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JP7820811B2 - Porous silica, method for producing porous silica, metal honeycomb circulation body, and method for producing metal honeycomb circulation body - Google Patents
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JP7820811B2 - Porous silica, method for producing porous silica, metal honeycomb circulation body, and method for producing metal honeycomb circulation body - Google Patents

Porous silica, method for producing porous silica, metal honeycomb circulation body, and method for producing metal honeycomb circulation body

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JP7820811B2 JP2022070930A JP2022070930A JP7820811B2 JP 7820811 B2 JP7820811 B2 JP 7820811B2 JP 2022070930 A JP2022070930 A JP 2022070930A JP 2022070930 A JP2022070930 A JP 2022070930A JP 7820811 B2 JP7820811 B2 JP 7820811B2
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Description

本発明は、150℃以上の高沸点溶剤からなる重質VOCが、大量に吸収濃縮を可能にする多孔質シリカの有効な技術である。さらには、前記重質VOCを高効率に吸収濃縮後、加熱浄化再生し、冷却のサイクルを繰り返す、本発明の多孔質シリカをコーティングされてなるメタルハニカム流通体を提供する。 The present invention is an effective porous silica technology that enables the absorption and concentration of large amounts of heavy VOCs consisting of high-boiling point solvents with a boiling point of 150°C or higher. Furthermore, the present invention provides a metal honeycomb flow-through body coated with the porous silica of the present invention, which can be used to highly efficiently absorb and concentrate the heavy VOCs, then heat, purify, regenerate, and cool repeatedly.

VOC(揮発性有機化合物)のなかでも、沸点が150℃以上の高沸点溶剤は、蒸発速度が遅く、強い溶解力を持っていて、樹脂等の溶質の相溶性が高く沈殿を防ぐ特性を有している。塗料用溶剤のリターダーとして塗装面の平滑度を向上させ、白化現象を防ぎ光沢を与えることができる。 Among VOCs (volatile organic compounds), high-boiling solvents with boiling points of 150°C or higher have a slow evaporation rate, strong dissolving power, and high compatibility with solutes such as resins, preventing precipitation. As a retarder for paint solvents, they can improve the smoothness of painted surfaces, prevent whitening, and add gloss.

近年、5世代スマートフォン、ノートパソコンおよび自動運転やコネクテッド自動車向けに、電子部品に大容量で小型化の需要が高まっている。 In recent years, there has been growing demand for high-capacity, miniaturized electronic components for fifth-generation smartphones, laptops, and autonomous and connected vehicles.

なかでも、コンデンサーは、一時的に電気を蓄える機能を持った電子部品で、電流に含まれるノイズを取り除いたり、必要な信号だけを取り出したり、直流をカットし交流だけを通したりと、電子回路の中でさまざまな形で電気および電波を扱う機器には必ず使われ、スマートフォンでは約800個/台、ノートパソコンでは約900個/台、自動車では約1,000個/台程度が搭載されている。 Capacitors, in particular, are electronic components with the function of temporarily storing electricity, and are used in all devices that handle electricity and radio waves in various ways within electronic circuits, for purposes such as removing noise contained in electric current, extracting only necessary signals, and cutting off direct current and allowing only alternating current to pass. There are approximately 800 capacitors per smartphone, approximately 900 per laptop, and approximately 1,000 per automobile.

従来、コンデンサーは、タンタルやアルミ電解といった他素材が用いられてきたが、今日では、誘電体からなる積層セラミックスが、小型化、低背化、大容量化、高信頼性化、低損失化、環境対応の観点で主流となって、全世界で1年間に使われるセラミックコンデンサーの数は約2兆数千億個までに至っている。 Traditionally, capacitors have been made from other materials such as tantalum and aluminum electrolytic capacitors, but today, dielectric multilayer ceramics have become mainstream due to their compact size, low profile, high capacitance, high reliability, low loss, and environmental friendliness, and the number of ceramic capacitors used worldwide each year has reached approximately 2 trillion units.

積層セラミックコンデンサーの大容量化には、多層化することが必要であって、誘電体セラミックス層および電極層ともに0.8μm薄膜で積層ずれおよび構造欠陥がないよう、精密に多層化する必要がある。 Increasing the capacitance of multilayer ceramic capacitors requires multi-layering, and both the dielectric ceramic layer and the electrode layer must be 0.8 μm thin and precisely multi-layered to avoid misalignment or structural defects.

積層セラミックコンデンサーの多層化は、バインダー樹脂(メタアクリル樹脂)、極性有機溶剤および金属粉末(Ni、Al、Ag、Cu、Pd、Cr、Fe、およびCo、または、それらから選ばれる合金)からなる導電性ペーストをセラミックグリーシート上に、スクリーン印刷等で塗布され積層させる。 To create multilayer ceramic capacitors, a conductive paste consisting of binder resin (methacrylic resin), polar organic solvent, and metal powder (Ni, Al, Ag, Cu, Pd, Cr, Fe, and Co, or an alloy selected from these) is applied to a ceramic green sheet using screen printing or other methods, and then laminated.

沸点が150℃以上の高沸点溶剤からなる重質VOCが製造過程で使用される用途一例として、前記導電性ペーストに含まれる極性有機溶剤が挙げられ、前記バインダー樹脂と溶解パラメータの差が0~3(J/cm)により塗膜の平滑性を得られる点で、酢酸ヘキシル、テルピネオール等の高沸点溶剤が用いられる。 An example of an application in which heavy VOCs consisting of high-boiling point solvents with a boiling point of 150°C or higher are used in the manufacturing process is the polar organic solvent contained in the conductive paste. High-boiling point solvents such as hexyl acetate and terpineol are used because they have a difference in solubility parameter of 0 to 3 (J/cm 3 ) from the binder resin, thereby achieving smoothness of the coating film.

そこで、吸収法によるVOC分離は、空気からVOCを分離する工程を必然的に含むことから、酸素存在下で吸収剤を使用することになる。しかし、吸収性能の高い活性炭及び分子ふるい炭素(Molecular Sieving Carbon、以下MSCと言う)MSCは、シリカ、アルミナ、シリカ-アルミナ、ゼオライト等の無機酸化物よりもVOCを多量に吸収できるものの、可燃性であるため、酸素存在下での使用は、安全上から好ましくない。寧ろ、安全上の観点からは、非可燃性の無機酸化物系吸収剤、例えばシリカ、アルミナ、ゼオライト、シリカ-アルミナ等が好ましい。更に言えば、活性炭及びMSCに比べてVOC吸収量の小さい無機酸化物系吸収剤を使わざるを得ないことが、VOCプロセスを開発の上でネックの一つとなっている。従って、吸収法によりVOCを回収するためには、非可燃性の無機酸化物系吸収剤であって、特に、沸点が150℃以上の高沸点溶剤からなる重質VOCに適した動的吸収量の高い新規な構成の吸収剤が必要であるが、今のところ確立されていない。 Therefore, VOC separation using absorption methods necessarily involves a process of separating VOCs from air, which requires the use of absorbents in the presence of oxygen. However, while activated carbon and molecular sieving carbon (MSC) have high absorption capabilities and can absorb larger amounts of VOCs than inorganic oxides such as silica, alumina, silica-alumina, and zeolite, their flammability makes their use in the presence of oxygen undesirable from a safety perspective. Rather, from a safety perspective, non-flammable inorganic oxide absorbents, such as silica, alumina, zeolite, and silica-alumina, are preferable. Furthermore, the necessity to use inorganic oxide absorbents with lower VOC absorption capacity than activated carbon and MSC presents a bottleneck in the development of VOC processes. Therefore, to recover VOCs using absorption methods, a non-flammable inorganic oxide absorbent, particularly one with a novel composition that has a high dynamic absorption capacity suitable for heavy VOCs composed of high-boiling-point solvents with a boiling point of 150°C or higher, is required; however, such an absorbent has not yet been established.

多孔質シリカは、有害な揮発性有機物を除去するための吸収材として応用が期待されている。代表的な応用用途である排気ガスの処理などに用いる場合、流通するガス中から目的成分を吸収しなければならないため、強い吸収力が要求される。この目的のためには、吸収材はVOC動的分子径の1~1.2倍以下の細孔直径を有することが好ましい。150℃以下の中沸点溶剤である中質VOCは、例えば、トルエンおよびメチルシクロヘキサンの動的分子径が、約0.62nmであるのに対し、150℃以上の高沸点溶剤からなる重質VOCの多くは動的分子径が0.8nm~1nmと大きいため、吸収材は0.8~1.15nm程度のマイクロ細孔直径を多く有することが好ましく、かつ、細孔壁厚さが薄くマイクロ細孔容積が大きいことが吸収容量に寄与する。 Porous silica is expected to be used as an absorbent for removing harmful volatile organic compounds. When used in a typical application, such as exhaust gas treatment, it must absorb target components from the flowing gas, requiring strong absorption capacity. For this purpose, the absorbent preferably has a pore diameter 1 to 1.2 times the VOC kinetic molecular diameter. Medium VOCs, which are medium-boiling point solvents below 150°C, have a kinetic molecular diameter of approximately 0.62 nm, for example, toluene and methylcyclohexane. Meanwhile, many heavy VOCs, which are high-boiling point solvents above 150°C, have a larger kinetic molecular diameter of 0.8 to 1 nm. Therefore, it is preferable for the absorbent to have many micropore diameters of approximately 0.8 to 1.15 nm. Furthermore, thin pore wall thickness and large micropore volume contribute to the absorption capacity.

4級アンモニウム塩からなるカチオン性界面活性剤は、有害性が高く環境負荷も高いため安全性の観点から、ポリエチレンオキシド(PEO)-ポリプロピレンオキシド(PPO)-ポリエチレンオシキド(PEO)を含むトリブロック共重合体が好ましく、マイクロ細孔平均直径0.8~1.15nm程度にするためには、会合ミセルの直径を0.8nm~1nmに制御して、マイクロ細孔を多く有する多孔質シリカを合成する必要がある。 Cationic surfactants made from quaternary ammonium salts are highly toxic and have a high environmental impact, so from a safety perspective, triblock copolymers containing polyethylene oxide (PEO)-polypropylene oxide (PPO)-polyethylene oxide (PEO) are preferred. To achieve an average micropore diameter of approximately 0.8 to 1.15 nm, it is necessary to control the diameter of the associated micelles to 0.8 to 1 nm and synthesize porous silica with many micropores.

多孔性材料の吸収分離ならびに触媒能が、細孔の化学的表面特性、その形と大きさおよびその均一性に大きく依存することから、多孔性材料は、細孔の大きさ(細孔直径)によってIUPACによって分類される。 Because the absorption/separation and catalytic activity of porous materials depends heavily on the chemical surface properties of the pores, their shape, size, and uniformity, porous materials are classified by the IUPAC according to the size of their pores (pore diameter).

特許文献1において、アルコール系溶剤を用いずにアルコキシシランと低分子量のカチオン性界面活性剤をそのまま混合し、反応剤として水を添加してpHを調整することで得られる前駆体溶液をゲル化させてシリカを形成する多孔質シリカの製造方法が提案されている。 Patent Document 1 proposes a method for producing porous silica in which an alkoxysilane and a low-molecular-weight cationic surfactant are mixed directly without using an alcohol-based solvent, and water is added as a reactant to adjust the pH. The resulting precursor solution is then gelled to form silica.

