム塩を含む水溶液における亜鉛塩及びアルミニウム塩の濃度は、特に制限はなく、上記したハイドロタルサイト化合物における亜鉛とアルミニウムとのモル比となるように調整することができる。 The concentrations of the zinc salt and aluminum salt in the aqueous solution containing the zinc salt and aluminum salt are not particularly limited, and can be adjusted to the molar ratio of zinc to aluminum in the hydrotalcite compound described above.
なお、亜鉛塩及びアルミニウム塩を含む水溶液は、水中に亜鉛塩及びアルミニウム塩を投入して作製してもよいし、亜鉛塩の水溶液とアルミニウム塩の水溶液とを混合して作製してもよい。 The aqueous solution containing zinc salt and aluminum salt may be prepared by adding zinc salt and aluminum salt to water, or by mixing an aqueous solution of zinc salt and an aqueous solution of aluminum salt.
また、界面活性剤を含む水溶液において、界面活性剤は、上記したものを採用できる。この界面活性剤を含む水溶液において、界面活性剤の濃度は、本発明のハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物が得やすい観点から、亜鉛塩及びアルミニウム塩を含む水溶液中に存在する亜鉛1モルに対して、0.1~2モルが好ましく、0.2~1.5モルがより好ましい。 In addition, in the aqueous solution containing a surfactant, the surfactant may be any of those described above. In terms of facilitating the production of the hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite composition of the present invention, the concentration of the surfactant in the aqueous solution containing the surfactant is preferably 0.1 to 2 mol, and more preferably 0.2 to 1.5 mol, per mol of zinc present in the aqueous solution containing the zinc salt and the aluminum salt.
界面活性剤を含む水溶液は、さらに、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩等のオキソ酸塩を含むこともできる。この場合、界面活性剤を含む水溶液は、ゲスト層の原料ともなり得る。また、この場合、界面活性剤を含む水溶液は、水中に界面活性剤及び上記した塩を投入して作製してもよいし、界面活性剤の水溶液と上記した塩の水溶液とを混合して作製してもよい。 The aqueous solution containing the surfactant may further contain an oxoacid salt such as a carbonate, a nitrate, a sulfate, a borate, or a phosphate. In this case, the aqueous solution containing the surfactant may also be used as a raw material for the guest layer. In this case, the aqueous solution containing the surfactant may be prepared by adding the surfactant and the above-mentioned salt to water, or by mixing an aqueous solution of the surfactant with an aqueous solution of the above-mentioned salt.
炭酸塩としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸リチウム、炭酸アンモニウム等が挙げられる。 Examples of carbonates include sodium carbonate, potassium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate, lithium carbonate, and ammonium carbonate.
硝酸塩としては、例えば、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸カルシウム、硝酸マグネシウム、硝酸リチウム、硝酸アンモニウム等が挙げられる。 Examples of nitrates include sodium nitrate, potassium nitrate, calcium nitrate, magnesium nitrate, lithium nitrate, and ammonium nitrate.
硫酸塩としては、例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸リチウム、硫酸アンモニウム等が挙げられる。 Examples of sulfates include sodium sulfate, potassium sulfate, calcium sulfate, magnesium sulfate, lithium sulfate, and ammonium sulfate.
ホウ酸塩としては、例えば、ピロホウ酸ナトリウム、ピロホウ酸カリウム、ピロホウ酸カルシウム、ピロホウ酸マグネシウム、ピロホウ酸リチウム等が挙げられる。 Examples of borates include sodium pyroborate, potassium pyroborate, calcium pyroborate, magnesium pyroborate, and lithium pyroborate.
リン酸塩としては、例えば、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸リチウム、リン酸アンモニウム等が挙げられる。 Examples of phosphates include sodium phosphate, potassium phosphate, calcium phosphate, magnesium phosphate, lithium phosphate, ammonium phosphate, etc.
これらの塩は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。 These salts can be used alone or in combination of two or more.
界面活性剤を含む水溶液において、これらの塩の濃度は、本発明のハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物が得やすい観点から、亜鉛塩及びアルミニウム塩を含む水溶液中に存在する亜鉛1モルに対して、1~5モルが好ましく、2~3モルがより好ましい。 In the aqueous solution containing a surfactant, the concentration of these salts is preferably 1 to 5 mol, and more preferably 2 to 3 mol, per mol of zinc present in the aqueous solution containing the zinc salt and aluminum salt, from the viewpoint of facilitating the production of the hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite composition of the present invention.
また、亜鉛塩及びアルミニウム塩を含む水溶液と、界面活性剤を含む水溶液とを混合した水溶液は、攪拌することで本発明のハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物を共沈させやすくするため、アルカリ性水溶液とすることが好ましい。具体的には、亜鉛塩及びアルミニウム塩を含む水溶液と、界面活性剤を含む水溶液とを混合した後、必要に応じて、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム等の塩基とを混合することが好ましい。これら塩基は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。また、これら塩基は、水溶液であってもよい。 In addition, the aqueous solution obtained by mixing an aqueous solution containing a zinc salt and an aluminum salt with an aqueous solution containing a surfactant is preferably an alkaline aqueous solution, since stirring facilitates the co-precipitation of the hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite composition of the present invention. Specifically, after mixing an aqueous solution containing a zinc salt and an aluminum salt with an aqueous solution containing a surfactant, it is preferable to mix a base such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, or lithium carbonate as necessary. These bases can be used alone or in combination of two or more. These bases may also be in the form of an aqueous solution.
塩基の使用量は、特に制限されるわけではないが、亜鉛塩及びアルミニウム塩を含む水溶液と、界面活性剤を含む水溶液とを混合する際のpHが9~12、特に9.5~11.5となるように適宜調整することが好ましい。 The amount of base used is not particularly limited, but it is preferable to appropriately adjust the pH of the aqueous solution containing the zinc salt and aluminum salt and the aqueous solution containing the surfactant to 9 to 12, particularly 9.5 to 11.5, when mixed.
その後、必要に応じて、水熱合成を行うための所定の温度、例えば、20~60℃、特に30~50℃に昇温することができる。 Then, if necessary, the temperature can be raised to a predetermined temperature for hydrothermal synthesis, for example, 20 to 60°C, particularly 30 to 50°C.
続いて、上記所定の温度に保持した状態で撹拌し、本発明のハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物を得ることができる。撹拌速度及び時間は、適宜設定することができるが、通常は500~1500rpmにおいて、6~48時間行うことが好ましい。 Then, the mixture is stirred while maintained at the above-mentioned specified temperature, to obtain the hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite composition of the present invention. The stirring speed and time can be set appropriately, but it is usually preferable to stir at 500 to 1500 rpm for 6 to 48 hours.
この後、必要に応じて、常法にしたがい、遠心分離、吸引ろ過、乾燥等を施し、固体の本発明のハイドロタルサイトナノ粒子及びハイドロタルサイト組成物を得ることもできる。この後、分級したり、解砕したりすること等により所定の粒度に調製したりすることもできる。また、スラリー状にしたり、バインダ等を添加し粒状にしたり、等各種形態に調製することができる。 If necessary, the solid hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite composition of the present invention can be obtained by centrifuging, suction filtering, drying, etc., according to standard methods. The solid hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite composition of the present invention can then be prepared to a predetermined particle size by classification, crushing, etc. Also, the solid hydrotalcite nanoparticles and hydrotalcite composition can be prepared in various forms, such as a slurry, or granulated by adding a binder, etc.
以下、本発明について実施例の形式で詳細に説明する。以下の実施例は、本発明の用途を何ら限定するものではない。 The present invention will now be described in detail in the form of examples. The following examples are not intended to limit the use of the present invention in any way.
比較例1:Zn-Al LDHの合成
一般式(1)において、An-がCO3
2-、nが2、xが0.33であるZn-Al LDHの合成を行った。分析天秤(sefi-IBA-200アズワン(株))で炭酸ナトリウム(Na2CO3、MW105.9884、容量分析用標準、富士フイルム和光純薬(株))を5.09g(0.048mol)秤量し、メスシリンダーで採取した超純水(Milli-Q水)300mLに撹拌子(4cm)とホットスターラー(REXIM RSH-10、アズワン(株))を用いて、室温、800rpmで10分撹拌して溶解させ、0.16M炭酸ナトリウム溶液を調製した。以下同様にして試薬を溶解した。Milli-Q水100mLに硝酸アルミニウム九水和物(Al(NO3)3・9H2O、MW375.13、特級、富士フイルム和光純薬(株))3.75g(0.01mol)と硝酸亜鉛六水和物(Zn(NO3)2・6H2O、MW297.49、特級、キシダ化学(株))5.95g(0.02mol)を溶解させ、硝酸塩混合水溶液(0.1M Al(NO3)3・9H2O、0.2M Zn(NO3)2・6H2O)を調製した。また、Milli-Q水100mLに水酸化ナトリウム(NaOH、MW39.997、特級、キシダ化学(株))4.00gを溶解させ、2M水酸化ナトリウム水溶液を調製した。炭酸ナトリウム水溶液を撹拌子及びホットスターラーを用いて同様に撹拌しながら、硝酸塩混合水溶液をビュレットにて、10±0.5mL/minの速度で滴下した。硝酸塩混合水溶液滴下中pHが10.5±0.2となるように適宜、水酸化ナトリウム水溶液を加えた。硝酸塩混合水溶液滴下終了後、40℃、1000rpmで24時間撹拌させ、沈殿物を桐山ロート、吸引鐘、アスピレーター(A-3S、EYELA 東京理化器械(株))を用い、ろ紙(5C)で吸引ろ過により固液分離し、Milli-Q水200mLで3回洗浄した。得られた生成物をプログラム定温乾燥機(DOV-450P、アズワン(株))中で80℃、18時間乾燥させた後、めのう乳鉢で解砕し、生成物Aを得た。pH測定は、pHメーター(D-51、堀場製作所(株))を用い、Milli-Q水は、超純水製造装置(Direct-Q、メルク(株))から採取して実験に用いた。
Comparative Example 1: Synthesis of Zn-Al LDH In the general formula (1), Zn-Al LDH was synthesized in which A n- is CO 3 2- , n is 2, and x is 0.33. 5.09 g (0.048 mol) of sodium carbonate (Na 2 CO 3 , MW 105.9884, volumetric analysis standard, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was weighed out using an analytical balance (sefi-IBA-200, AS ONE Corporation), and dissolved in 300 mL of ultrapure water (Milli-Q water) collected in a measuring cylinder by stirring at room temperature and 800 rpm for 10 minutes using a stirring bar (4 cm) and a hot stirrer (REXIM RSH-10, AS ONE Corporation) to prepare a 0.16 M sodium carbonate solution. The following reagents were dissolved in the same manner. 3.75 g (0.01 mol) of aluminum nitrate nonahydrate (Al(NO 3 ) 3.9H 2 O, MW 375.13, special grade, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 5.95 g (0.02 mol) of zinc nitrate hexahydrate (Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O, MW 297.49, special grade, Kishida Chemical Co., Ltd.) were dissolved in 100 mL of Milli-Q water to prepare a mixed nitrate solution (0.1 M Al(NO 3 ) 3.9H 2 O, 0.2 M Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O). In addition, 4.00 g of sodium hydroxide (NaOH, MW 39.997, special grade, Kishida Chemical Co., Ltd.) was dissolved in 100 mL of Milli-Q water to prepare a 2 M sodium hydroxide solution. While stirring the sodium carbonate aqueous solution in the same manner using a stirrer and a hot stirrer, the nitrate mixed aqueous solution was dropped in a burette at a rate of 10±0.5mL/min. An aqueous sodium hydroxide solution was appropriately added so that the pH during the drop of the nitrate mixed aqueous solution was 10.5±0.2. After the end of the drop of the nitrate mixed aqueous solution, the mixture was stirred at 40°C and 1000 rpm for 24 hours, and the precipitate was separated into solid and liquid by suction filtration using a Kiriyama funnel, a suction bell, and an aspirator (A-3S, EYELA Tokyo Rikakikai Co., Ltd.) and filter paper (5C), and washed three times with 200mL of Milli-Q water. The obtained product was dried at 80°C for 18 hours in a program constant temperature dryer (DOV-450P, AS ONE Co., Ltd.), and then crushed in an agate mortar to obtain product A. The pH was measured using a pH meter (D-51, Horiba, Ltd.), and Milli-Q water was collected from an ultrapure water production system (Direct-Q, Merck Ltd.) and used in the experiments.
実施例1:ラウリン酸ナトリウムを用いたZn-Al LDHの合成
一般式(1)において、An-がCO3
2-、nが2、xが0.33であるZn-Al LDHの合成を行った。分析天秤(sefi-IBA-200アズワン(株))で炭酸ナトリウム(Na2CO3、MW105.9884、容量分析用標準、富士フイルム和光純薬(株))を5.09g(0.048mol)秤量し、メスシリンダーで採取した超純水(Milli-Q水)300mLに撹拌子(4cm)とホットスターラー(REXIM RSH-10、アズワン(株))を用いて、室温、800rpmで10分撹拌して溶解させ、0.16M炭酸ナトリウム溶液を調製した。以下同様にして試薬を溶解した。Milli-Q水100mLに硝酸アルミニウム九水和物(Al(NO3)3・9H2O、MW375.13、特級、富士フイルム和光純薬(株))3.75g(0.01mol)と硝酸亜鉛六水和物(Zn(NO3)2・6H2O、MW297.49、特級、キシダ化学(株))5.95g(0.02mol)を溶解させ、硝酸塩混合水溶液(0.1M Al(NO3)3・9H2O、0.2M Zn(NO3)2・6H2O)を調製した。また、Milli-Q水100mLに水酸化ナトリウム(NaOH、MW39.997、特級、キシダ化学(株))4.00gを溶解させ、2M水酸化ナトリウム水溶液を調製した。さらに、Milli-Q水50mLに分析天秤で精秤したラウリン酸ナトリウム(CH3(CH2)10COONa、MW222.30、1級、キシダ化学(株))0.444g(0.002mol)を入れ、ホットスターラーの温度を60℃に設定して400rpmで1時間撹拌させて、ラウリン酸ナトリウム水溶液を得た。炭酸ナトリウム水溶液にラウリン酸ナトリウム水溶液を加えた後、撹拌子及びホットスターラーを用いて室温、800rpmで撹拌しながら、硝酸塩混合水溶液をビュレットにて、10±0.5mL/minの速度で滴下した。硝酸塩混合水溶液滴下中pHが10.5±0.2となるように適宜、水酸化ナトリウム水溶液を加えた。硝酸塩混合水溶液滴下終了後、40℃、1000rpmで24時間撹拌させた後、テーブルトップ遠心機(2410、久保田商事(株))にて4000rpm、3minで遠心分離、デカンテーションで水を除去し、次いでMilli-Q水を加え撹拌、遠心分離を5回繰り返し洗浄した。その後、沈殿物を桐山ロート、吸引鐘、アスピレーター(A-3S、EYELA 東京理化器械(株))を用い、ろ紙(5C)で吸引ろ過により固液分離した。得られた生成物をプログラム定温乾燥機(DOV-450P、アズワン(株))中で80℃、18時間乾燥させた後、めのう乳鉢で解砕し、生成物Bを得た。pH測定は、pHメーター(D-51、堀場製作所(株))を用い、Milli-Q水は、超純水製造装置(Direct-Q、メルク(株))から採取して実験に用いた。
Example 1: Synthesis of Zn-Al LDH using sodium laurate Zn-Al LDH was synthesized in which A n- is CO 3 2- , n is 2, and x is 0.33 in the general formula (1). 5.09 g (0.048 mol) of sodium carbonate (Na 2 CO 3 , MW 105.9884, volumetric analysis standard, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was weighed out using an analytical balance (sefi-IBA-200, AS ONE Corporation), and dissolved in 300 mL of ultrapure water (Milli-Q water) collected in a measuring cylinder by stirring at room temperature and 800 rpm for 10 minutes using a stirring bar (4 cm) and a hot stirrer (REXIM RSH-10, AS ONE Corporation) to prepare a 0.16 M sodium carbonate solution. The following reagents were dissolved in the same manner. 3.75 g (0.01 mol) of aluminum nitrate nonahydrate (Al(NO 3 ) 3.9H 2 O, MW 375.13, special grade, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 5.95 g (0.02 mol) of zinc nitrate hexahydrate (Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O, MW 297.49, special grade, Kishida Chemical Co., Ltd.) were dissolved in 100 mL of Milli-Q water to prepare a mixed nitrate solution (0.1 M Al(NO 3 ) 3.9H 2 O, 0.2 M Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O). In addition, 4.00 g of sodium hydroxide (NaOH, MW 39.997, special grade, Kishida Chemical Co., Ltd.) was dissolved in 100 mL of Milli-Q water to prepare a 2 M sodium hydroxide solution. Further, 0.444 g (0.002 mol) of sodium laurate (CH 3 (CH 2 ) 10 COONa, MW 222.30,
実施例2:オレイン酸を用いたZn-Al LDHの合成
一般式(1)において、An-がCO3
2-、nが2、xが0.33であるZn-Al LDHの合成を行った。分析天秤(sefi-IBA-200アズワン(株))で炭酸ナトリウム(Na2CO3、MW105.9884、容量分析用標準、富士フイルム和光純薬(株))を5.09g(0.048mol)秤量し、メスシリンダーで採取した超純水(Milli-Q水)300mLに撹拌子(4cm)とホットスターラー(REXIM RSH-10、アズワン(株))を用いて、室温、800rpmで10分撹拌して溶解させ、0.16M炭酸ナトリウム溶液を調製した。以下同様にして試薬を溶解した。Milli-Q水100mLに硝酸アルミニウム九水和物(Al(NO3)3・9H2O、MW375.13、特級、富士フイルム和光純薬(株))3.75g(0.01mol)と硝酸亜鉛六水和物(Zn(NO3)2・6H2O、MW297.49、特級、キシダ化学(株))5.95g(0.02mol)を溶解させ、硝酸塩混合水溶液(0.1M Al(NO3)3・9H2O、0.2M Zn(NO3)2・6H2O)を調製した。また、Milli-Q水100mLに水酸化ナトリウム(NaOH、MW39.997、特級、キシダ化学(株))4.00gを溶解させ、2M水酸化ナトリウム水溶液を調製した。さらに、Milli-Q水50mLに分析天秤で精秤したオレイン酸(CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH、MW282.47、1級、キシダ化学(株))0.56g(0.002mol)を入れ、ホットスターラーの温度を70℃に設定して800rpmで1時間撹拌させて、オレイン酸水溶液を得た。炭酸ナトリウム水溶液にオレイン酸水溶液を加えた後、撹拌子及びホットスターラーを用いて室温、800rpmで撹拌しながら、硝酸塩混合水溶液をビュレットにて、10±0.5mL/minの速度で滴下した。硝酸塩混合水溶液滴下中pHが10.5±0.2となるように適宜、水酸化ナトリウム水溶液を加えた。硝酸塩混合水溶液滴下終了後、40℃、1000rpmで24時間撹拌させた後、テーブルトップ遠心機(2410、久保田商事(株))にて4000rpm、3minで遠心分離、デカンテーションで水を除去し、次いでMilli-Q水を加え撹拌、遠心分離を5回繰り返し洗浄した。その後、沈殿物を桐山ロート、吸引鐘、アスピレーター(A-3S、EYELA 東京理化器械(株))を用い、ろ紙(5C)で吸引ろ過により固液分離した。得られた生成物をプログラム定温乾燥機(DOV-450P、アズワン(株))中で80℃、18時間乾燥させた後、めのう乳鉢で解砕し、生成物Cを得た。pH測定は、pHメーター(D-51、堀場製作所(株))を用い、Milli-Q水は、超純水製造装置(Direct-Q、メルク(株))から採取して実験に用いた。