この特許文献1によれば、前記カチオン性界面活性剤としては、炭素数18~炭素数14のオクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、テトラデシルトリメチルアンモニウムブロミドは、メソ細孔の存在が確認され、炭素 数12以下のドデシルトリメチルアンモニウムブロミド、デシルトリメチルアンモニウムブロミド、オクチルトリメチルアンモニウムブロミド、ヘキシルトリメチルアンモニウムブロミド、ブチルトリメチルアンモニウムクロライドは、マイクロ細孔の存在が確認されたとある。 According to Patent Document 1, among the cationic surfactants, octadecyltrimethylammonium chloride, hexadecyltrimethylammonium chloride, and tetradecyltrimethylammonium bromide, which have 18 to 14 carbon atoms, have been confirmed to have mesopores, while dodecyltrimethylammonium bromide, decyltrimethylammonium bromide, octyltrimethylammonium bromide, hexyltrimethylammonium bromide, and butyltrimethylammonium chloride, which have 12 or fewer carbon atoms, have been confirmed to have micropores.

さらに、前記炭素数12以下のカチオン性界面活性剤を用いて得られマイクロ細孔を有する多孔質シリカは、トルエンの吸収性能が向上することが示されている。そのなかでも、炭素数6のヘキシルトリメチルアンモニウムブロミドが最もトルエンの吸収性能を高く、さらに、有機シランを加えるとトルエンの吸収性能を高くなるとの記述がある。 Furthermore, it has been shown that porous silica with micropores obtained using the cationic surfactants with 12 or fewer carbon atoms has improved toluene absorption performance. Among these, hexyltrimethylammonium bromide with 6 carbon atoms has the highest toluene absorption performance, and it has also been reported that the addition of an organic silane further enhances toluene absorption performance.

しかしながら、特許文献1の前記マイクロ細孔の存在を有する実施例において、炭素数6の実施例が、マイクロ細孔平均直径が1.12nmであって、0.80nm~1.15nmの範囲では全細孔容積が0.32cm/gが最大であった。当然ながら、マイクロ細孔容積は、その全細孔容積の一部であることから、0.32cm/gより少ない。 However, in the examples of Patent Document 1 having the presence of micropores, the example having 6 carbon atoms has an average micropore diameter of 1.12 nm, and in the range of 0.80 nm to 1.15 nm, the maximum total pore volume was 0.32 cm 3 /g. Naturally, the micropore volume is a part of the total pore volume, and therefore is less than 0.32 cm 3 /g.

一方、有機シランを加えた炭素数8の実施例において、マイクロ細孔平均直径が0.99nmであって、0.80nm~1.15nmの範囲では全細孔容積0.25cm/gが最大であった。 On the other hand, in the example with 8 carbon atoms to which organic silane was added, the average micropore diameter was 0.99 nm, and the maximum total pore volume was 0.25 cm 3 /g in the range of 0.80 nm to 1.15 nm.

特許文献1では、前記炭素数12以下のカチオン性界面活性剤を用いて、マイクロ細孔を主に有する多孔質シリカが得られているものの、重質VOCに最適なマイクロ細孔平均細孔直径が0.80nm~1.15nmの範囲では、マイクロ細孔容積が示されていないが、マイクロ細孔容積とメソ細孔容積との総和からなる全細孔容積が少ないことから、重質VOCに最適なマイクロ細孔容積が得られていないことが実施例から示唆される。 In Patent Document 1, porous silica primarily having micropores is obtained using the cationic surfactant with 12 or fewer carbon atoms. However, the micropore volume is not shown in the range of 0.80 nm to 1.15 nm, the average micropore diameter optimal for heavy VOCs. However, the total pore volume, which is the sum of the micropore volume and mesopore volume, is small, and the examples suggest that the optimal micropore volume for heavy VOCs is not obtained.

次に、酸性水溶液、非イオン性界面活性剤、ケイ酸エステル及び水を含む混合液を金属塩の存在下で、混合し30℃以上50℃未満で、30分~2時間攪拌し、生成する反応懸濁液を30~100℃で、30分~10時間熟成した後、得られる繊維状シリカ前駆体を濾別し、ついで該前駆体中の非イオン界面活性剤を除去することにより、0.10~0.25cm/gのマイクロ孔容量を有し、長さが均一で高単分散性を有する、繊維状多孔質シリカ粒子を得ることを特徴とする繊維状多孔質シリカ粒子の製造方法が特許文献2に提案されている。 Patent Document 2 proposes a method for producing fibrous porous silica particles, which comprises mixing a mixed solution containing an acidic aqueous solution, a nonionic surfactant, a silicic acid ester, and water in the presence of a metal salt, stirring the mixture at 30°C or higher but lower than 50°C for 30 minutes to 2 hours, aging the resulting reaction suspension at 30 to 100°C for 30 minutes to 10 hours, filtering the resulting fibrous silica precursor, and then removing the nonionic surfactant from the precursor, thereby obtaining fibrous porous silica particles having a micropore volume of 0.10 to 0.25 cm 3 /g, uniform length, and high monodispersity.

この特許文献2よれば、非イオン性界面活性剤において、特に、トリブロック共重合体(PEO-PPO-PEO)において、その重量平均分子量は約4000乃至約8000であることが望ましいとある。実施例においては、重量平均分子量5800、総分子量中のPEOが30%であるプルロニックP123のみが示唆されている。 According to Patent Document 2, it is desirable for nonionic surfactants, particularly triblock copolymers (PEO-PPO-PEO), to have a weight-average molecular weight of approximately 4,000 to approximately 8,000. In the examples, only Pluronic P123, which has a weight-average molecular weight of 5,800 and 30% PEO of the total molecular weight, is suggested.

マイクロ細孔容積が大きい程、高い吸収能を発言すると記述されているが、実施例を見れば、全細孔容積が0.70~0.90cm/gに対し、マイクロ細孔容積が0.10~0.17cm/gとマイクロ細孔の割合が少なく、細孔直径が6.07~7.22nmとあり、メソ細孔が主体の多孔質シリカである。 It is stated that the larger the micropore volume, the higher the absorption capacity, but looking at the examples, the total pore volume is 0.70 to 0.90 cm 3 /g, while the micropore volume is 0.10 to 0.17 cm 3 /g, so the proportion of micropores is small, and the pore diameter is 6.07 to 7.22 nm, meaning that the porous silica is mainly composed of mesopores.

トリブロック共重合体(PEO-PPO-PEO)を用いて、マイクロ細孔が主体の多孔質シリカについて何ら示唆もされていない。 There has been no suggestion of using triblock copolymers (PEO-PPO-PEO) to produce porous silica primarily composed of micropores.

特許文献3には、細孔径2nm以下のマイクロ細孔を0.25cm/g以上の細孔容積で有し、BET比表面積が600m/g以上、BET解析法によるC定数が450以上、 且つ粒径が20乃至500μmの球状粒子からなることを特徴とする球状マイクロポアシリカ多孔質粒子が提案されている。 Patent Document 3 proposes spherical micropore silica porous particles characterized by having micropores with a pore diameter of 2 nm or less and a pore volume of 0.25 cm 3 /g or more, a BET specific surface area of 600 m 2 /g or more, a C constant measured by BET analysis of 450 or more, and a particle diameter of 20 to 500 μm.

前記特許文献3によれば、非イオン性界面活性剤の存在下でアルカリ珪酸塩水溶液と鉱酸とを混合攪拌し、5℃乃至35℃の温度で反応を行ない、生成した球状粒子中から非イオン性界面活性剤を除去することにより球状マイクロ細孔のシリカ多孔質粒子を製造する方法であって、前記鉱酸を、SiO換算で、前記アルカリ珪酸塩1モル当たり3.5乃至10モルに相当する量で使用し、前記非イオン性界面活性剤として、ポリエチレンオキシド-ポリプロピレンオキシド-ポリエチレンオキシド(PEO-PPO-PEO)またはポリエチレンオキシド-ポリブチレンオキシド-ポリエチレンオキシド(PEO-PBO-PEO)のトリブロック共重合体であって、分子量が4,500乃至16,000で、全分子量に占める親水部(PEO)の割合が75%以上のものを使用することを特徴とする球状マイクロポアシリカ多孔質粒子の製造方法が提供されるとある。 According to Patent Document 3, there is provided a method for producing spherical microporous silica particles by mixing and stirring an aqueous alkali silicate solution and a mineral acid in the presence of a nonionic surfactant, carrying out a reaction at a temperature of 5°C to 35°C, and removing the nonionic surfactant from the resulting spherical particles, wherein the mineral acid is used in an amount equivalent to 3.5 to 10 moles per mole of the alkali silicate in terms of SiO2 , and the nonionic surfactant is a triblock copolymer of polyethylene oxide-polypropylene oxide-polyethylene oxide (PEO-PPO-PEO) or polyethylene oxide-polybutylene oxide-polyethylene oxide (PEO-PBO-PEO), having a molecular weight of 4,500 to 16,000, with the proportion of the hydrophilic portion (PEO) relative to the total molecular weight being 75% or more.

実施例を見れば、マイクロ細孔容積が0.328cm/g~0.367cm/gで、それらのマイクロ細孔平均直径が0.66nm~0.76nmとある。マイクロ細孔平均直径が小さく、本発明の重質VOCを動的吸収にマイクロ細孔平均直径が十分でない多孔質シリカであった。 In the examples, the micropore volume is 0.328 cm 3 /g to 0.367 cm 3 /g, and the average micropore diameter is 0.66 nm to 0.76 nm. The average micropore diameter is small, and the porous silica of the present invention does not have an average micropore diameter sufficient for dynamic absorption of heavy VOCs.

特許文献4において、沸点が100℃以上150℃未満のトルエン、キシレンなど中沸点有機溶剤からなる中質VOCの吸収させた後、その中質VOCの脱離再生時に酸化触媒によって浄化を行う部材の提案がなされている。前記部材の構成は、ベータ型ゼオライトまたはモルデナイト型ゼオライトを担体として銀とパラジウムを担持させた吸収材と、パラジウムを含有する酸化触媒とをペーパハニカムの表面に担持させた部材が示唆されている。 Patent Document 4 proposes a component that absorbs medium-boiling organic solvents such as toluene and xylene, which have boiling points of 100°C or higher but lower than 150°C, and then purifies the medium-boiling VOCs using an oxidation catalyst during desorption and regeneration. The proposed component configuration includes an absorbent material made of beta zeolite or mordenite zeolite, which supports silver and palladium, and a palladium-containing oxidation catalyst supported on the surface of a paper honeycomb.

ベータ型ゼオライトの最大細孔径が0.73×0.71nm、一方、モルデナイト型ゼオライトの最大細孔径が0.70×0.65nmであって、前記中質VOCには適応できるものの、本発明の沸点が150℃以上の重質VOCには、細孔径が小さく吸収量が不十分であった。 Beta zeolite has a maximum pore size of 0.73 x 0.71 nm, while mordenite zeolite has a maximum pore size of 0.70 x 0.65 nm. While these zeolites are suitable for absorbing the medium VOCs mentioned above, their pore sizes were too small for the heavy VOCs with boiling points of 150°C or higher used in the present invention, resulting in insufficient absorption.

以上のような問題から、重質VOCを動的吸収および濃縮において工業的な応用は、非常に限定的であった。 Due to the above issues, industrial applications of dynamic absorption and concentration of heavy VOCs have been extremely limited.

特許第5647669号公報Patent No. 5647669 特許第5051512号公報Patent No. 5051512 特許第4484193号公報Patent No. 4484193 特開2007―21363号公報JP 2007-21363 A

本発明の目的は、150℃以上の高沸点極性有機溶剤からなる重質VOCの動的吸収濃縮性能およびそのVOC脱離時の浄化性能が高効率で得ることができる多孔質シリカ、または、その多孔質シリカに金属触媒を備えた重質VOCの吸収材を提供することにある。 The object of the present invention is to provide porous silica that can achieve highly efficient dynamic absorption and concentration performance for heavy VOCs composed of high-boiling polar organic solvents at 150°C or higher, as well as purification performance during VOC desorption, or to provide a heavy VOC absorbent material that incorporates a metal catalyst into the porous silica.