Example 2: Synthesis of Zn-Al LDH using oleic acid Zn-Al LDH was synthesized in which A n- is CO 3 2- , n is 2, and x is 0.33 in the general formula (1). 5.09 g (0.048 mol) of sodium carbonate (Na 2 CO 3 , MW 105.9884, volumetric analysis standard, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was weighed out using an analytical balance (sefi-IBA-200, AS ONE Corporation), and dissolved in 300 mL of ultrapure water (Milli-Q water) collected in a measuring cylinder by stirring at room temperature and 800 rpm for 10 minutes using a stirring bar (4 cm) and a hot stirrer (REXIM RSH-10, AS ONE Corporation) to prepare a 0.16 M sodium carbonate solution. The following reagents were dissolved in the same manner. 3.75 g (0.01 mol) of aluminum nitrate nonahydrate (Al(NO 3 ) 3.9H 2 O, MW 375.13, special grade, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 5.95 g (0.02 mol) of zinc nitrate hexahydrate (Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O, MW 297.49, special grade, Kishida Chemical Co., Ltd.) were dissolved in 100 mL of Milli-Q water to prepare a mixed nitrate solution (0.1 M Al(NO 3 ) 3.9H 2 O, 0.2 M Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O). In addition, 4.00 g of sodium hydroxide (NaOH, MW 39.997, special grade, Kishida Chemical Co., Ltd.) was dissolved in 100 mL of Milli-Q water to prepare a 2 M sodium hydroxide solution. Further, 0.56 g (0.002 mol) of oleic acid (CH 3 (CH 2 ) 7 CH═CH(CH 2 ) 7 COOH, MW 282.47,
参考例1:沈殿法によるZnOの合成
沈殿法によるZnOの合成を以下の手順で行った。四つ口セパラブルフラスコにリービッヒ冷却機及びシリコン栓付温度計を接続した。四つ口セパラブルフラスコにメスシリンダーで採取したMilli-Q水70mLと分析天秤で秤量した塩化亜鉛(ZnCl2、MW136.315、1級、富士フイルム和光純薬(株))9.54g(1.00mol)を加え、撹拌子(4cm)及びホットスターラー(REXIM RSH-10、アズワン(株))を用いて室温、800rpmで撹拌させた。また、もう一台のホットスターラーを用いて、チューブを接続したシリコン栓を三角フラスコに取り付け中に28%アンモニア水(NH3、MW17.03、特級、キシダ化学(株))10mLを入れ80℃まで熱した。チューブを介して、気化したアンモニアを塩化亜鉛水溶液に導入した。アンモニアガス導入中、溶液のpHを測定し、pHが7.5になったところでアンモニアガスの導入を止めた。その後、90℃、800rpmで6時間撹拌し、沈殿物を桐山ロート、吸引鐘及びアスピレーター(A-3S、EYELA 東京理化器械(株))を用い、ろ紙(5C)で吸引ろ過により固液分離し、Milli-Q水200mLで3回洗浄した。得られた生成物を定温乾燥機中で80℃、18時間乾燥させた後、めのう乳鉢で解砕し、生成物Dを得た。
Reference Example 1: Synthesis of ZnO by Precipitation Method The synthesis of ZnO by precipitation method was carried out by the following procedure. A Liebig cooler and a thermometer with a silicone stopper were connected to a four-necked separable flask. 70 mL of Milli-Q water collected in a measuring cylinder and 9.54 g (1.00 mol) of zinc chloride (ZnCl 2 , MW 136.315, first grade, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) weighed on an analytical balance were added to the four-necked separable flask, and the mixture was stirred at room temperature and 800 rpm using a stirrer (4 cm) and a hot stirrer (REXIM RSH-10, AS ONE Co., Ltd.). In addition, using another hot stirrer, 10 mL of 28% ammonia water (NH 3 , MW 17.03, special grade, Kishida Chemical Co., Ltd.) was added to a conical flask with a silicone stopper connected to a tube, and heated to 80°C. Vaporized ammonia was introduced into the zinc chloride aqueous solution through a tube. During the introduction of ammonia gas, the pH of the solution was measured, and the introduction of ammonia gas was stopped when the pH reached 7.5. Thereafter, the mixture was stirred at 90°C and 800 rpm for 6 hours, and the precipitate was separated into solid and liquid by suction filtration using a Kiriyama funnel, a suction bell, and an aspirator (A-3S, EYELA Tokyo Rikakikai Co., Ltd.) and filter paper (5C), and washed three times with 200 mL of Milli-Q water. The obtained product was dried in a constant temperature dryer at 80°C for 18 hours, and then crushed in an agate mortar to obtain product D.
参考例2:メカノケミカル法によるZnOの合成
メカノケミカル法によるZnOの合成を以下の手順で行った(Scripta Mater.,44(8-9),1731-1734(2001))。塩化亜鉛(ZnCl2、MW136.315、1級、富士フイルム和光純薬(株))を2.73g(0.02mol)、炭酸ナトリウム(Na2CO3、MW105.99、特級、富士フイルム和光純薬(株))を2.12g(0.02mol)、塩化ナトリウム(NaCl、MW58.44、特級、キシダ化学(株))を10.05g(0.172mol)それぞれ分析天秤にて秤量し、使用前に定温乾燥機にて150℃で2h乾燥させた。その後、ジルコニアボール(YTZ-10、径10mm、アズワン(株))150gとともに、ポットミル(HD-A-4、アズワン(株))に入れ、室温、110rpmで3h卓上ポットミル回転台(BALL MILL ANZ-51S、日陶科学(株))で粉砕した。アルミナるつぼ(PSA-100S、東京硝子器械(株))に入れ、Fine卓上型電気炉(F-1404-P、東京硝子器機(株))で大気中、400℃、0.5h熱処理を行った。昇降温は12℃/minとした。熱処理後、生成物を遠沈管にMilli-Q水とともに入れ、テーブルトップ遠心機にて4000rpm、3minで5回繰り返し洗浄した。その後、定温乾燥機にて60℃で10h乾燥させた。乾燥後、めのう乳鉢を用いて解砕し、生成物Eを得た。
Reference Example 2: Synthesis of ZnO by mechanochemical method ZnO was synthesized by the mechanochemical method according to the following procedure (Scripta Mater., 44(8-9), 1731-1734(2001)). 2.73 g (0.02 mol) of zinc chloride (ZnCl 2 , MW 136.315, first grade, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 2.12 g (0.02 mol) of sodium carbonate (Na 2 CO 3 , MW 105.99, special grade, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and 10.05 g (0.172 mol) of sodium chloride (NaCl, MW 58.44, special grade, Kishida Chemical Industries, Ltd.) were weighed out on an analytical balance and dried for 2 h at 150° C. in a constant temperature dryer before use. Then, together with 150 g of zirconia balls (YTZ-10,
参考例3:水熱合成法によるZnOの合成
水熱合成法によるZnOの合成を以下の手順で行った(Solid State Communications,113(6),363-366(2000))。200mLビーカーにメスシリンダーで秤量したMilli-Q水50mLと塩化亜鉛(ZnCl2、MW136.315、1級、富士フイルム和光純薬(株))2.04g(0.015mol)を加え、0.3M塩化亜鉛溶液を調製した。また、Milli-Q水50mLに水酸化ナトリウム(NaOH、MW39.997、特級、キシダ化学(株))1.2g(0.03mol)を加え、0.6M水酸化ナトリウム水溶液を調製した。次いで、pHを調整する役割として塩酸(MW36.46、塩化水素35%含有、特級、キシダ化学(株))5mLにMilli-Q水50mLを加えたものを用意した。それぞれの溶液を調製する際、撹拌子及びホットスターラー(アズワン(株)、REXIM RSH-1DN)を用いて撹拌し、試薬を溶解させた。Milli-Q水は超純水製造装置(Direct-Q、メルク(株))から採取し、100mLメスシリンダーで秤量し用いた。また、試薬の秤量には分析天秤を用いた。
Reference Example 3: Synthesis of ZnO by hydrothermal synthesis ZnO was synthesized by hydrothermal synthesis according to the following procedure (Solid State Communications, 113(6), 363-366 (2000)). 50 mL of Milli-Q water weighed with a measuring cylinder and 2.04 g (0.015 mol) of zinc chloride (ZnCl 2 , MW 136.315, first grade, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added to a 200 mL beaker to prepare a 0.3 M zinc chloride solution. In addition, 1.2 g (0.03 mol) of sodium hydroxide (NaOH, MW 39.997, special grade, Kishida Chemical Co., Ltd.) was added to 50 mL of Milli-Q water to prepare a 0.6 M aqueous sodium hydroxide solution. Next, 50 mL of Milli-Q water was added to 5 mL of hydrochloric acid (MW 36.46, containing 35% hydrogen chloride, special grade, Kishida Chemical Co., Ltd.) to adjust the pH. When preparing each solution, the reagent was dissolved by stirring using a stir bar and a hot stirrer (As One Corporation, REXIM RSH-1DN). Milli-Q water was collected from an ultrapure water production system (Direct-Q, Merck Co., Ltd.) and weighed into a 100 mL measuring cylinder. An analytical balance was used to weigh the reagents.