前記重質VOCの吸収材をコーティングされてなるメタルハニカム流通体を提供することにある。 The objective is to provide a metal honeycomb flow-through body coated with the heavy VOC absorbent material.

上記の課題を解決するため、本発明の多孔質シリカは、IUPAC吸収等温線の分類で識別されるマイクロ細孔を有し、マイクロ細孔容積が、0.35cm/g以上0.55cm/g以下であり、かつ、マイクロ細孔平均直径が0.80nm~1.15nm、であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the porous silica of the present invention is characterized by having micropores that are identified by the classification of IUPAC absorption isotherms, a micropore volume of 0.35 cm 3 /g or more and 0.55 cm 3 /g or less, and an average micropore diameter of 0.80 nm to 1.15 nm.

前記マイクロ細孔の平均直径が、0.88nm~1.12nm、であってもよい。 The average diameter of the micropores may be 0.88 nm to 1.12 nm.

前記多孔質シリカの全細孔容積(A)に占めるマイクロ細孔容積(B)が、90%以上であってもよい。 The micropore volume (B) of the porous silica may account for 90% or more of the total pore volume (A).

前記多孔質シリカが、白金、パラジウムおよびロジウムから選択される貴金属の1種類を少なくとも備えてもよい。 The porous silica may contain at least one precious metal selected from platinum, palladium, and rhodium.

前記貴金属の含有量が、0.5~1.5質量%であってもよい。 The content of the precious metal may be 0.5 to 1.5 mass%.

また、上記の課題を解決するため、本発明の多孔質シリカの製造方法は、上記本発明の多孔質シリカの製造方法であって、4級アンモニウム塩からなるカチオン性界面活性剤を用いずに、非イオン性界面活性剤と、アルコキシシランとから多孔質シリカを製造する方法であって、(A1)溶剤としての水に、前記非イオン性界面活性剤と、酸性触媒と、金属塩と、前記アルコキシシランとを加えて、50℃~60℃で前記非イオン性界面活性剤の会合ミセルを形成させると同時に、アルコキシシランと加水分解反応を行わせてシリカゾルを生成する工程と、(B1)前記加水分解反応を行わせた後、前記シリカゾルを80℃~100℃に2時間~5時間保持して当該シリカゾルの熟成を行ってゲル物質を得る熟成工程と、(C1)濾過による固液分離にて前記ゲル物質を分離した後、当該ゲル物質を、水洗および乾燥させた後、さらに当該ゲル物質を500~600℃でか焼を行わせた後処理工程と、を含み、前記非イオン性界面活性剤がポリエチレンオキシド(PEO)-ポリプロピレンオキシド(PPO)-ポリエチレンオシキド(PEO)を含むトリブロック共重合体であり、前記トリブロック共重合体の重量平均分子量が1500超~3000未満であり、前記ポリプロピレンオキシド(PEO)が前記トリブロック共重合体の総分子中に10質量%超から50質量%未満含まれ、前記(A1)工程において、出発原料の混合モル比は、前記アルコキシシラン:前記非イオン性界面活性剤:前記酸性触媒:前記水:前記金属塩=1:0.02~0.05:2~3:10~40:0.5~0.8である。 In order to solve the above-mentioned problems, the method for producing porous silica of the present invention is a method for producing porous silica from a nonionic surfactant and an alkoxysilane without using a cationic surfactant consisting of a quaternary ammonium salt, and includes the following steps: (A1) adding the nonionic surfactant, an acidic catalyst, a metal salt, and the alkoxysilane to water as a solvent, and forming associated micelles of the nonionic surfactant at 50°C to 60°C while simultaneously causing a hydrolysis reaction with the alkoxysilane to produce a silica sol; (B1) after the hydrolysis reaction, maintaining the silica sol at 80°C to 100°C for 2 to 5 hours to age the silica sol and obtain a gel substance; and (C1) separating the silica sol by solid-liquid separation through filtration. and a post-treatment step of separating the gel substance, washing the gel substance with water, drying the gel substance, and then calcining the gel substance at 500 to 600°C. The nonionic surfactant is a triblock copolymer containing polyethylene oxide (PEO)-polypropylene oxide (PPO)-polyethylene oxide (PEO), the weight-average molecular weight of the triblock copolymer is greater than 1500 and less than 3000, and the polypropylene oxide (PEO) accounts for greater than 10% by mass and less than 50% by mass of the total molecules of the triblock copolymer. In step (A1), the molar ratio of the starting materials is alkoxysilane:nonionic surfactant:acidic catalyst:water:metal salt=1:0.02-0.05:2-3:10-40:0.5-0.8.

また、上記の課題を解決するため、本発明のメタルハニカム流通体は、比熱が500(J/kg・℃)以下で、かつ熱伝導率が15(W/m・℃)以下からなるメタルハニカムの表面に、上記本発明の多孔質シリカがコーティングされてなる。 Furthermore, to solve the above-mentioned problems, the metal honeycomb flow-through body of the present invention is formed by coating the surface of a metal honeycomb having a specific heat of 500 (J/kg·°C) or less and a thermal conductivity of 15 (W/m·°C) or less with the porous silica of the present invention.

前記メタルハニカムの材料組成が、73~80質量%のFe、17~21質量%のCr、3~6質量%のAlであってもよい。 The material composition of the metal honeycomb may be 73 to 80 mass% Fe, 17 to 21 mass% Cr, and 3 to 6 mass% Al.

また、上記の課題を解決するため、本発明のメタルハニカム流通体の製造方法は、上記本発明のメタルハニカム流通体の製造方法であり、メタルハニカムの表面に、多孔質シリカをコーティングしてなるメタルハニカム流通体の製造方法であって、(A2)前記多孔質シリカと、無機系ゾル液および水とからなるスラリーを作製する工程と、(B2)前記スラリー中の前記多孔質シリカの平均粒子径を、湿式粉砕機で平均粒子径1~10μmに調整する工程と、(C2)(B2)工程後の前記スラリーを前記メタルハニカムのセル表面にコーティングする工程と、(D2)前記スラリーをコーティング後の前記メタルハニカムを、乾燥、焼成する工程と、とを含む。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method for manufacturing a metal honeycomb flow-through body, which is a method for manufacturing a metal honeycomb flow-through body formed by coating the surface of a metal honeycomb with porous silica, and includes the following steps: (A2) preparing a slurry containing the porous silica, an inorganic sol liquid, and water; (B2) adjusting the average particle size of the porous silica in the slurry to 1 to 10 μm using a wet grinder; (C2) coating the cell surfaces of the metal honeycomb with the slurry obtained after step (B2); and (D2) drying and firing the metal honeycomb after coating with the slurry.

また、上記の課題を解決するため、本発明のメタルハニカム流通体の製造方法は、上記本発明のメタルハニカム流通体の製造方法であり、メタルハニカムの表面に、貴金属触媒を含む多孔質シリカをコーティングしてなるメタルハニカム流通体の製造方法であって、(A3)前記多孔質シリカと、無機系ゾル液および水とからなるスラリーを作製する工程と、(B3)前記スラリー中の前記多孔質シリカの平均粒子径を、湿式粉砕機で1~10μmに調整する工程と、(C3)(B3)工程後の前記スラリーを前記メタルハニカムのセル表面にコーティングする工程と、(D3)前記スラリーをコーティング後の前記メタルハニカムを、乾燥、焼成してメタルハニカム流通体を得る工程と、(E3)貴金属塩溶液と水とからなる貴金属液を調整する工程と、(F3)前記メタルハニカム流通体を、前記貴金属液に浸漬する工程と、(G3)前記貴金属液に浸漬後の前記メタルハニカム流通体を、乾燥、焼成する工程と、とを含む。 In addition, in order to solve the above-mentioned problems, the method for manufacturing a metal honeycomb flow-through body of the present invention is a method for manufacturing a metal honeycomb flow-through body by coating the surface of a metal honeycomb with porous silica containing a precious metal catalyst, and includes the following steps: (A3) preparing a slurry consisting of the porous silica, an inorganic sol liquid, and water; (B3) adjusting the average particle size of the porous silica in the slurry to 1 to 10 μm using a wet grinder; (C3) coating the cell surfaces of the metal honeycomb with the slurry after step (B3); (D3) drying and firing the metal honeycomb after coating with the slurry to obtain a metal honeycomb flow-through body; (E3) preparing a precious metal liquid consisting of a precious metal salt solution and water; (F3) immersing the metal honeycomb flow-through body in the precious metal liquid; and (G3) drying and firing the metal honeycomb flow-through body after immersion in the precious metal liquid.

また、上記の課題を解決するため、本発明のメタルハニカム流通体の製造方法は、上記本発明のメタルハニカム流通体の製造方法であり、メタルハニカムの表面に、貴金属触媒を含む多孔質シリカをコーティングしてなるメタルハニカム流通体の製造方法であって、(A4)前記多孔質シリカと、無機系ゾル液と、貴金属塩溶液および水とからなるスラリーを作製する工程と、(B4)前記スラリー中の前記多孔質シリカの平均粒子径を、湿式粉砕機で1~10μmに調整する工程と、(C4)(B4)工程後の前記スラリーを前記メタルハニカムのセル表面にコーティングする工程と、(D4)前記スラリーをコーティング後の前記メタルハニカムを、乾燥、焼成する工程と、を含む。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method for manufacturing a metal honeycomb flow-through body, which is a method for manufacturing a metal honeycomb flow-through body formed by coating the surface of a metal honeycomb with porous silica containing a precious metal catalyst, and includes the following steps: (A4) preparing a slurry containing the porous silica, an inorganic sol liquid, a precious metal salt solution, and water; (B4) adjusting the average particle size of the porous silica in the slurry to 1 to 10 μm using a wet grinder; (C4) coating the cell surfaces of the metal honeycomb with the slurry obtained after step (B4); and (D4) drying and firing the metal honeycomb after coating with the slurry.

また、沸点が150℃以上の高沸点溶剤からなる重質VOCが、エステル系のVOCである、酢酸ヘキシル、酢酸ヘプチル、酢酸オクチル、酢酸ドデシル、酢酸2-エチルヘキシル、酢酸シクロヘキシル、酢酸ベンジル、酪酸ブチル、安息香酸ブチル、安息香酸ベンジル、ジヒドロターピネオールアセテート、エーテル系のVOCである、アニソール、フェネトール、ベンジルエチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、およびアルコール系のVOCである、n-オクタノール、n-デカノール、n-ドデカノール、α-テルピオネール、ジヒドロターピネオールであって、本発明のメタルハニカム流通体は、前記重質VOCの少なくともいずれかを前記多孔質シリカで吸収、濃縮し、前記重質VOCを吸収、濃縮した前記多孔質シリカを浄化、再生することを特徴とする。 Furthermore, the heavy VOCs composed of high-boiling point solvents with a boiling point of 150°C or higher are ester-based VOCs such as hexyl acetate, heptyl acetate, octyl acetate, dodecyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, cyclohexyl acetate, benzyl acetate, butyl butyrate, butyl benzoate, benzyl benzoate, and dihydroterpineol acetate; ether-based VOCs such as anisole, phenetole, benzyl ethyl ether, diphenyl ether, dibenzyl ether, and ethylene glycol diethyl ether; and alcohol-based VOCs such as n-octanol, n-decanol, n-dodecanol, α-terpineol, and dihydroterpineol. The metal honeycomb flow element of the present invention is characterized by absorbing and concentrating at least one of the heavy VOCs with the porous silica, and purifying and regenerating the porous silica that has absorbed and concentrated the heavy VOCs.

本発明の多孔質シリカならびに貴金属を含む多孔質シリカ、それらをコーティングしてなるメタルハニカム流通体および備えてなる装置は、従来技術と比較して、150℃以上の高沸点極性有機溶剤からなる重質VOCの動的吸収量が2倍超を達成でき、さらにその重質VOC脱離時の浄化性能が約30℃低温化を可能にすることで、吸収、浄化再生、冷却のサイクル効率の高い技術を提供することができる。 The porous silica and precious metal-containing porous silica of the present invention, the metal honeycomb flow bodies coated with them, and the devices equipped with them can achieve more than twice the dynamic absorption capacity of heavy VOCs consisting of high-boiling polar organic solvents at temperatures above 150°C compared to conventional technology. Furthermore, by enabling the purification performance during heavy VOC desorption to be approximately 30°C lower, they can provide a technology with a highly efficient cycle of absorption, purification, regeneration, and cooling.

本発明のVOC吸収、浄化材の一例として、実施例2のSEM像(×100倍)である。1 is an SEM image (×100 magnification) of Example 2 as an example of the VOC absorption and purification material of the present invention. 本発明のVOC吸収、浄化材の一例として、実施例2のSEM像(×500倍)である。1 is an SEM image (×500 magnification) of Example 2 as an example of the VOC absorption and purification material of the present invention. 窒素吸収等温線のIUPAC分類である。IUPAC classification of nitrogen absorption isotherms. 実施例の界面活性剤の総分子中親水部割合と重量平均分子量との関係である。1 shows the relationship between the proportion of hydrophilic moieties in the total molecules of surfactants in Examples and the weight average molecular weight. 実施例の界面活性剤の総分子中親水部割合と疎水部分子量との関係である。1 shows the relationship between the proportion of hydrophilic moieties in the total molecule of surfactants in Examples and the molecular weight of the hydrophobic moieties. 本発明と従来技術との窒素吸収等温線の比較[I]の一例である。1 is an example of a comparison [I] of nitrogen absorption isotherms between the present invention and the prior art. 本発明と従来技術との窒素吸収等温線の比較[II]の一例である。1 is an example of a comparison [II] of nitrogen absorption isotherms between the present invention and the prior art. 実施例のマイクロ細孔直径分布比較[I]の一例である。1 is an example of a comparison of micropore diameter distributions [I] in the examples. 実施例のマイクロ細孔直径分布比較[II]の一例である。1 is an example of a comparison of micropore diameter distributions [II] in the examples. 実施例のマイクロ細孔における平均直径と細孔容積の関係である。1 shows the relationship between the average diameter and pore volume of micropores in the examples. 実施例における動的吸収、浄化再生の性能試験方法である。1 shows a performance test method for dynamic absorption, purification and regeneration in the examples. 実施例2MのVOC吸収、VOC浄化再生、冷却のサイクル試験の結果である。1 shows the results of a cycle test of VOC absorption, VOC purification and regeneration, and cooling for Example 2M. 実施例7PMのVOC吸収、VOC浄化再生、冷却のサイクル試験の結果である。Example 7: Results of cycle tests of PM VOC absorption, VOC purification and regeneration, and cooling. 実施例8PPMのVOC吸収、VOC浄化再生、冷却のサイクル試験の結果である。Example 8 shows the results of a cycle test of VOC absorption at 8 ppm, VOC purification and regeneration, and cooling. 比較例15MのVOC吸収、VOC浄化再生、冷却のサイクル試験の結果である。1 shows the results of a cycle test of VOC absorption, VOC purification and regeneration, and cooling for Comparative Example 15M. 実施例2Mと実施例7PMおよび実施例8PPMのVOC吸収材がコーティングされたメタルハニカム流通体の浄化再生による発熱比較である。10 is a comparison of heat generation due to purification and regeneration of metal honeycomb flow bodies coated with VOC absorbents of Example 2M, Example 7PM, and Example 8PPM. 実施例2M、実施例7PMおよび実施例8PPMの酢酸ヘキシル分解浄化性能の比較である。1 is a comparison of the hexyl acetate decomposition and purification performance of Example 2M, Example 7PM, and Example 8PPM.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.

本発明者らは、150℃以上の高沸点極性有機溶剤からなる重質VOCの動的吸収性能およびそのVOC脱離時の浄化性能が高効率で得ることができる多孔質シリカを鋭意研究した結果、多孔質シリカは、主にマイクロ細孔からなり、マイクロ細孔容積が0.35cm/g以上、かつ、マイクロ平均細孔直径が0.80nm~1.15nmである吸収材を見出した。 The present inventors have conducted extensive research into porous silica that can efficiently achieve both dynamic absorption performance for heavy VOCs consisting of high-boiling polar organic solvents at 150°C or higher and purification performance during VOC desorption, and as a result have discovered an absorbent material that is mainly composed of micropores, has a micropore volume of 0.35 cm 3 /g or more, and an average micropore diameter of 0.80 nm to 1.15 nm.

本発明の対象とする150℃以上の高沸点溶剤からなる重質VOCは、酢酸ヘキシルおよびα-テルピオネールなどが挙げられ、動的分子直径が0.8nm~1nmである。 Heavy VOCs consisting of high-boiling point solvents of 150°C or higher that are the subject of this invention include hexyl acetate and α-terpineol, and have a dynamic molecular diameter of 0.8 nm to 1 nm.

一方、本発明の対象としない100℃以上150℃未満の中沸点溶剤からなる中質VOCは、トルエンおよびメチルシクロヘキサンなどが挙げられ、動的分子直径が約0.62nmである。 On the other hand, medium-boiling solvents with a boiling point of 100°C or higher but lower than 150°C, which are not the subject of this invention, include toluene and methylcyclohexane, and have a dynamic molecular diameter of approximately 0.62 nm.

本発明の前者は、後者と比較して動的分子直径が大きく、そのため、吸収材は、VOC動的分子径の1.0倍~1.2倍の細孔直径を有することが好ましい。 The former of the present invention has a larger kinetic molecular diameter than the latter, and therefore, it is preferable that the absorbent have a pore diameter that is 1.0 to 1.2 times the kinetic molecular diameter of the VOC.

本発明の吸収材は、多孔質シリカからなり、マイクロ細孔直径が0.8nm~1.15nm程度を多く有し、かつ、マイクロ細孔容積0.35cm/g以上と大きいこと特徴とする多孔質シリカである。 The absorbent material of the present invention is made of porous silica and is characterized by having many micropores with diameters of about 0.8 nm to 1.15 nm and a large micropore volume of 0.35 cm 3 /g or more.

以下に、本発明の課題を解決するための手段を具体的に記述する。 Below, the means for solving the problems of the present invention are specifically described.

(非イオン性界面活性剤の分子量)
本発明の重質VOC吸収材は、4級アンモニウム塩からなるカチオン性界面活性剤を用いず、非イオン性界面活性剤とアルコキシシランとから合成されるなるマイクロ細孔を有する多孔質シリカであって、前記非イオン性界面活性剤が、重量平均分子量1,500超から3,000未満であることで特徴とする。
(Molecular weight of nonionic surfactant)
The heavy VOC absorbent of the present invention is a porous silica having micropores synthesized from a nonionic surfactant and an alkoxysilane, without using a cationic surfactant made of a quaternary ammonium salt, and is characterized in that the nonionic surfactant has a weight-average molecular weight of more than 1,500 and less than 3,000.

(非イオン性界面活性剤のPEO含有比)
本発明の重質VOCを吸収材は、前記非イオン性界面活性剤が、ポリエチレンオキシド(PPEO)-ポリプロピレンオキシド(PPO)-ポリエチレンオシキド(PPEO)を含むトリブロック共重合体であって、前記ポリプロピレンオキシド(PPEO)が総分子中に10%超から50%未満であることを特徴とする。
(PEO content ratio of nonionic surfactant)
The heavy VOC absorbent of the present invention is characterized in that the nonionic surfactant is a triblock copolymer containing polyethylene oxide (PPEO)-polypropylene oxide (PPO)-polyethylene oxide (PPEO), and the polypropylene oxide (PPEO) accounts for more than 10% and less than 50% of the total molecule.

(マイクロ細孔平均直径およびマイクロ細孔容積)
本発明の重質VOC吸収濃縮、浄化する材料は、前記非イオン性界面活性剤とアルコキシシランとから合成されるなる多孔質シリカであって、その多孔質シリカが、IUPACの吸収等温線の分類で識別されるマイクロ細孔を有し、マイクロ細孔容積が、0.35cm/g以上、かつ、マイクロ平均細孔直径が0.80nm~1.15nmであることを特徴とする。
(Mean Micropore Diameter and Micropore Volume)
The material for absorbing, concentrating, and purifying heavy VOCs of the present invention is a porous silica synthesized from the nonionic surfactant and an alkoxysilane, characterized in that the porous silica has micropores identified by the IUPAC absorption isotherm classification, a micropore volume of 0.35 cm 3 /g or more, and an average micropore diameter of 0.80 nm to 1.15 nm.

(貴金属触媒)
本発明の重質VOC吸収濃縮、浄化する材料は、前記多孔質シリカが、白金、パラジウム、ロジウムなる群から少なくとも1種類の貴金属を含んでなることを特徴とする。
(precious metal catalyst)
The material for absorbing, concentrating and purifying heavy VOCs of the present invention is characterized in that the porous silica contains at least one noble metal selected from the group consisting of platinum, palladium and rhodium.

(貴金属触媒含有量)
本発明の重質VOC吸収濃縮、浄化する材料は、前記貴金属が、0.5~1.5質量%を含んでなることを特徴とする。
(Precious metal catalyst content)
The material for absorbing, concentrating and purifying heavy VOCs of the present invention is characterized in that it contains 0.5 to 1.5 mass % of the noble metal.

(多孔質シリカ製法)
非イオン性界面活性剤がポリエチレンオキシド(PEO)-ポリプロピレンオキシド(PPO)-ポリエチレンオシキド(PEO)を含むトリブロック共重合体であって、その重量平均分子量1,500超から3,000未満かつ前記ポリプロピレンオキシド(PEO)が総分子中に10%超から50%未満と、アルコキシシランとから多孔質シリカを製造する方法であって、次の(A1)~(C1)の工程からなる。
(Porous silica manufacturing method)
A method for producing porous silica from a nonionic surfactant that is a triblock copolymer containing polyethylene oxide (PEO)-polypropylene oxide (PPO)-polyethylene oxide (PEO), the weight-average molecular weight of which is greater than 1,500 and less than 3,000 and the content of the polypropylene oxide (PEO) in the total molecules is greater than 10% and less than 50%, and from an alkoxysilane, comprising the following steps (A1) to (C1):

(A1)水の溶剤中に前記非イオン性界面活性剤と酸性触媒と金属塩と前記アルコキシシランとを加えて、浴温度を50℃~60℃に昇温させた後、徐冷し35℃~40℃で非イオン性界面活性剤の会合ミセルを形成させると同時にアルコキシシランの加水分解反応を行わせる工程を有し、前記(A)工程において、出発原料の混合モル比は、前記アルコキシシラン:前記非イオン性界面活性剤:前記酸性触媒:前記水:金属塩=1:0.02~0.05:2~3:10~40:0.5~0.8である。 (A1) The method includes a step of adding the nonionic surfactant, acid catalyst, metal salt, and alkoxysilane to a water solvent, raising the bath temperature to 50°C to 60°C, and then slowly cooling the mixture to 35°C to 40°C to form associated micelles of the nonionic surfactant and simultaneously carry out a hydrolysis reaction of the alkoxysilane. In step (A), the molar ratio of the starting materials is alkoxysilane: nonionic surfactant: acid catalyst: water: metal salt = 1: 0.02-0.05: 2-3: 10-40: 0.5-0.8.