0.3M塩化亜鉛溶液をホットスターラーにて600rpmで撹拌しながら0.6M水酸化ナトリウム水溶液を加え、水酸化亜鉛の沈殿を得た。その沈殿物を桐山ロート(KIRIYAMA、SU-60)、吸引鐘(KIRIYAMA、VKU-500、アズワン(株))、アスピレーター(A-3S、EYELA 東京理科器械(株))、及びろ紙(アズワン(株)、φ60mm、No.5C)を用いて吸引ろ過した。このようにして得た、沈殿物をMilli-Q水100mL中に分散させた。その後、塩酸を加えpHを6.5に調整し、600rpm、室温で3h撹拌した。撹拌後、溶液をテフロン(登録商標)容器に入れ、密閉し、定温乾燥機(ETTAS、EOP-450V)にて100℃で10時間、加熱処理を行った。その後、吸引ろ過し、室温で乾燥させた。乾燥後、生成物をめのう乳鉢で解砕し、白色粉末の生成物Fを得た。 0.3M zinc chloride solution was stirred at 600 rpm with a hot stirrer while 0.6M aqueous sodium hydroxide solution was added to obtain a zinc hydroxide precipitate. The precipitate was suction filtered using a Kiriyama funnel (KIRIYAMA, SU-60), a suction bell (KIRIYAMA, VKU-500, AS ONE Co., Ltd.), an aspirator (A-3S, EYELA Tokyo Rikakikai Co., Ltd.), and filter paper (AS ONE Co., Ltd., φ60 mm, No. 5C). The precipitate thus obtained was dispersed in 100 mL of Milli-Q water. Then, hydrochloric acid was added to adjust the pH to 6.5, and the mixture was stirred at 600 rpm and room temperature for 3 hours. After stirring, the solution was placed in a Teflon (registered trademark) container, sealed, and heated at 100°C for 10 hours in a constant temperature dryer (ETTAS, EOP-450V). It was then suction filtered and dried at room temperature. After drying, the product was crushed in an agate mortar to obtain product F as a white powder.
試験例1:XRDによる結晶相の同定
得られた生成物について、粉末X線回折法(XRD)により結晶相の同定を行った。測定はX線回折装置(RINT2200、リガク(株))で、ターゲットはCo、モノクロメータを使用し、分析ソフト(JADE6、リガク(株))で結晶相の同定を行った。生成物A、B及びCの測定条件は、スキャン範囲10~80°、サンプリング幅0.02°、スキャンスピード2.0°/min、印加電圧40kV、印加電流20mA、発光スリット1°、散乱スリット1°、受光スリット0.3mmとした。一方、生成物D、E及びFの測定条件は、スキャン範囲10~70°、サンプリング幅0.02°、スキャンスピード2.0°/min、印加電圧40kV、印加電流20mA、発光スリット1°、散乱スリット1°、受光スリット0.3mmとした。試料はめのう乳鉢で微細に粉砕し、深さ0.5mmのくぼみをつけたガラス板製20×18mm2の試料ホルダ(リガク(株))に試料を充填し、回折面が出るようにX線回折装置に取り付けて測定した。なお、測定において、内部標準法でピーク補正を行った。試料0.10gに対して金属シリコン(99.99%、三津和化学薬品(株))を0.05g混合、粉砕し、測定に供した。
Test Example 1: Identification of crystalline phase by XRD The crystalline phase of the obtained product was identified by powder X-ray diffraction (XRD). Measurement was performed using an X-ray diffractometer (RINT2200, Rigaku Co., Ltd.), a target of Co, a monochromator, and analysis software (JADE6, Rigaku Co., Ltd.) to identify the crystalline phase. The measurement conditions for products A, B, and C were a scan range of 10 to 80°, a sampling width of 0.02°, a scan speed of 2.0°/min, an applied voltage of 40 kV, an applied current of 20 mA, an emission slit of 1°, a scattering slit of 1°, and a receiving slit of 0.3 mm. On the other hand, the measurement conditions for products D, E, and F were a scan range of 10 to 70°, a sampling width of 0.02°, a scan speed of 2.0°/min, an applied voltage of 40 kV, an applied current of 20 mA, an emission slit of 1°, a scattering slit of 1°, and a receiving slit of 0.3 mm. The sample was finely ground in an agate mortar, and filled into a 20 x 18 mm2 glass sample holder (Rigaku Corp.) with a 0.5 mm deep indentation, and then attached to an X-ray diffractometer so that the diffraction plane was revealed. In the measurement, peak correction was performed using the internal standard method. 0.10 g of sample was mixed with 0.05 g of metallic silicon (99.99%, Mitsuwa Chemical Co., Ltd.), ground, and subjected to the measurement.
比較例1の生成物A、実施例1の生成物B及び実施例2の生成物Cの粉末X線回折図形を図1に示す。生成物A、生成物B及び生成物Cのピークは、ICDDデータの亜鉛アルミニウムカーボネートヒドロキシドハイドレート(Zn-Al LDH)の回折ピークと一致した。 The powder X-ray diffraction patterns of product A of Comparative Example 1, product B of Example 1, and product C of Example 2 are shown in Figure 1. The peaks of products A, B, and C matched the diffraction peaks of zinc aluminum carbonate hydroxide hydrate (Zn-Al LDH) from the ICDD data.
参考例1の生成物D、参考例2の生成物E及び参考例3の生成物Fの粉末X線回折図形を図2に示す。生成物D、生成物E及び生成物Fのピークは、ICDDデータのジンカイトの回折ピークと一致した。 The powder X-ray diffraction patterns of product D of Reference Example 1, product E of Reference Example 2, and product F of Reference Example 3 are shown in Figure 2. The peaks of products D, E, and F matched the diffraction peaks of zincite in the ICDD data.
試験例2:Hall Plotによる結晶子径の特定
X線回折図における各ピーク位置での半値幅から各試料の結晶子径の算出特定を行った。X線回折図におけるピークの幅及び強度は測定する粉末試料の結晶子サイズと格子歪みに依存する。そのため、XRDの積分強度計算により算出される各回折面での半値幅βhklは結晶子径由来の半値幅βD、格子歪み由来の半値幅βSから構成され、以下の式で表される。
Test Example 2: Identification of crystallite size by Hall Plot The crystallite size of each sample was calculated and identified from the half-width at each peak position in the X-ray diffraction pattern. The width and intensity of the peak in the X-ray diffraction pattern depend on the crystallite size and lattice distortion of the powder sample being measured. Therefore, the half-width β hkl at each diffraction plane calculated by the integrated intensity calculation of XRD is composed of the half-width β D derived from the crystallite size and the half-width β S derived from the lattice distortion, and is expressed by the following formula.
結晶子径由来の半値幅βD及び格子歪み由来の半値幅βSについて、Dを結晶子径[Å]、θを測定面のブラッグ角[rad]、KをScherrer定数(=0.94)、λを測定X線の波長((Co)=1.792[Å])として、 Regarding the half-width βD derived from the crystallite diameter and the half-width βS derived from the lattice distortion, D is the crystallite diameter [Å], θ is the Bragg angle [rad] of the measurement plane, K is the Scherrer constant (=0.94), and λ is the wavelength of the measurement X-ray ((Co)=1.792 [Å]),
と表すと、半値幅βhklは、以下のように変形できる。 Then, the half width β hkl can be transformed as follows:
つまり、切片から結晶子径、傾きから格子歪みを求めることができる。 In other words, the crystallite size can be determined from the intercept, and the lattice distortion can be determined from the inclination.
XRDにおいて測定する試料の各ピーク位置に関してピーク強度が出始めてから下がりきるまでの範囲を0.10°/minのスキャンスピードで測定し、その範囲を積分強度計算し、各ピーク位置(回折面)での半値幅βhklを算出する。そして、横軸を4sinθ、縦軸をβhklcosθとしたグラフを描く。描いたグラフの近似直線の切片をbとすると、 The range from when the peak intensity starts to appear until it drops off at each peak position of the sample measured in XRD is measured at a scan speed of 0.10°/min, the integrated intensity is calculated for that range, and the half-width βhkl at each peak position (diffraction plane) is calculated. Then, a graph is drawn with 4 sin θ on the horizontal axis and βhkl cos θ on the vertical axis. If the intercept of the approximation line of the drawn graph is b, then
と表すことができ、結晶子サイズを算出することができる(Solid State Sci.,13(1),251-256(2011))。 The crystallite size can be calculated using this formula (Solid State Sci., 13(1), 251-256 (2011)).
結晶子径の算出には、バックグランドを含めた積分強度を用いた。ピークが小さすぎると、XRDの積分強度計算においてピークとバックグラウンドとを混同してしまう可能性がある。そのため、Zn-Al LDH(生成物A、生成物B及び生成物C)の場合は2θ=10~80°の範囲に現れる15カ所のピークのうちICDDデータに記されているピーク強度が8以上(最大ピークの強度を100とする)の7カ所のピークを用いた。一方、ZnO(生成物D、生成物E及び生成物F)の場合は2θ=10~70°の範囲に現れる5か所のピーク全てを用いた。結晶方位毎の結晶子径ではなく平均値を求めた。 The crystallite size was calculated using the integrated intensity including the background. If the peak is too small, it may be confused with the background in the calculation of the integrated intensity of XRD. Therefore, in the case of Zn-Al LDH (products A, B, and C), of the 15 peaks appearing in the range of 2θ = 10 to 80°, 7 peaks with peak intensities of 8 or more (maximum peak intensity is 100) recorded in the ICDD data were used. On the other hand, in the case of ZnO (products D, E, and F), all 5 peaks appearing in the range of 2θ = 10 to 70° were used. The average value was calculated instead of the crystallite size for each crystal orientation.
Hall Plotに用いたピークの位置2θ、結晶面(hkl)、半値幅βhkl、4sinθ、βhklcosθの値を、比較例1の生成物A、実施例1の生成物B、実施例2の生成物Cについて表1に示す。また、比較例1の生成物A、実施例1の生成物B、実施例2の生成物Cについて横軸を4sinθ、縦軸をβhklcosθとした点と近似直線を図3に示す。また、近似直線の切片の値を(2.2)式に代入し、結晶子径を得た。比較例1の生成物A、実施例1の生成物B、実施例2の生成物Cの結晶子径は、それぞれ25.9nm、13.8nm、12.5nmであった。 The peak position 2θ, crystal plane (hkl), half width β hkl , 4 sin θ, and β hkl cos θ values used in the Hall Plot are shown in Table 1 for product A of Comparative Example 1, product B of Example 1, and product C of Example 2. In addition, the points and approximate straight lines with 4 sin θ on the horizontal axis and β hkl cos θ on the vertical axis for product A of Comparative Example 1, product B of Example 1, and product C of Example 2 are shown in FIG. 3. In addition, the intercept value of the approximate straight line was substituted into the formula (2.2) to obtain the crystallite size. The crystallite sizes of product A of Comparative Example 1, product B of Example 1, and product C of Example 2 were 25.9 nm, 13.8 nm, and 12.5 nm, respectively.