(B1)前記加水分解反応を行わせた後、80℃~100℃で2時間~5時間の熟成を行わせた熟成工程 (B1) After the hydrolysis reaction, the mixture is aged at 80°C to 100°C for 2 to 5 hours.

(C1)濾過、水洗および乾燥させた後、500~600℃でか焼を行わせた後処理工程 (C1) After filtering, washing with water, and drying, the product is calcined at 500-600°C.

(メタルハニカム材の物性)
本発明のメタルハニカム流通体は、比熱が500(J/kg・℃)以下で、かつ熱伝導率が15(W/m・℃)以下からなることを特徴とする。
(Physical properties of metal honeycomb material)
The metal honeycomb flow-through body of the present invention is characterized by having a specific heat of 500 (J/kg·° C.) or less and a thermal conductivity of 15 (W/m·° C.) or less.

(メタルハニカム材の組成)
本発明のメタルハニカム流通体は、Feが73~80質量%、Crが17~21質量%、Alが3~6質量%とからなることを特徴とする。
(Composition of metal honeycomb material)
The metal honeycomb flow-through body of the present invention is characterized by comprising 73 to 80 mass % of Fe, 17 to 21 mass % of Cr, and 3 to 6 mass % of Al.

(重質VOCの吸収材コーティング法)
本発明の重質VOCの吸収材をコーティングしてなるメタルハニカム流通体は、次の(A2)~(D2)の工程から製造されることを特徴とする。
(Heavy VOC Absorbent Coating Method)
The metal honeycomb flow-through body of the present invention coated with an absorbent for heavy VOCs is characterized by being produced by the following steps (A2) to (D2).

(A2)前記重質VOCを吸収濃縮、浄化する材料と、無機系ゾル液と水とからなるスラリーを作製する工程
(B2)前記スラリーを湿式粉砕機で平均粒子径1~10μmに調整する工程
(C2)前記スラリーを前記メタルハニカムのセル表面にコーティングする工程
(D2)前記スラリーのコーティング後、乾燥、焼成する工程
(A2) A process of preparing a slurry consisting of a material that absorbs, concentrates, and purifies heavy VOCs, an inorganic sol liquid, and water. (B2) A process of adjusting the slurry to an average particle size of 1 to 10 μm using a wet grinder. (C2) A process of coating the slurry on the cell surface of the metal honeycomb. (D2) A process of drying and firing the coated slurry.

(貴金属触媒含む重質VOCの吸収材コーティング法)
本発明の貴金属触媒含む重質VOCの吸収材をコーティングしてなるメタルハニカム流通体は、次の(A3)~(G3)の工程から製造されることを特徴とする。
(Absorbent coating method for heavy VOCs containing precious metal catalysts)
The metal honeycomb flow-through body of the present invention, which is coated with a heavy VOC absorbent containing a precious metal catalyst, is characterized by being produced by the following steps (A3) to (G3).

(A3)前記重質VOCを吸収濃縮、浄化する材料と、無機系ゾル液および水とからなるスラリーを作製する工程
(B3)前記スラリーを湿式粉砕機で平均粒子径1~10μmに調整する工程
(C3)前記スラリーを前記メタルハニカムのセル表面にコーティングする工程
(D3)前記スラリーのコーティング後、乾燥、焼成する工程
(E3)貴金属塩溶液と水とからなる貴金属液を調整する工程
(F3)前記重質VOCの吸収材をコーティングしてなるメタルハニカム流通体を、前記貴金属液に浸漬してなる工程
(G3)前記貴金属液の浸漬後、乾燥、焼成する工程
(A3) A process for preparing a slurry consisting of a material that absorbs, concentrates, and purifies the heavy VOCs, an inorganic sol liquid, and water. (B3) A process for adjusting the average particle size of the slurry to 1 to 10 μm using a wet grinder. (C3) A process for coating the slurry on the cell surface of the metal honeycomb. (D3) A process for drying and firing the coated slurry. (E3) A process for preparing a precious metal liquid consisting of a precious metal salt solution and water. (F3) A process for immersing the metal honeycomb flow body coated with the heavy VOC absorbent in the precious metal liquid. (G3) A process for drying and firing the coated precious metal liquid.

(貴金属触媒含む重質VOCの吸収材コーティング法)
本発明の貴金属触媒含む重質VOCの吸収材をコーティングしてなるメタルハニカム流通体は、次の(A4)~(D4)の工程から製造されることを特徴とする。
(A4)前記重質VOCを吸収濃縮、浄化する材料と、無機系ゾル液と、および貴金属塩溶液および水とからなるスラリーを作製する工程
(B4)前記スラリーを湿式粉砕機で平均粒子径1~10μmに調整する工程
(C4)前記スラリーを前記メタルハニカムのセル表面にコーティングする工程
(D4)前記スラリーのコーティング後、乾燥、焼成する工程
(Absorbent coating method for heavy VOCs containing precious metal catalysts)
The metal honeycomb flow-through body of the present invention, which is coated with a heavy VOC absorbent containing a precious metal catalyst, is characterized by being produced by the following steps (A4) to (D4).
(A4) A process of preparing a slurry consisting of a material that absorbs, concentrates, and purifies heavy VOCs, an inorganic sol liquid, a precious metal salt solution, and water. (B4) A process of adjusting the slurry to an average particle size of 1 to 10 μm using a wet grinder. (C4) A process of coating the slurry on the cell surface of the metal honeycomb. (D4) A process of drying and firing the coated slurry.

(対象の重質VOC)
本発明の前記メタルハニカム流通体は、以下に示す、エステル系、エーテル系、アルコール系の高沸点溶剤からなる重質VOCを吸収濃縮し、浄化することを特徴とする。
(Target heavy VOCs)
The metal honeycomb flow-through body of the present invention is characterized by absorbing, concentrating and purifying heavy VOCs made of high-boiling point solvents such as esters, ethers and alcohols, as shown below.

(エステル系) 酢酸ヘキシル、酢酸ヘプチル、酢酸オクチル、酢酸ドデシル、酢酸2-エチルヘキシル、酢酸シクロヘキシル、酢酸ベンジル、酪酸ブチル、安息香酸ブチル、安息香酸ベンジル、ジヒドロターピネオールアセテート
(エーテル系)アニソール、フェネトール、ベンジルエチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル
(アルコール系)n-オクタノール、n-デカノール、n-ドデカノール、α-テルピオネール、ジヒドロターピネオール
(Esters) Hexyl acetate, heptyl acetate, octyl acetate, dodecyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, cyclohexyl acetate, benzyl acetate, butyl butyrate, butyl benzoate, benzyl benzoate, dihydroterpineol acetate (Ethers) Anisole, phenetole, benzyl ethyl ether, diphenyl ether, dibenzyl ether, ethylene glycol diethyl ether (Alcohols) n-octanol, n-decanol, n-dodecanol, α-terpineol, dihydroterpineol

(実施形態1)多孔質シリカ
本発明では、シリカ源としてアルコキシシランと、金属塩および鉱物酸と、有機構造規定剤(organic structure-directing agent, OSDA)として無毒性、低寛容負荷、安価な非イオン界面活性剤のポリエチレンオキシド-ポリプロピレンオキシド-ポリエチレンオキシド(PEO-PPO-PEO)の重量平均分子量が1500~3000、かつ総分子中の親水性部PEOの割合10%超から50%未満からなるブロックポリマーとを使用する。
(Embodiment 1) Porous Silica In the present invention, an alkoxysilane, a metal salt, and a mineral acid are used as a silica source, and a block polymer of polyethylene oxide-polypropylene oxide-polyethylene oxide (PEO-PPO-PEO), a non-toxic, low-tolerance, inexpensive nonionic surfactant, is used as an organic structure-directing agent (OSDA), having a weight-average molecular weight of 1500 to 3000 and in which the proportion of the hydrophilic portion PEO in the total molecule is more than 10% but less than 50%.

前記非イオン界面活性剤が、総分子中のPPO含有率が高い(PEO含有率が少ない)ほど、臨界ミセル濃度(cmc)、臨界ミセル温度(cmt)が低く、ミセルを形成しやすく、さらに、その反応浴を50℃~60℃の高温にすることで、疎水性が増大して会合ミセルのサイズが著しく減少し、分子間会合体を形成することを見出した。 The researchers found that the higher the PPO content (lower PEO content) of the nonionic surfactant in the total molecule, the lower the critical micelle concentration (cmc) and critical micelle temperature (cmt), making it easier to form micelles. Furthermore, they found that by raising the reaction bath to a high temperature of 50°C to 60°C, the hydrophobicity increases, the size of associated micelles decreases significantly, and intermolecular associations are formed.

前記非イオン界面活性剤が、重量平均分子量が1500~3000が少ないことと相俟って、ミセルサイズが、極めて小さく、かつ均一にミセル構造をコントロールできることから、マイクロ細孔平均径が0.8nm~1.15nm、かつマイクロ細孔容積が0.35cm/g以上の他に類を見ない大細孔容積の多孔質シリカの製造を可能にしたことに、格段の進歩性を有する。 The nonionic surfactant has a low weight-average molecular weight of 1500 to 3000, which, combined with the fact that the micelle size is extremely small and the micelle structure can be controlled uniformly, has made it possible to produce porous silica with an unparalleled large pore volume, with an average micropore diameter of 0.8 nm to 1.15 nm and a micropore volume of 0.35 cm 3 /g or more, representing a significant inventive step.

本発明の多孔質シリカ粒子は、その形状が繊維状である必要なく、マイクロ細孔平均径が0.8nm~1.15nm、かつマイクロ細孔容積が0.35cm/g以上であることが必要であって、図1および図2ように不定形な形状である。 The porous silica particles of the present invention do not necessarily have a fibrous shape, but must have an average micropore diameter of 0.8 nm to 1.15 nm and a micropore volume of 0.35 cm 3 /g or more, and have an irregular shape as shown in Figures 1 and 2.

以下に、本発明の多孔質シリカ粒子について、具体的に実施形態を記述する。 Specific embodiments of the porous silica particles of the present invention are described below.

(多孔質シリカ製法)
非イオン性界面活性剤がポリエチレンオキシド(PEO)-ポリプロピレンオキシド(PPO)-ポリエチレンオシキド(PEO)を含むトリブロック共重合体であって、その重量平均分子量1,500超から3,000未満かつ前記ポリプロピレンオキシド(PEO)が総分子中に10%超から50%未満と、アルコキシシランとから多孔質シリカを製造する方法であって、次の(A5)~(C5)の工程からなる。
(Porous silica manufacturing method)
A method for producing porous silica from a nonionic surfactant that is a triblock copolymer containing polyethylene oxide (PEO)-polypropylene oxide (PPO)-polyethylene oxide (PEO), the weight-average molecular weight of which is greater than 1,500 and less than 3,000 and the content of the polypropylene oxide (PEO) in the total molecules is greater than 10% and less than 50%, and from an alkoxysilane, comprising the following steps (A5) to (C5):

(A5)水の溶剤中に前記非イオン性界面活性剤と酸性触媒と金属塩と前記アルコキシシランとをこの順で加えて、50℃~60℃で非イオン性界面活性剤の会合ミセルを形成させると同時にアルコキシシランの加水分解反応を行わせる前駆体(ゾル)作製の工程を有し、前記(A5)工程において、出発原料の混合モル比は、前記アルコキシシラン:前記非イオン性界面活性剤:前記酸性触媒:前記水:金属塩=1:0.02~0.05:2~3:10~40:0.5~0.8である。
(B5)前記加水分解反応を行わせた後、80℃~100℃で、2時間~5時間の熟成を行わせた熟成(脱水縮合ゲル化)工程
(C5)濾過、水洗および乾燥させた後、500~600℃で焼成を行わせた後処理工程
(A5) The method includes a precursor (sol) preparation step in which the nonionic surfactant, the acid catalyst, the metal salt, and the alkoxysilane are added in this order to a water solvent, and association micelles of the nonionic surfactant are formed at 50°C to 60°C while simultaneously causing a hydrolysis reaction of the alkoxysilane, and in the step (A5), the mixing molar ratio of the starting materials is alkoxysilane:nonionic surfactant:acid catalyst:water:metal salt=1:0.02-0.05:2-3:10-40:0.5-0.8.
(B5) After the hydrolysis reaction, the mixture is aged at 80°C to 100°C for 2 to 5 hours (dehydration condensation gelation) step. (C5) After filtering, washing with water and drying, the mixture is baked at 500 to 600°C.