同様に、Hall Plotに用いたピークの位置2θ、結晶面(hkl)、半値幅βhkl、4sinθ、βhklcosθの値を、参考例1の生成物D、参考例2の生成物E、参考例3の生成物Fについて表2に示す。また、参考例1の生成物D、参考例2の生成物E、参考例3の生成物Fについて横軸を4sinθ、縦軸をβhklcosθとした点と近似直線を図4に示す。また、近似直線の切片の値を(2.2)式に代入し、結晶子径を得た。参考例1の生成物D、参考例2の生成物E、参考例3の生成物Fの結晶子径は、それぞれ48.2nm、31.2nm、24.1nmであった。 Similarly, the values of the peak position 2θ, crystal plane (hkl), half-width β hkl , 4 sin θ, and β hkl cos θ used in the Hall Plot are shown in Table 2 for product D of Reference Example 1, product E of Reference Example 2, and product F of Reference Example 3. In addition, the points and the approximate line with the horizontal axis being 4 sin θ and the vertical axis being β hkl cos θ for product D of Reference Example 1, product E of Reference Example 2, and product F of Reference Example 3 are shown in FIG. 4. In addition, the intercept value of the approximate line was substituted into the formula (2.2) to obtain the crystallite size. The crystallite sizes of product D of Reference Example 1, product E of Reference Example 2, and product F of Reference Example 3 were 48.2 nm, 31.2 nm, and 24.1 nm, respectively.
試験例3:SEM像観察及びEDSによる元素分析
各生成物をアルミニウム板10mm×10mmに導電テープ(7321、日新 EM(株))で固定し、24時間、室温で真空乾燥機(KVO-300、アズワン(株))を用いて乾燥させた。Osmium Plasma Coater(OPC60A、フィルジェン(株))を用い、酸化オスミウム(OSO4)を12nmコーティングした。電界放射型走査電子顕微鏡は、FE-SEM(JSM6500FS、日本電子(株))を用いた。また、比較例1の生成物A、実施例1の生成物B、実施例2の生成物Cに関して、ZnとAlとの比を求めるために元素分析を行った。元素分析はEDS(JSM-6460LA、日本電子(株))を用いた。簡易定量分析(ZAF法)で加速電圧25kV、真空度5.00×10-4Pa以下、照射電流10A、照射時間200sで行った。
Test Example 3: SEM image observation and elemental analysis by EDS Each product was fixed to an aluminum plate of 10 mm x 10 mm with conductive tape (7321, Nisshin EM Co., Ltd.) and dried at room temperature for 24 hours using a vacuum dryer (KVO-300, AS ONE Co., Ltd.). Using an Osmium Plasma Coater (OPC60A, Filgen Co., Ltd.), osmium oxide (OSO4) was coated to a thickness of 12 nm. The field emission scanning electron microscope used was FE-SEM (JSM6500FS, JEOL Co., Ltd.). In addition, elemental analysis was performed on Product A of Comparative Example 1, Product B of Example 1, and Product C of Example 2 to determine the ratio of Zn to Al. The elemental analysis was performed using EDS (JSM-6460LA, JEOL Co., Ltd.). Simplified quantitative analysis (ZAF method) was performed at an acceleration voltage of 25 kV, a degree of vacuum of 5.00×10 −4 Pa or less, an irradiation current of 10 A, and an irradiation time of 200 s.
比較例1の生成物A、実施例1の生成物B、実施例2の生成物CのSEM像及びEDSプロファイルを図5~7に、ZnとAlとの原子数の比を表3に示す。 SEM images and EDS profiles of product A of Comparative Example 1, product B of Example 1, and product C of Example 2 are shown in Figures 5 to 7, and the ratio of the number of Zn and Al atoms is shown in Table 3.
比較例1の生成物Aについて、SEM像から1μm前後の粒子が凝集しているように見える。ZnとAlの原子比は2.01であり、測定箇所によってばらつきが少なく所定の組成[Zn2+ 1-xAl3+ x(OH)2][(CO3 2-)x/2・mH2O](x=0.33)のハイドロタルサイト化合物が得られたことが理解できる。 The SEM image of product A in Comparative Example 1 shows the appearance of an aggregation of particles of about 1 μm. The atomic ratio of Zn to Al was 2.01, and it can be seen that there was little variation depending on the measurement location, and a hydrotalcite compound of the prescribed composition [Zn 2+ 1−x Al 3+ x (OH) 2 ][(CO 3 2− ) x/2 ·mH 2 O] (x = 0.33) was obtained.
実施例1の生成物Bについて、SEM像から粒子が凝集し、層を形成しているように見える。ZnとAlの原子比は2.19であり、仕込み量よりもZnが多く存在しており、一部、亜鉛の化合物が生成したと思われ、組成は[Zn2+ 1-xAl3+ x(OH)2][(CO3 2-)x/2・mH2O](x=0.31)であった。 The SEM image of product B in Example 1 shows that particles aggregated to form a layer. The atomic ratio of Zn to Al was 2.19, and there was more Zn than the amount charged. It is believed that some zinc compounds were formed, and the composition was [Zn 2+ 1-x Al 3+ x (OH) 2 ][(CO 3 2- ) x/2 ·mH 2 O] (x = 0.31).
実施例2の生成物Cについて、SEM像から1μm前後の粒子が凝集しているように見える。ZnとAlの原子比は2.32であり、仕込み量よりZnが多く存在しており、一部、亜鉛の化合物が生成したと思われ、組成は[Zn2+ 1-xAl3+ x(OH)2][(CO3 2-)x/2・mH2O](x=0.30)であった。 The SEM image of product C in Example 2 shows that particles of about 1 μm are aggregated. The atomic ratio of Zn to Al is 2.32, and there is more Zn than the charged amount. It is believed that some zinc compounds were generated, and the composition was [Zn 2+ 1-x Al 3+ x (OH) 2 ][(CO 3 2- ) x/2 ·mH 2 O] (x = 0.30).
参考例1の生成物D、参考例2の生成物E、参考例3の生成物FのSEM像を図8に示す。生成物Dは3~10μm程の板状の粒子が凝集し、生成物E及び生成物Fは1μm未満の粒子が凝集しているように見える。 Figure 8 shows SEM images of product D of Reference Example 1, product E of Reference Example 2, and product F of Reference Example 3. Product D appears to be an agglomeration of plate-like particles of about 3 to 10 μm, while products E and F appear to be an agglomeration of particles less than 1 μm.
試験例4:FT-IRスペクトル分析
フーリエ変換赤外分光装置(FT/IR-430、日本分光(株))で、測定範囲400~1400cm-1、積算回数100、分解能4cm-1として測定を行った。分析ソフト(Spectra Manager、日本分光(株))を用いてスペクトル解析を行った。測定試料はKBr剤法で作製した。KBr(特級、富士フイルム和光純薬(株))微粉末に対し0.1質量%の割合で試料を加えてめのう乳鉢で粉砕、よく混合した後、錠剤成形器に入れ、油圧成形器(MP-1、日本分光(株))で加圧した。
Test Example 4: FT-IR Spectroscopic Analysis Measurement was performed using a Fourier transform infrared spectrometer (FT/IR-430, JASCO Corporation) with a measurement range of 400 to 1400 cm −1 , an accumulation count of 100, and a resolution of 4 cm −1 . Spectral analysis was performed using analysis software (Spectra Manager, JASCO Corporation). The measurement sample was prepared by the KBr agent method. The sample was added to KBr (special grade, FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) fine powder at a ratio of 0.1% by mass, pulverized in an agate mortar, mixed well, and then placed in a tablet molder and pressed with a hydraulic molder (MP-1, JASCO Corporation).
図9に、比較例1の生成物A、実施例1の生成物B、実施例2の生成物CのFT-IRスペクトルを示す。3400cm-1付近に見られる吸収ピークは水酸基の水素結合の伸縮振動及び変角振動、2850~2950cm-1にかけて見られる吸収ピークは層間水とアニオンの水素結合、1360cm-1、1940cm-1及び790cm-1に見られる吸収ピークは炭酸イオン、618cm-1及び428cm-1に見られる吸収ピークはそれぞれAl-OH結合及びZn-OH結合の振動、552cm-1に見られる吸収ピークはAl-O結合の振動によるものである(Revista Brasilera de Ciencia do Solo,39(1),pp.1-13(2015)、Univ.for Science,11(1),pp.90-100(2015)、J.Nanoparticle Res.,2(3),293-298(2000)、J.Alloys and Compounds,539(1),154-160(2012))。 FIG. 9 shows FT-IR spectra of Product A of Comparative Example 1, Product B of Example 1, and Product C of Example 2. The absorption peak seen around 3400 cm -1 is due to the stretching and bending vibrations of hydrogen bonds of hydroxyl groups, the absorption peaks seen from 2850 to 2950 cm -1 are due to hydrogen bonds between interlayer water and anions, the absorption peaks seen at 1360 cm -1 , 1940 cm -1 , and 790 cm -1 are due to carbonate ions, the absorption peaks seen at 618 cm -1 and 428 cm -1 are due to the vibrations of Al-OH bonds and Zn-OH bonds, respectively, and the absorption peak seen at 552 cm -1 is due to the vibration of Al-O bonds (Revista Brasilera de Ciencia do Solo, 39(1), pp.1-13 (2015), Univ. for Science, 11(1), pp.90-100 (2015), J. Nanoparticles, vol. Res., 2(3), 293-298(2000), J. Alloys and Compounds, 539(1), 154-160(2012)).