(非イオン界面活性剤)
本発明の非イオン界面活性剤は、重量平均分子量が1500~3000、かつ総分子中の親水性部PEOの割合が10%超から50%未満からなるブロックポリマーであることが好ましく、さらに、重量平均分子量が1500~2000、かつ親水性部PEOの割合が20%以上から40%以下からなるブロックポリマーが好ましい。
(Nonionic surfactant)
The nonionic surfactant of the present invention is preferably a block polymer having a weight-average molecular weight of 1500 to 3000 and a hydrophilic portion PEO content of more than 10% to less than 50% of the total molecule, and more preferably a block polymer having a weight-average molecular weight of 1500 to 2000 and a hydrophilic portion PEO content of 20% to 40%.

前記重量平均分子量が3000超であると、マイクロ細孔平均径が1.15nm以上に大きくなり、マイクロ細孔が減少しメソ細孔が増加するため、重質VOCが細孔内で凝縮および単分子による吸収が起こりにくく動的吸収能が低下する。一方、前記重量平均分子量が1500未満であると、マイクロ細孔平均径が、0.8nm未満となり重質VOCの動的分子径より同等以下となり、細孔内に凝縮および単分子の吸収が低下する。 If the weight-average molecular weight exceeds 3,000, the average micropore diameter will be 1.15 nm or greater, the number of micropores will decrease, and the number of mesopores will increase, making it difficult for heavy VOCs to condense within the pores or be absorbed by single molecules, resulting in reduced dynamic absorption capacity. On the other hand, if the weight-average molecular weight is less than 1,500, the average micropore diameter will be less than 0.8 nm, which is equal to or smaller than the dynamic molecular diameter of heavy VOCs, reducing condensation within the pores and absorption by single molecules.

本発明の前記非イオン界面活性剤は、総分子中の親水性部PEOの割合が10%以下では、疎水性が過剰で会合ミセル構造が大きくなり過ぎて、マイクロ細孔平均径が1.15nm以上に大きくなり好ましくない。一方、総分子中の親水性部PEOの割合が50%以上では、疎水性が過少で会合ミセル構造が形成しにくいことから、マイクロ細孔平均径が、0.8nm未満となり好ましくない。 When the proportion of the hydrophilic portion PEO in the total molecule of the nonionic surfactant of the present invention is 10% or less, the hydrophobicity becomes excessive, the associated micelle structure becomes too large, and the average micropore diameter becomes 1.15 nm or more, which is undesirable. On the other hand, when the proportion of the hydrophilic portion PEO in the total molecule is 50% or more, the hydrophobicity is insufficient, making it difficult to form an associated micelle structure, resulting in an average micropore diameter of less than 0.8 nm, which is undesirable.

本発明の非イオン性界面活性剤の会合ミセルを形成させると同時に、アルコキシシランの加水分解反応を行わせる前駆体作製(A5)工程では、その反応浴の温度を50℃~60℃に上昇させた後、徐冷し35℃~40℃で保持することで、疎水性が増大して会合ミセルがコンパクトな形態に変化し、マイクロ細孔平均直径が0.8nm~1.15nm、かつマイクロ細孔容積が0.35cm/g以上の本発明の多孔質シリカを製造するためには、反応浴の温度を50℃~60℃に上昇させた後、徐冷し35℃~40℃で2時間~20時間継続して攪拌保持することが好ましく、さらに、浴温度を50℃~55℃に上昇させた後、徐冷し35℃~40℃で3時間~18時間継続して攪拌保持することがより好ましい。 In the precursor preparation step (A5) in which associated micelles of the nonionic surfactant of the present invention are formed and simultaneously the alkoxysilane is hydrolyzed, the temperature of the reaction bath is increased to 50°C to 60°C, then slowly cooled and maintained at 35°C to 40°C, thereby increasing hydrophobicity and converting the associated micelles to a compact form. In order to produce the porous silica of the present invention having an average micropore diameter of 0.8 nm to 1.15 nm and a micropore volume of 0.35 cm3 /g or more, it is preferable to increase the temperature of the reaction bath to 50°C to 60°C, then slowly cool, and maintain the temperature at 35°C to 40°C with continuous stirring for 2 to 20 hours, and more preferably to increase the bath temperature to 50°C to 55°C, then slowly cool, and maintain the temperature at 35°C to 40°C with continuous stirring for 3 to 18 hours.

前記反応浴の温度上昇が50℃未満では、疎水性が増大せずミセルの会合形成が低く、マイクロ細孔平均径が、0.8nm未満となり好ましくない。一方、前記反応浴の温度上昇が70℃超では、加水分解のみならず脱水縮合反応が進行してシロキサンが形成され、不均一な細孔分布となり好ましくない。 If the temperature of the reaction bath is increased by less than 50°C, hydrophobicity does not increase, micelle aggregation is low, and the average micropore diameter is less than 0.8 nm, which is undesirable. On the other hand, if the temperature of the reaction bath is increased by more than 70°C, not only hydrolysis but also dehydration condensation reactions will proceed, forming siloxanes, resulting in a non-uniform pore distribution, which is undesirable.

前記前駆体作製(A5)工程における反応浴の攪拌は、形成した会合ミセルの周囲にアルコキシシランが加水分解し吸収するように、この前駆体(ゾル)溶液が全体に均一に攪拌することが重要である。攪拌方法は、前駆体(ゾル)溶液が全体に均一に攪拌できれば、特に限定されるのもではないが、反応槽の直径に対し、10~20%のバッフル板または棒と攪拌羽が40%以上を占めることが好ましい。 When stirring the reaction bath in the precursor preparation (A5) step, it is important to stir the precursor (sol) solution uniformly throughout so that the alkoxysilane is hydrolyzed and absorbed around the formed associated micelles. The stirring method is not particularly limited as long as it can stir the precursor (sol) solution uniformly throughout, but it is preferable to use baffle plates or rods that account for 10-20% of the diameter of the reaction vessel, and stirring blades that account for 40% or more.

その後、熟成(B5)工程は、浴温度を80℃~100℃で、2時間~5時間の熟成を行わせることが好ましい。さらに、90℃~98℃で、3時間~4時間の熟成を行わせることがより好ましい。なお、熟成時は、攪拌を行っても行わなくても良いが、攪拌を行う場合は、前記前駆体作製(A)工程と同様にして、均一な攪拌を行うことが好ましい。 Then, in the aging (B5) step, aging is preferably carried out at a bath temperature of 80°C to 100°C for 2 to 5 hours. It is even more preferable to carry out aging at 90°C to 98°C for 3 to 4 hours. Stirring may or may not be performed during aging, but if stirring is performed, it is preferable to perform uniform stirring in the same manner as in the precursor preparation (A) step described above.

後処理工程(C5)は、濾過、水洗および乾燥させた後、試料の数量および焼成時間に影響されるが、500~600℃で焼成を行うことが好ましい。特に、550℃~600℃で焼成することが好ましい。 In the post-treatment step (C5), after filtering, washing with water, and drying, the sample is preferably calcined at 500 to 600°C, although this depends on the number of samples and the calcination time. Calcination at 550 to 600°C is particularly preferred.

酸性触媒としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等の無機酸や有機酸の酢酸等が使用できる。無機酸の塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等が好ましく、なかでも、触媒性と硝酸根や硫酸根およびリン酸根などのように残留分として残りにくい観点で、塩酸が好ましい。 As acid catalysts, inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, etc., and organic acids such as acetic acid can be used. Inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid are preferred, with hydrochloric acid being particularly preferred from the standpoint of catalytic properties and the fact that it is less likely to remain as a residue like nitrate, sulfate, and phosphate radicals.

本発明で使用されるアルコキシシランは、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロピルシラン等を用いることができる、テトラメトキシシランを用いるとメタノール生成による毒性およびテトライソプロピルシランを用いると反応速度が遅い観点で、テトラエトキシシラン(以下、TEOSと略す)が好ましい。 The alkoxysilane used in the present invention may be tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraisopropylsilane, etc. However, tetraethoxysilane (hereinafter abbreviated as TEOS) is preferred due to the toxicity of tetramethoxysilane resulting from the production of methanol and the slow reaction rate of tetraisopropylsilane.

出発原料の混合モル比は、前記アルコキシシラン:前記非イオン性界面活性剤:前記酸性触媒:前記水:金属塩=1:0.02~0.05:2~3:10~40:0.5~0.8である。 The molar ratio of the starting materials is alkoxysilane: nonionic surfactant: acidic catalyst: water: metal salt = 1: 0.02-0.05: 2-3: 10-40: 0.5-0.8.

本発明の金属塩における金属種は、Na、K、LiおよびCs等が好ましく、なかでも、Na、Kの濃度増加にともない、前記非イオン性界面活性剤のcmcとcmtが低くなり、会合ミセルが成長する観点で好ましい。前記金属の塩としては、塩化物、硫酸塩、硝酸塩等が出発原料に使用できる。硝酸根や硫酸根の残留塩として残りにくい観点で、塩化物が好ましい。 Preferred metal species in the metal salt of the present invention are Na, K, Li, Cs, etc., and among these, Na and K are preferred because increasing the concentration lowers the cmc and cmt of the nonionic surfactant, allowing associated micelles to grow. As salts of the metal, chlorides, sulfates, nitrates, etc. can be used as starting materials. Chlorides are preferred because they are less likely to remain as residual salts of nitrate or sulfate groups.

(実施形態2)メタルハニカム流通体
本発明のメタルハニカム流通体は、フェライト系ステンレス鋼からなり、従来から用いられているガラス繊維製ハニカム流通体と比較して、比熱(表5)が小さい特性により、VOC吸収濃縮ゾーンで吸収したVOCをVOC浄化再生ゾーンで加熱エアーを流通させて、VOCを短時間に浄化再生することができ、その後、冷却工程で送風エアーにより短時間に冷却できることができ、吸収濃縮、浄化再生、冷却のサイクル効率が高めて時間あたり多量のVOCを処理できる点で好ましい。
(Embodiment 2) Metal honeycomb flow body The metal honeycomb flow body of the present invention is made of ferritic stainless steel and has a smaller specific heat capacity (Table 5) than the conventionally used glass fiber honeycomb flow bodies. As a result, VOCs absorbed in the VOC absorption and concentration zone can be circulated through the VOC purification and regeneration zone by circulating heated air, and the VOCs can be purified and regenerated in a short period of time. Thereafter, the VOCs can be cooled in a short period of time by blowing air in the cooling process. This is advantageous in that it increases the cycle efficiency of absorption and concentration, purification and regeneration, and cooling, allowing a large amount of VOCs to be treated per hour.