実施例1の生成物Bでは、以上に加え、2924cm-1及び2854cm-1にも吸収ピークが見られた。ラウリン酸ナトリウム由来のCH2の伸縮振動によるものである(Univ.for Science,11(1),pp.90-100(2015))。 In addition to the above, Product B in Example 1 also showed absorption peaks at 2924 cm −1 and 2854 cm −1 . This was due to the stretching vibration of CH 2 derived from sodium laurate (Univ. for Science, 11(1), pp.90-100 (2015)).
実施例2の生成物Cでは、同様に2924cm-1及び2854cm-1に吸収ピークが見られ、オレイン酸由来のCH2の伸縮振動によるものである(Chem.Eng.J.,119(2-3),71-81(2006))。 Similarly, in the case of Product C of Example 2, absorption peaks were observed at 2924 cm −1 and 2854 cm −1 , which were due to the stretching vibration of CH 2 derived from oleic acid (Chem. Eng. J., 119 (2-3), 71-81 (2006)).
図10に参考例1の生成物D、参考例2の生成物E、参考例3の生成物FのFT-IRスペクトルを示す。 Figure 10 shows the FT-IR spectra of product D from Reference Example 1, product E from Reference Example 2, and product F from Reference Example 3.
参考例1の生成物Dについて、3400cm-1付近に見られる吸収ピークは水酸基の水素結合の伸縮振動及び変角振動、428cm-1に見られる吸収ピークはZn-OH結合の振動、457cm-1に見られる吸収ピークはZn-O結合の振動によるものである(J.Advanced Ceramics,2(3),260-265(2013)、Revista Brasilera de Ciencia do Solo,39(1),pp.1-13(2015)、J.Alloys and Compounds,539(1),154-160(2012))。 Regarding the product D of Reference Example 1, the absorption peak observed near 3,400 cm −1 is due to the stretching and bending vibrations of the hydrogen bond of the hydroxyl group, the absorption peak observed at 428 cm −1 is due to the vibration of the Zn—OH bond, and the absorption peak observed at 457 cm −1 is due to the vibration of the Zn—O bond (J. Advanced Ceramics, 2(3), 260-265 (2013), Revista Brasilera de Ciencia do Solo, 39(1), pp.1-13 (2015), J. Alloys and Compounds, 539(1), 154-160 (2012)).
参考例2の生成物E及び参考例3の生成物Fについては、428cm-1に見られる吸収ピークが見られず、水酸基の存在は認められなかった。 In the case of Product E of Reference Example 2 and Product F of Reference Example 3, no absorption peak was observed at 428 cm -1 , and the presence of a hydroxyl group was not confirmed.
試験例5:粒度分布測定
各生成物の粒度分布をレーザー回折/散乱式測定装置(LA920、(株)堀場製作所)を用いて測定した。分散媒には超純水(生成物A、生成物D、生成物E及び生成物F)又はイソプロピルアルコール(生成物B及び生成物C)を用いた。また粒子の凝集を防ぐため、装置内の超音波プローブで超音波振動(生成物A、生成物B及び生成物Cでは15分、生成物D、生成物E及び生成物Fでは5分)をかけて分散させた後測定した。分散媒に対する相対屈折率は、生成物Aでは1.10、生成物B及び生成物Cでは1.05、生成物D、生成物E及び生成物Fでは1.50であった。なお、レーザー回折/散乱式測定装置(LA920、(株)堀場製作所)の測定範囲の下限は200nmであり、一次粒子の凝集体である粉体(二次粒子)の粒径が測定できる。
Test Example 5: Particle Size Distribution Measurement The particle size distribution of each product was measured using a laser diffraction/scattering type measuring device (LA920, Horiba, Ltd.). Ultrapure water (product A, product D, product E, and product F) or isopropyl alcohol (product B and product C) was used as the dispersion medium. In order to prevent particle aggregation, the particles were dispersed by applying ultrasonic vibrations (15 minutes for product A, product B, and product C, and 5 minutes for product D, product E, and product F) with an ultrasonic probe in the device, and then the measurement was performed. The relative refractive index to the dispersion medium was 1.10 for product A, 1.05 for product B and product C, and 1.50 for product D, product E, and product F. The lower limit of the measurement range of the laser diffraction/scattering type measuring device (LA920, Horiba, Ltd.) is 200 nm, and the particle size of powder (secondary particles), which is an aggregate of primary particles, can be measured.
比較例1の生成物A、実施例1の生成物B、実施例2の生成物Cの粒度分布測定結果を図11及び表4に示す。 The particle size distribution measurement results for Product A of Comparative Example 1, Product B of Example 1, and Product C of Example 2 are shown in Figure 11 and Table 4.
比較例1の生成物Aの粒度分布のピークは粒径が0.51μm及び6.72μmの2か所に見られ、面積から約20%及び80%の割合である。このことから、一次粒子(結晶子)25.9nmからなる凝集体と思われる。 The particle size distribution of product A in Comparative Example 1 has two peaks at particle sizes of 0.51 μm and 6.72 μm, which account for approximately 20% and 80% of the area. This suggests that the product is an aggregate consisting of primary particles (crystallites) of 25.9 nm.
実施例1の生成物Bの粒度分布のピークは粒径が0.39μm及び8.82μmの2か所に見られ、それぞれ約60%及び40%の割合である。このことから、生成物Aと比較し粒径が小さい粒子の頻度が高く、ラウリン酸によって分散されたと考えられる。 The particle size distribution of product B in Example 1 had two peaks at particle sizes of 0.39 μm and 8.82 μm, accounting for approximately 60% and 40%, respectively. This suggests that there was a higher frequency of particles with smaller particle sizes compared to product A, and that these particles were dispersed by lauric acid.
実施例2の生成物Cの粒度分布のピークは粒径が0.39μm、10.10μm及び77.34μmの3か所に見られる。0.39μmの頻度が高いが、77.34にもピークがあり、オレイン酸の分散効果はラウリン酸と比べやや低いと思われる。 The particle size distribution of product C in Example 2 has three peaks at particle sizes of 0.39 μm, 10.10 μm, and 77.34 μm. The frequency of 0.39 μm is high, but there is also a peak at 77.34, and it appears that the dispersing effect of oleic acid is slightly lower than that of lauric acid.
参考例1の生成物D、参考例2の生成物E及び参考例3の生成物Fの粒度分布測定結果を図12及び表5に示す。 The particle size distribution measurement results for Product D of Reference Example 1, Product E of Reference Example 2, and Product F of Reference Example 3 are shown in Figure 12 and Table 5.
粒度分布のピークは、参考例1の生成物Dの場合は粒径が0.45μm及び5.87μmの2か所に、参考例2の生成物Eでは粒径が3.41μm及び5.12μmの2か所に、参考例3の生成物Fでは5.12μmの1か所に見られる。参考例2の生成物E及び参考例3の生成物Fは、参考例1の生成物Dと比較し、凝集性が高いが、粒度分布はある程度まとまったプロファイルを示し、比較的均一な凝集体が得られたと思われる。 The particle size distribution peaks are seen at two locations, at particle sizes of 0.45 μm and 5.87 μm, for Product D of Reference Example 1, two locations, at particle sizes of 3.41 μm and 5.12 μm, for Product E of Reference Example 2, and one location, at 5.12 μm, for Product F of Reference Example 3. Product E of Reference Example 2 and Product F of Reference Example 3 are more cohesive than Product D of Reference Example 1, but the particle size distribution shows a relatively uniform profile, suggesting that relatively uniform aggregates were obtained.
試験例6:硫化水素の吸着実験
(6-1)硫化水素水の作製
500mL四つ口フラスコの2つの側管にそれぞれシリコン栓及びガラス管付きシリコン栓を取り付けた。また、200mLの三角フラスコにMilli-Q水を150mL入れ、ガラス管及びバブリング管をシリコン栓に通して取り付けた。四つ口フラスコのガラス管と三角フラスコのバブリング管とをシリコンチューブ及び二方コックを介して接続した。また、三角フラスコのガラス管にはシリコンチューブを介して1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を満たしたガス洗浄瓶を接続した。ガス洗浄瓶にはシリコンチューブを介して塩化カルシウム管を取り付けた。
Test Example 6: Adsorption experiment of hydrogen sulfide (6-1) Preparation of hydrogen sulfide water A silicon stopper and a silicon stopper with a glass tube were attached to two side tubes of a 500 mL four-neck flask. In addition, 150 mL of Milli-Q water was placed in a 200 mL Erlenmeyer flask, and a glass tube and a bubbling tube were attached through the silicon stopper. The glass tube of the four-neck flask and the bubbling tube of the Erlenmeyer flask were connected via a silicon tube and a two-way cock. In addition, a gas washing bottle filled with 1 mol/L sodium hydroxide aqueous solution was connected to the glass tube of the Erlenmeyer flask via a silicon tube. A calcium chloride tube was attached to the gas washing bottle via a silicon tube.
四つ口フラスコに硫化鉄(1級、富士フイルム和光純薬(株))を分析天秤で3g秤量して入れた。また、分液漏斗から1mol/Lの希硫酸を15mL加え、硫化水素を発生させた。発生させた硫化水素を三角フラスコ内のMilli-Q水に通し、約15分間バブリングした。なお1mol/Lの希硫酸は硫酸(特級、富士フイルム和光純薬(株))をメスシリンダーで秤量し36倍に希釈した。またこれらの操作はドラフトチャンバー内で、ゴム手袋、保護メガネ及びガスマスクを装着して行った。 3 g of iron sulfide (first-grade, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was weighed out using an analytical balance and placed in a four-neck flask. 15 mL of 1 mol/L dilute sulfuric acid was added from a separating funnel to generate hydrogen sulfide. The generated hydrogen sulfide was passed through Milli-Q water in an Erlenmeyer flask and bubbled for approximately 15 minutes. The 1 mol/L dilute sulfuric acid was prepared by weighing sulfuric acid (special grade, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) into a measuring cylinder and diluting it 36 times. These operations were performed in a draft chamber while wearing rubber gloves, protective glasses, and a gas mask.
(6-2)吸着・採取装置
市販の200mL三角フラスコにネジ付側管を取り付けた。側管側にセプタム付ホールキャップ、他方にシリコン栓を介して分液漏斗を取り付け、撹拌子を入れた。(6-1)で調製した硫化水素水をホールピペットにて10mL及び15mL秤量し、Milli-Q水を加えてそれぞれ15倍及び10倍に希釈し、全容量150mLの硫化水素水(H2S水)を2種類調製した。調製直後はH2S水が気相と液相で平衡状態になろうとするため、気相及び液相共に逐一、硫化水素濃度が変化する。そのため平衡状態に早く移行させるためにホットスターラーを用いて室温、300rpmで60分撹拌した。
(6-2) Adsorption and collection device A screw-equipped side tube was attached to a commercially available 200 mL Erlenmeyer flask. A hole cap with a septum was attached to the side tube, and a separatory funnel was attached to the other side via a silicone plug, and a stirrer was placed in it. 10 mL and 15 mL of the hydrogen sulfide water prepared in (6-1) were weighed out with a volumetric pipette, and Milli-Q water was added to dilute them 15 times and 10 times, respectively, to prepare two types of hydrogen sulfide water (H 2 S water) with a total volume of 150 mL. Immediately after preparation, the H 2 S water tries to reach equilibrium between the gas phase and the liquid phase, so the hydrogen sulfide concentration changes in both the gas phase and the liquid phase. Therefore, in order to quickly transition to equilibrium, the solution was stirred at room temperature at 300 rpm for 60 minutes using a hot stirrer.
(6-3)吸着実験
生成物0.10gを分析天秤で秤量し、分析漏斗から二口フラスコ中のH2S水へ投下した。秤量前に定温乾燥機(DO-300PC、アズワン(株))中、80℃、18時間乾燥した。H2S水を撹拌し、0時間後、1時間後、2時間後、3時間後、4時間後、5時間後、6時間後又は18時間後にフラスコ中の気相部分(ヘッドスペース)又はH2S水溶液から、シリンジで気体又はH2S水溶液を採取した。気体はガスタイトシリンジ(MS-GAN025、(株)伊藤製作所)を用い30μL、H2S水はマイクロシリンジ(701N標準型PT-2 10μL,ハミルトン(株))により2μL採取した。採取した気体及びH2S水の濃度は炎光光度検出器付ガスクロマトグラフで測定した。なお、H2S水の採取にはソルベントフラッシュ注入法を用いた。ソルベントフラッシュ注入法とは、所定量のMilli-Q水1μL、空気、測定溶液(H2S水)2μL及び空気を順にシリンジ内に導入することで、針中の残存試料等を回避し、測定の誤差を抑えることができる。
(6-3) Adsorption experiment 0.10 g of the product was weighed on an analytical balance and dropped from an analytical funnel into H 2 S water in a two-neck flask. Before weighing, it was dried at 80° C. for 18 hours in a constant temperature dryer (DO-300PC, AS ONE Co., Ltd.). The H 2 S water was stirred, and gas or H 2 S aqueous solution was collected from the gas phase (head space) in the flask or the H 2 S aqueous solution after 0 hours, 1 hour, 2 hours, 3 hours, 4 hours, 5 hours, 6 hours, or 18 hours with a syringe. 30 μL of gas was collected using a gas-tight syringe (MS-GAN025, Ito Seisakusho Co., Ltd.), and 2 μL of H 2 S water was collected using a microsyringe (701N standard type PT-2 10 μL, Hamilton Co., Ltd.). The concentrations of the collected gas and H 2 S water were measured with a gas chromatograph equipped with a flame photometric detector. The H 2 S water was collected using the solvent flush injection method, which involves sequentially introducing into a
生成物A~Dを投入後の密閉容器中のH2S水とヘッドスペースとの全硫化物濃度変化を、15倍希釈のH2S水溶液を用いた場合は表6に、10倍希釈のH2S水溶液の場合は表7に示す。ブランクとして、試料なしの場合も記載している。 The change in total sulfide concentration in the H 2 S water and headspace in the sealed container after products A to D were added is shown in Table 6 when a 15-fold diluted H 2 S aqueous solution was used, and in Table 7 when a 10-fold diluted H 2 S aqueous solution was used. As a blank, the case without a sample is also shown.
投入前の密閉容器中の全硫化物濃度を100%とし、生成物A、生成物B及び生成物Cを投入した後の硫化物濃度の経時変化率を、15倍希釈のH2S水溶液(上図)及び10倍希釈のH2S水溶液(下図)の場合について図13に示す。 The total sulfide concentration in the sealed container before addition was taken as 100%, and the rate of change over time in the sulfide concentration after adding products A, B, and C is shown in Figure 13 for a 15-fold diluted H2S aqueous solution (upper figure) and a 10-fold diluted H2S aqueous solution (lower figure).
密閉容器のH2S水及びヘッドスペース、各々の硫化物濃度の経時変化を、15倍希釈のH2S水溶液の場合は図14に、10倍希釈のH2S水溶液の場合は図15に示す。 The change over time in the sulfide concentration in the H 2 S water and head space in the closed container is shown in FIG. 14 for the 15-fold diluted H 2 S aqueous solution, and in FIG. 15 for the 10-fold diluted H 2 S aqueous solution.
試料なしの場合、15倍希釈及び10倍希釈のいずれのH2S水溶液においてもヘッドスペース及びH2S水中ともに硫化物濃度は多少の増減はあるもののほとんど変化は見られなかった。 In the absence of a sample, the sulfide concentrations in both the headspace and H 2 S water increased or decreased slightly in both the 15-fold and 10-fold diluted H 2 S aqueous solutions, but hardly any change was observed.
図14及び15に示すように,生成物A、生成物B及び生成物Cについては、ヘッドスペース中の硫化物濃度は迅速に低下し0になった。生成物Dでは、他と比べてやや遅れて0に到達した。一方、H2S水中の硫化物濃度は、生成物A、生成物B、生成物C及び生成物Dいずれも、一定濃度まで下がると、その後ほとんど増減せず吸着平衡に達し濃度は0にならなかった。15倍希釈のH2S水を用いた場合に比べ、10倍希釈のH2S水を用いた場合の方が吸着平衡に達するまでに多くの時間を要した。このことから、各生成物について吸着可能な硫化物の総量はさらに多いと推測される。 As shown in Figures 14 and 15, for products A, B, and C, the sulfide concentration in the headspace quickly decreased to 0. For product D, it reached 0 slightly later than the others. On the other hand, for products A, B, C, and D, once the sulfide concentration in the H2S water decreased to a certain concentration, it hardly increased or decreased thereafter, reaching the adsorption equilibrium, and the concentration did not become 0. It took longer to reach the adsorption equilibrium when 10-fold diluted H2S water was used than when 15-fold diluted H2S water was used. From this, it is presumed that the total amount of sulfide that can be adsorbed for each product is even greater.
生成物A、生成物B及び生成物Cについて、図13に示すように15倍希釈H2S水の場合、生成物Aは投下後から硫化物濃度が1時間で34.5%まで、18時間後において14.4%まで減少した。生成物Bは1時間で27.8%、18時間で12.8%、生成物Cは1時間で28.2%、18時間で14.4%まで硫化物濃度は減少した。図13に示すように10倍希釈H2S水において、生成物Aは投下後から硫化物濃度が1時間で57.9%まで、18時間後において22.2%まで減少した。生成物Bは1時間で45.3%、18時間で16.3%、生成物Cは1時間で44.6%、18時間で20.8%まで硫化物濃度は減少した。特に生成物B及びCについては、いずれも投下から1時間で硫化物濃度は大きく減少した。例えば、10倍希釈のH2S水を用いた場合、生成物Aに比べ、生成物B及びCの方が、1時間後で約13%吸着速度に優れることが理解できる。生成物B及び生成物Cの一次粒子径が小さく、凝集体としての粉体も分散しており、接触面積が大きいため、吸着速度に差が生じたと思われる。 As shown in FIG. 13, in the case of 15-fold diluted H 2 S water, the sulfide concentration of product A decreased to 34.5% in 1 hour and to 14.4% in 18 hours after the addition. The sulfide concentration of product B decreased to 27.8% in 1 hour and to 12.8% in 18 hours, and the sulfide concentration of product C decreased to 28.2% in 1 hour and to 14.4% in 18 hours. As shown in FIG. 13, in the case of 10-fold diluted H 2 S water, the sulfide concentration of product A decreased to 57.9% in 1 hour and to 22.2% in 18 hours after the addition. The sulfide concentration of product B decreased to 45.3% in 1 hour and to 16.3% in 18 hours, and the sulfide concentration of product C decreased to 44.6% in 1 hour and to 20.8% in 18 hours. In particular, the sulfide concentrations of products B and C decreased significantly one hour after the addition. For example, when 10-fold diluted H2S water was used, it was understood that after 1 hour, products B and C had a higher adsorption rate by about 13% than product A. The difference in adsorption rate is considered to be due to the fact that products B and C have small primary particle sizes, the powder as aggregates is also dispersed, and the contact area is large.