一方、本発明のメタルハニカム流通体は、フェライト系ステンレス鋼からなり、汎用のステンレス鋼であるオーステナイト系ステンレス(例えばSUS304)やマルテンサイト系ステンレス鋼(例えばSUS410)と比較して、熱伝導率(表5)が小さい特性により、VOC浄化再生ゾーンで加熱エアーの熱が、VOC吸収濃縮ゾーンおよび冷却ゾーンに熱が伝わりにくいことから、VOC吸収濃縮量および冷却効率に影響が少ない点で好ましい。 On the other hand, the metal honeycomb flow body of the present invention is made of ferritic stainless steel, which has a lower thermal conductivity (Table 5) than general-purpose stainless steels such as austenitic stainless steel (e.g., SUS304) and martensitic stainless steel (e.g., SUS410). This means that the heat from the heated air in the VOC purification and regeneration zone is less likely to be transferred to the VOC absorption and concentration zone and cooling zone, making it preferable in that it has little impact on the VOC absorption and concentration amount and cooling efficiency.

(メタルハニカム材の物性)
本発明のメタルハニカム流通体は、比熱が500(J/kg・℃)以下で、かつ熱伝導率が15(W/m・℃)以下からなる、フェライト系ステンレス鋼Fe-20Cr-5Al(JFE20-5USR、JFEスチール(株)製)またはフェライト系ステンレス鋼Fe-18Cr-3Al(JFE18-3USR、JFEスチール(株)製)が好ましい。(表5)
(Physical properties of metal honeycomb material)
The metal honeycomb flow-through body of the present invention is preferably made of ferritic stainless steel Fe-20Cr-5Al (JFE20-5USR, manufactured by JFE Steel Corporation) or ferritic stainless steel Fe-18Cr-3Al (JFE18-3USR, manufactured by JFE Steel Corporation), which has a specific heat of 500 (J/kg·°C) or less and a thermal conductivity of 15 (W/m·°C) or less (Table 5).

(メタルハニカム材の組成)
本発明のメタルハニカム流通体は、Feが73~80質量%、Crが17~21質量%、Alが3~6質量%とからなるフェライト系ステンレス鋼Fe-20Cr-5Al(JFE20-5USR、JFEスチール(株)製)またはフェライト系ステンレス鋼Fe-18Cr-3Al(JFE18-3USR、JFEスチール(株)製)を使用する。(表6)
(Composition of metal honeycomb material)
The metal honeycomb flow-through body of the present invention uses ferritic stainless steel Fe-20Cr-5Al (JFE20-5USR, manufactured by JFE Steel Corporation) or ferritic stainless steel Fe-18Cr-3Al (JFE18-3USR, manufactured by JFE Steel Corporation) containing 73 to 80 mass% Fe, 17 to 21 mass% Cr, and 3 to 6 mass% Al (Table 6).

本発明のメタルハニカム流通体は、フェライト系ステンレス鋼Fe-20Cr-5Al(JFE20-5USR、JFEスチール(株)製)またはフェライト系ステンレス鋼Fe-18Cr-3Al(JFE18-3USR、JFEスチール(株)製)の箔(厚み20μm~40μm)を、プリーツ状に加工したシートと平板シートとを、双方のシート間にロウ材を挟みまたは塗布して、重ねて巻き取ることで、三角形状のセルのハニカムを有するロールが形成される。その後、加熱炉でロウ材を融解させて接着を行って製造される。ハニカムロールの外周は、特に限定されるものでないが、ステンレス鋼(厚み1mm~3mm)の外筒で、ハニカムと同様にしてロウ材でハニカムロールと加熱されて接着される。 The metal honeycomb flow body of the present invention is formed by overlapping and winding a flat sheet and a pleated sheet of ferritic stainless steel Fe-20Cr-5Al (JFE20-5USR, manufactured by JFE Steel Corporation) foil (thickness 20 μm to 40 μm) made of ferritic stainless steel Fe-18Cr-3Al (JFE18-3USR, manufactured by JFE Steel Corporation) with a brazing filler material sandwiched between the two sheets. The honeycomb roll is then manufactured by melting the brazing filler material in a heating furnace to bond the honeycomb roll to its outer periphery. The outer periphery of the honeycomb roll is not particularly limited, but is typically a stainless steel (thickness 1 mm to 3 mm) outer cylinder, which is heated and bonded to the honeycomb roll with brazing filler material in the same manner as the honeycomb.

本発明のメタルハニカム流通体は、VOC吸収量と圧力損失との観点から、セル数は、200セル/inch~400セル/inchが好ましく、特に250セル/inch~350セル/inchが好ましい。 From the viewpoint of VOC absorption and pressure loss, the metal honeycomb flow-through body of the present invention preferably has a cell number of 200 to 400 cells/inch 2 , and more preferably 250 to 350 cells/inch 2 .

(実施形態3)多孔質シリカのコーティング
本発明の多孔質シリカは、無機系バインダーと水とを混合して、ボールミル等で粒度を調整してスラリー化した後、前記メタルハニカムにコーティング後、乾燥、焼成して得られる。
(Embodiment 3) Coating of porous silica The porous silica of the present invention is obtained by mixing an inorganic binder with water, adjusting the particle size using a ball mill or the like to form a slurry, coating the metal honeycomb with the slurry, and then drying and firing the slurry.

前記無機系バインダーは、本発明の多孔質シリカとメタルハニカムとが、浄化再生時の加熱と冷却とのサイクルに持続的な密着が保持できるように、線膨張係数が相互に近い材料が好ましく、その観点でアルミナゾルが好ましい。 The inorganic binder is preferably a material with a similar coefficient of linear expansion so that the porous silica and metal honeycomb of the present invention can maintain sustained adhesion during the heating and cooling cycles that occur during purification and regeneration. From this perspective, alumina sol is preferred.

前記スラリーの材料の混合は、固形分換算(水を除く)としての質量比が、本発明の多孔質シリカ:アルミナゾル:水=1:0.1~0.2:2~4であることが好ましい。 The mixing of the slurry materials is preferably such that the mass ratio, calculated on a solids basis (excluding water), is the porous silica of the present invention: alumina sol: water = 1:0.1-0.2:2-4.

前記スラリー中の本発明の多孔質シリカは、平均粒径D50がメタルハニカム流通体との密着性の観点で、1μm~10μmであることが好ましく、2μm~5μmであることが特に好ましい。その平均粒径D50が1μm未満では、スラリーの粘度が高まりメタルハニカム流通体のセル内面が目詰まりして、VOC吸収濃縮性能が低下および/または圧力損失が高まり、好ましくない。一方、その平均粒径D50が10μmを超えると、本発明の多孔質シリカの粒子間およびメタルハニカム流通体との層間の密着が低下し、VOC吸収量の低下および粉じんの発生につながり好ましくない。 From the viewpoint of adhesion to the metal honeycomb flow-through body, the porous silica of the present invention in the slurry preferably has an average particle size D50 of 1 μm to 10 μm, and particularly preferably 2 μm to 5 μm. If the average particle size D50 is less than 1 μm, the viscosity of the slurry increases, causing clogging of the inner cell surfaces of the metal honeycomb flow-through body, resulting in a decrease in VOC absorption and concentration performance and/or an increase in pressure loss, which is undesirable. On the other hand, if the average particle size D50 exceeds 10 μm, adhesion between the porous silica particles of the present invention and between the layers of the metal honeycomb flow-through body decreases, leading to a decrease in VOC absorption and dust generation, which is undesirable.

本発明の多孔質シリカは、メタルハニカムのセル内面へのコーティング量を、メタルハニカムの容積(L)あたり、80g/L~150g/Lとすることが好ましく、90g/L~140g/Lとすることが特に好ましい。このコーティング量が80g/L未満では、コーティング量が不足し、VOC吸収濃縮性能が減少して好ましくない。このコーティング量が150g/L超では、メタルハニカム流通体のセル内面が目詰まりして、VOC吸収濃縮性能が低下および/または圧力損失が高まり、好ましくない。 The porous silica of the present invention is preferably coated on the inner cell surfaces of the metal honeycomb in an amount of 80 g/L to 150 g/L per volume (L) of the metal honeycomb, with 90 g/L to 140 g/L being particularly preferred. A coating amount of less than 80 g/L is undesirable because the coating amount is insufficient and VOC absorption and concentration performance is reduced. A coating amount of more than 150 g/L is undesirable because the inner cell surfaces of the metal honeycomb flow element become clogged, reducing VOC absorption and concentration performance and/or increasing pressure loss.

(実施形態4)貴金属触媒
本発明の重質VOC吸収濃縮、浄化する材料は、本発明の多孔質シリカと、白金、パラジウム、ロジウムなる群から少なくとも1種類の貴金属を含んでなること特徴とする。
(Embodiment 4) Noble Metal Catalyst The material for absorbing, concentrating and purifying heavy VOCs of the present invention is characterized by comprising the porous silica of the present invention and at least one noble metal selected from the group consisting of platinum, palladium and rhodium.

メタルハニカム流通体のセル内面に、多孔質シリカと貴金属とが担持されていると、加熱エアー送風再生時にメタルハニカム入口ガス温度が170℃付近から浄化開始し、メタルハニカム出口ガス温度は重質VOCの酸化発熱反応により、メタルハニカム出口ガス温度が約300℃を超えるまで昇温する。一方、多孔質シリカ単体の場合は、メタルハニカム入口送風温度が200℃、付近から浄化開始し、メタルハニカム出口ガス温度は220℃の昇温に留まる。(図11) When porous silica and precious metals are supported on the inner cell surfaces of a metal honeycomb flow element, purification begins when the metal honeycomb inlet gas temperature reaches approximately 170°C during heated air regeneration, and the metal honeycomb outlet gas temperature rises to over 300°C due to the exothermic oxidation reaction of heavy VOCs. In contrast, when porous silica is used alone, purification begins when the metal honeycomb inlet gas temperature reaches approximately 200°C, and the metal honeycomb outlet gas temperature only rises to 220°C. (Figure 11)

前記セル内面に多孔質シリカと貴金属とが担持されていると、セル内面に多孔質シリカのみが単体で担持されている場合と比較して、浄化開始温度が約30℃低温側へシフトすることから、浄化再生のサイクル時間が短縮し、さらに加熱エアーの省エネルギーに貢献することができる。 When porous silica and precious metals are supported on the inner surface of the cells, the purification start temperature shifts to a lower temperature by approximately 30°C compared to when only porous silica is supported on the inner surface of the cells, thereby shortening the purification and regeneration cycle time and further contributing to energy savings in heated air.

発明者らは、貴金属として、白金が低温域150℃~250℃において酸化活性が高く、パラジウムおよびロジウムは、それより高温域250℃以上で酸化活性が高いことを見出した。 The inventors discovered that, among precious metals, platinum has high oxidation activity in the low temperature range of 150°C to 250°C, while palladium and rhodium have high oxidation activity in the higher temperature range of 250°C or higher.

前記セル内面に白金を0.5g/L~1.0g/L、パラジウムおよび/またはロジウムをパラジウムとロジウムの合計の担持量として0.25g/L~0.5g/L担持することが、より好ましい。 It is more preferable to load platinum on the inner surface of the cell at 0.5 g/L to 1.0 g/L, and palladium and/or rhodium at a total loading of palladium and rhodium of 0.25 g/L to 0.5 g/L.

(貴金属触媒含有量)
本発明の重質VOC吸収濃縮、浄化する材料は、前記貴金属が、メタルハニカムの容積(L)あたり、0.5g/L~1.5g/L含んでなることを特徴とする。
(Precious metal catalyst content)
The material for absorbing, concentrating and purifying heavy VOCs of the present invention is characterized in that the noble metal is contained in an amount of 0.5 g/L to 1.5 g/L per volume (L) of the metal honeycomb.