生成物D、生成物E及び生成物Fについて、15倍希釈H2S水において、生成物Dは投下後から硫化物濃度が1時間で62.6%まで、18時間後において32.2%まで減少した。また、10倍希釈H2S水において生成物Dは投下後から硫化物濃度が1時間で61.8%まで、18時間後において31.6%まで減少した。生成物Eは1時間で36.7%、18時間で23.6%、生成物Fは1時間で33.8%、18時間で20.2%まで硫化物濃度は減少した。生成物Dと比べ、生成物E及び生成物Fの方が早く減少し、1時間後で15倍希釈H2S水では約40%、10倍希釈H2S水では約25%の差が見られる。これらのことと試験例2の結晶子径、試験例5の粒度分布の測定結果から、生成物Dはより小さな粒子もあるが、大きな粒子をかなり含み、それより小さく、均一な粒子径を持つ生成物E及び生成物Fの方が、吸着に有利なためと思われる。 Regarding products D, E and F, in the case of 15-fold diluted H2S water, the sulfide concentration of product D decreased to 62.6% in 1 hour after the addition, and to 32.2% in 18 hours. In the case of 10-fold diluted H2S water, the sulfide concentration of product D decreased to 61.8% in 1 hour after the addition, and to 31.6% in 18 hours. The sulfide concentration of product E decreased to 36.7% in 1 hour, and to 23.6% in 18 hours, while the sulfide concentration of product F decreased to 33.8% in 1 hour, and to 20.2% in 18 hours. Compared to product D, products E and F decreased more quickly, with a difference of about 40% in 15-fold diluted H2S water and about 25% in 10-fold diluted H2S water after 1 hour. From these facts and the measurement results of the crystallite size in Test Example 2 and the particle size distribution in Test Example 5, it is believed that although Product D contains smaller particles, it also contains a considerable amount of large particles, and that Products E and F, which have smaller and more uniform particle sizes, are more advantageous for adsorption.
硫化物吸着量は生成物投下から18時間後においては、生成物D<生成物A≒生成物E≒生成物F<生成物C<生成物Bという結果になった。生成物0.1gに含まれるZnの量はZn-Al LDH(生成物A、生成物B及び生成物C)では0.038gであり、ZnO(生成物E及び生成物F)では0.080gと多いが、生成物Aと生成物E及びFとは同等の吸着量を示している。硫化物吸着量は含有されるZnの量ではなく、接触面に露出しているZnの量に依存すると思われる。生成物Aは層状構造を持ち、層間に露出したZnとの接触のため、よりZnが多い生成物E及び生成物Fと同等の吸着量を示している。つまり、生成物B及び生成物Cは、さらに吸着性能に優れていることが理解できる。 18 hours after the product was added, the sulfide adsorption amount was Product D < Product A ≒ Product E ≒ Product F < Product C < Product B. The amount of Zn contained in 0.1 g of product was 0.038 g for Zn-Al LDH (Product A, Product B, and Product C), and 0.080 g for ZnO (Product E and Product F), which is high, but Product A, Product E, and Product F show the same adsorption amount. The sulfide adsorption amount is thought to depend not on the amount of Zn contained, but on the amount of Zn exposed on the contact surface. Product A has a layered structure, and due to contact with the Zn exposed between the layers, it shows the same adsorption amount as Product E and Product F, which contain more Zn. In other words, it can be understood that Product B and Product C have even better adsorption performance.
吸着速度に関して、同等の結晶子サイズ及びメジアン径を持つ生成物Aと生成物Fとを比較すると、1時間後の硫化物濃度は生成物Fの方が低いが、18時間後においては同程度の濃度となる。ZnOは表面吸着であるが、Zn-Al LDHは表面吸着後、硫化物は層間に移動し、アニオン交換、層間水と遊離H2Sとの交換が進むと思われる。 Regarding the adsorption rate, when product A and product F, which have the same crystallite size and median diameter, are compared, the sulfide concentration after 1 hour is lower in product F, but after 18 hours, the concentrations are about the same. ZnO is surface adsorbed, but after surface adsorption of Zn-Al LDH, it is believed that sulfide migrates to the interlayer, where anion exchange and exchange between interlayer water and free H2S proceed.
試験例7:吸着試験後の試料の分析
(7-1)XRD
生成物A、生成物B及び生成物Cの試験例6における吸着実験前後のX線回折図形を図16に示す。内部標準として金属シリコンを用いた。いずれも吸着実験前後でピーク位置にシフトはほとんど見られない。LDHの層間のアニオンである炭酸イオンCO3
2-及び水と、硫化水素イオンHS-と遊離H2Sとの置換が考えられ、チャージバランスから1つのCO3
2-と2つのHS-とが置換するが、占有サイズの差が小さいためと思われる。
Test Example 7: Analysis of Samples after Adsorption Test (7-1) XRD
X-ray diffraction patterns of products A, B and C before and after the adsorption experiment in Test Example 6 are shown in Figure 16. Metallic silicon was used as the internal standard. In all cases, almost no shift in peak position was observed before and after the adsorption experiment. This is thought to be due to the replacement of carbonate ions CO3 2- and water, which are anions between the layers of LDH, with hydrogen sulfide ions HS- and free H2S , and although one CO3 2- is replaced with two HS- due to charge balance, this is thought to be because the difference in occupied size is small.
生成物D、生成物E及び生成物Fの吸着実験前後のX線回折図形を図17に示す。内部標準として金属シリコンを用いた。硫化物吸着前後でピークシフトや不明なピークは見られず、ZnSに相当するピークも見当たらない。硫化物は粒子表面又は粒子間に吸着したと考えられる。 Figure 17 shows the X-ray diffraction patterns of products D, E, and F before and after the adsorption experiment. Metallic silicon was used as the internal standard. No peak shifts or unknown peaks were observed before and after sulfide adsorption, and no peaks corresponding to ZnS were found. It is believed that sulfide was adsorbed on the particle surface or between particles.
(7-2)SEM像観察及びEDSによる元素分析
生成物A、生成物B及び生成物Cの硫化物吸着実験後のSEM像及びEDSプロファイルを図18~20、Zn及びAlの原子数の比を表8に示す。
(7-2) SEM Image Observation and EDS Elemental Analysis SEM images and EDS profiles of products A, B, and C after the sulfide adsorption experiment are shown in FIGS.
いずれもEDSプロファイルにおいて微量であるがSが検出された。ZnとAlとの比は生成物A、生成物B及び生成物Cで、それぞれ2.46、2.39及び2.30であり、組成はそれぞれ、[Zn2+ 1-xAl3+ x(OH)2][(CO3 2-)x/2・mH2O](x=0.29)、[Zn2+ 1-xAl3+ x(OH)2][(CO3 2-)x/2・mH2O](x=0.29)、[Zn2+ 1-xAl3+ x(OH)2][(CO3 2-)x/2・mH2O](x=0.30)であった。 In all cases, trace amounts of S were detected in the EDS profiles. The Zn to Al ratios were 2.46, 2.39 and 2.30 for product A, product B and product C, respectively, and the compositions were [Zn 2+ 1-x Al 3+ x (OH) 2 ][(CO 3 2- ) x/2 ·mH 2 O] (x = 0.29), [Zn 2+ 1-x Al 3+ x (OH) 2 ][(CO 3 2- ) x/2 ·mH 2 O] (x = 0.29), [Zn 2+ 1-x Al 3+ x (OH) 2 ][(CO 3 2- ) x/2 ·mH 2 O] (x = 0.30), respectively.
生成物D、生成物E及び生成物Fの硫化物吸着実験後のSEM像及びEDSプロファイルを図21~23に示す。いずれもEDSプロファイルからSは検出されなかった。 Figures 21 to 23 show SEM images and EDS profiles of products D, E, and F after sulfide adsorption experiments. No S was detected in the EDS profiles in any of the cases.
SEM/EDS分析は、高真空下で行われ、電子線が試料表面に照射されるため、表面に付着した硫化物は速やかに脱離する。一方、Zn-Al LDHの層間でイオン及び分子交換された硫化物は脱離せずに検出されたと思われ、生成物A、生成物B及び生成物Cと生成物D、生成物E及び生成物Fで明確な違いが生じたと思われる。つまり、生成物D、生成物E及び生成物Fと比較し、生成物A、生成物B及び生成物Cでは硫化水素を強固に吸着することが理解できる。 SEM/EDS analysis is performed under high vacuum, and the sample surface is irradiated with an electron beam, so sulfides attached to the surface are quickly desorbed. On the other hand, sulfides that were ion- and molecular-exchanged between the layers of Zn-Al LDH are thought to have been detected without being desorbed, and a clear difference appears to have arisen between products A, B, and C and products D, E, and F. In other words, it can be seen that hydrogen sulfide is more strongly adsorbed in products A, B, and C than in products D, E, and F.
Claims (12)
[Zn2+ 1-xAl3+ x(OH)2][(An-)x/n・mH2O] (1)[式中、0<x<1を示す。An-は陰イオンを示す。nは1又は2を示す。mは1以上の整数を示す。]
で表される組成を有する、請求項1に記載の液相中の揮発性硫黄化合物吸着剤。 The hydrotalcite compound is represented by the general formula (1):
[Zn 2+ 1-x Al 3+ x (OH) 2 ][(A n- ) x/n ·mH 2 O] (1) [wherein, 0<x<1. A n- represents an anion. n represents 1 or 2. m represents an integer of 1 or more.]
The adsorbent for volatile sulfur compounds in a liquid phase according to claim 1, having a composition represented by the formula:
亜鉛塩及びアルミニウム塩を含む水溶液と、界面活性剤を含む水溶液とを混合する工程を備える、製造方法。 A method for producing an adsorbent for volatile sulfur compounds in a liquid phase according to any one of claims 1 to 4 , comprising the steps of:
A manufacturing method comprising a step of mixing an aqueous solution containing a zinc salt and an aluminum salt with an aqueous solution containing a surfactant.
液相中で、液相中の揮発性硫黄化合物と、請求項1~4のいずれか1項に記載の液相中の揮発性硫黄化合物吸着剤とを接触させる工程
を備える、方法。 1. A method for adsorbing volatile sulfur compounds in a liquid phase, comprising:
A method comprising the step of contacting, in the liquid phase, volatile sulfur compounds in the liquid phase with the adsorbent for volatile sulfur compounds in the liquid phase according to any one of claims 1 to 4 .
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