前記貴金属が、重質VOCの酸化分解による浄化量、再生時間の短縮およびコストの観点で、0.7g/L~1.2g/L含んでいることが好ましい。0.5g/L未満では、重質VOCの酸化分解による浄化量、再生時間の短縮が不十分であり、好ましくない。一方、1.5g/L超ではコストが高く、好ましくない。 From the standpoint of the amount of heavy VOCs purified by oxidative decomposition, shortening of regeneration time, and cost, it is preferable that the precious metal content be 0.7 g/L to 1.2 g/L. If it is less than 0.5 g/L, the amount of heavy VOCs purified by oxidative decomposition and shortening of regeneration time will be insufficient, which is undesirable. On the other hand, if it exceeds 1.5 g/L, the cost will be high and it is undesirable.

以下、本発明を実施例によって、本発明の形態をさらに詳細に説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。得られた多孔質シリカについて、以下のような装置を用いて評価した。 The following examples further illustrate the present invention. However, the present invention is not limited to these examples. The obtained porous silica was evaluated using the following equipment.

(電子顕微鏡による観察)
分析装置:日本電子株式会社製、走査型電子顕微鏡、JSM-6610LAを使用し、加速電圧15kVで、試料は、両面カーボンテープで試料台上に直接固定し、低真空モードにて像観察した。
(Observation by electron microscope)
Analytical equipment: A scanning electron microscope, JSM-6610LA, manufactured by JEOL Ltd., was used, and the sample was fixed directly onto the sample stage with double-sided carbon tape and images were observed in low vacuum mode at an acceleration voltage of 15 kV.

(比表面積、全細孔容積、マイクロ孔容積、マイクロ平均細孔直径)
予め試料を200℃、3時間、真空で前処理を行い、マイクロトラック・ベル株式会社製、BELSORP―max を使用して液体窒素温度(-196℃)で測定した窒素吸収等温線からIUPAC分類、BET比表面積を求め、全細孔容積はメソ細孔容積とマイクロ細孔容積の総和として相対圧(P/P0=0.980)の最大吸収量から求め、また、マイクロ細孔容積およびマイクロ細孔平均直径は、tプロット法により2番目の直線の切片からマイクロ細孔容積を、屈曲点からマイクロ細孔平均直径(2t)を求め、tプロットの屈折点付近の曲率を微分するMP法を用いて、マイクロ細孔分布として示した。
(specific surface area, total pore volume, micropore volume, average micropore diameter)
The sample was pretreated in advance in a vacuum at 200°C for 3 hours, and the IUPAC classification and BET specific surface area were determined from the nitrogen absorption isotherm measured at liquid nitrogen temperature (-196°C) using a BELSORP-max manufactured by Microtrac-Bell Corporation. The total pore volume was calculated from the maximum absorption amount at relative pressure (P/P 0 = 0.980) as the sum of the mesopore volume and micropore volume. The micropore volume and average micropore diameter were calculated from the intercept of the second straight line using the t-plot method, and the average micropore diameter (2t) was calculated from the inflection point. The micropore volume and average micropore diameter were then shown as a micropore distribution using the MP method, which differentiates the curvature near the inflection point of the t-plot.

(実施例1)L-64
実施例1は、ポリエチレンオキシド(PEO)-ポリプロピレンオキシド(PEO)-ポリエチレンオシキド(PEO)を含むトリブロック共重合体からなる非イオン性界面活性剤が、重量平均分子量2900、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)40%を用いて、多孔質シリカを合成した。得られた多孔質シリカは、多孔質シリカを合成した。
(Example 1) L-64
In Example 1, porous silica was synthesized using a nonionic surfactant consisting of a triblock copolymer containing polyethylene oxide (PEO)-polypropylene oxide (PEO)-polyethylene oxide (PEO), with a weight-average molecular weight of 2900 and 40% ethylene oxide (PEO) in the total molecule. The obtained porous silica was synthesized.

具体的には、ガラス製容器(5L)に攪拌しながら、アデカ(登録商標)プルロニックLー64(重量平均分子量2900、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)40%)245gとイオン交換水1540gとを入れる。次に、食塩(塩化ナトリウム99%以上)130gと濃塩酸(37%)290gとを入れる。その後、35~40℃で4時間攪拌を継続して、アデカ(登録商標)プルロニックL―64を十分に溶解し、会合性ミセルを形成させた。 Specifically, 245 g of ADEKA (registered trademark) Pluronic L-64 (weight average molecular weight 2900, 40% ethylene oxide (PEO) in total molecules) and 1540 g of ion-exchanged water were placed in a glass container (5 L) while stirring. Next, 130 g of salt (99% or more sodium chloride) and 290 g of concentrated hydrochloric acid (37%) were added. Stirring was then continued at 35-40°C for 4 hours to fully dissolve the ADEKA (registered trademark) Pluronic L-64 and form associative micelles.

前記溶解液に、アルコキシシランとしてテトラエトキシシラン(TEOS)711gを加えて、浴温を50~55℃に上昇させた後、徐冷し浴温35℃~40℃で保持し攪拌継続しながらアルコキシシランを加水分解させた。その液を前駆体溶液とした。 711 g of tetraethoxysilane (TEOS) was added to the solution as an alkoxysilane, and the bath temperature was raised to 50-55°C. The bath was then slowly cooled and maintained at 35-40°C with continuous stirring to hydrolyze the alkoxysilane. This liquid was used as the precursor solution.

その後、前記前駆体液を90~100℃に昇温して、3~4時間保持し熟成してゲル化が完了し、溶液全体が目視で無色のゲル状固体となった。 The precursor liquid was then heated to 90-100°C and held there for 3-4 hours to mature, completing the gelation process, and the entire solution turned into a visually colorless gel-like solid.

次に、前記ゲル状固体を、洗浄水がpH5~6になるまで濾過、水洗を繰り返し行った。次に、耐火容器に移し、乾燥後、550℃で3時間の焼成を行い、多孔質シリカを得た。 Next, the gel-like solid was filtered and repeatedly washed with water until the pH of the wash water reached 5-6. It was then transferred to a fireproof container, dried, and calcined at 550°C for 3 hours to obtain porous silica.

(実施例2)L―34
実施例2は、実施例1の非イオン性界面活性剤のアデカ(登録商標)プルロニックL―64(重量平均分子量2900、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)40%)に代えて、アデカ(登録商標)プルロニックLー34(重量平均分子量1700、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)40%)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔質シリカを合成した。
(Example 2) L-34
In Example 2, porous silica was synthesized in the same manner as in Example 1, except that the nonionic surfactant ADEKA (registered trademark) PLURONIC L-34 (weight average molecular weight 1700, ethylene oxide (PEO) 40% in total molecules) was used instead of ADEKA (registered trademark) PLURONIC L-64 (weight average molecular weight 2900, ethylene oxide (PEO) 40% in total molecules) used in Example 1.

(実施例3)Lー72
実施例3は、実施例1の非イオン性界面活性剤のアデカ(登録商標)プルロニックLー64(重量平均分子量2900、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)40%)に代えて、アデカ(登録商標)プルロニックLー72(重量平均分子量2750、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)20%)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔質シリカを合成した。
(Example 3) L-72
In Example 3, porous silica was synthesized in the same manner as in Example 1, except that ADEKA (registered trademark) Pluronic L-72 (weight average molecular weight 2750, ethylene oxide (PEO) content 20% in total molecules) was used instead of ADEKA (registered trademark) Pluronic L-64 (weight average molecular weight 2900, ethylene oxide (PEO) content 40% in total molecules), a nonionic surfactant used in Example 1.

(実施例4)Lー62
実施例4は、実施例1の非イオン性界面活性剤のアデカ(登録商標)プルロニックLー64(重量平均分子量2900、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)40%)に代えて、アデカ(登録商標)プルロニックLー62(重量平均分子量2500、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)20%)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔質シリカを合成した。
(Example 4) L-62
In Example 4, porous silica was synthesized in the same manner as in Example 1, except that ADEKA (registered trademark) Pluronic L-62 (weight average molecular weight 2500, ethylene oxide (PEO) 20% in total molecules) was used instead of the nonionic surfactant ADEKA (registered trademark) Pluronic L-64 (weight average molecular weight 2900, ethylene oxide (PEO) 40% in total molecules) used in Example 1.

(実施例5)Lー42
実施例5は、実施例1の非イオン性界面活性剤のアデカ(登録商標)プルロニックLー64(重量平均分子量2900、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)40%)に代えて、アデカ(登録商標)プルロニックLー42(重量平均分子量1630、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)20%)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔質シリカを合成した。
(Example 5) L-42
In Example 5, porous silica was synthesized in the same manner as in Example 1, except that the nonionic surfactant ADEKA (registered trademark) PLURONIC L-42 (weight average molecular weight 1630, ethylene oxide (PEO) 20% in total molecules) was used instead of ADEKA (registered trademark) PLURONIC L-64 (weight average molecular weight 2900, ethylene oxide (PEO) 40% in total molecules) used in Example 1.

(実施例6)Lー44
実施例6は、実施例1の非イオン性界面活性剤のアデカ(登録商標)プルロニックLー64(重量平均分子量2900、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)39.7%)に代えて、アデカ(登録商標)プルロニックLー44(重量平均分子量2200、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)40%)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔質シリカを合成した。
(Example 6) L-44
In Example 6, porous silica was synthesized in the same manner as in Example 1, except that the nonionic surfactant ADEKA (registered trademark) PLURONIC L-44 (weight average molecular weight 2200, ethylene oxide (PEO) content in total molecules 40%) was used instead of ADEKA (registered trademark) PLURONIC L-64 (weight average molecular weight 2900, ethylene oxide (PEO) content in total molecules 39.7%) used in Example 1.

(比較例1)P―123
比較例1は、非イオン性界面活性剤であるトリブロック共重合体PEO―PPO―PEO(Pluronic P―123、重量平均分子量5800、BASF製)と塩酸とを45℃において約550rpmで攪拌した。10分後に塩化ナトリウムを添加し、さらに10分後TPEOSと水の混合液を添加した。本実施例では、添加する塩化ナトリウムの量を変化させ、混合溶液のモル比は、TPEOS:P123:HCl:HO:NaCl=1:0.017:5.85:199:1.495とした。この混合溶液をさらに1時間攪拌した後、攪拌を停止し、予め80℃に保温した恒温水槽に移し3時間熟成させた。反応懸濁液から固体生成物を濾別し、60℃で充分乾燥させた後、600℃で1時間加熱して、有機成分を除去して繊維状メソポーラスシリカ粒子を得た。なお、比較例1~5は、特許文献2の実施例1~5に対応する例である。
(Comparative example 1) P-123
In Comparative Example 1, a nonionic surfactant triblock copolymer PEO-PPO-PEO (Pluronic P-123, weight-average molecular weight 5800, manufactured by BASF) and hydrochloric acid were stirred at approximately 550 rpm at 45°C. After 10 minutes, sodium chloride was added, and after another 10 minutes, a mixed solution of TPEOS and water was added. In this example, the amount of sodium chloride added was varied, and the molar ratio of the mixed solution was TPEOS:P123:HCl: H2O :NaCl = 1:0.017:5.85:199:1.495. After stirring this mixed solution for another hour, stirring was stopped and the solution was transferred to a thermostatic water bath preheated to 80°C and aged for 3 hours. The solid product was filtered from the reaction suspension, thoroughly dried at 60°C, and then heated at 600°C for 1 hour to remove organic components and obtain fibrous mesoporous silica particles. Comparative Examples 1 to 5 correspond to Examples 1 to 5 of Patent Document 2.

(比較例2)P―103
比較例2は、実施例1の非イオン性界面活性剤のアデカ(登録商標)プルロニックLー64(重量平均分子量2900、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)40%)に代えて、アデカ(登録商標)プルロニックP―103(重量平均分子量4900、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)30%)を使用した以外は、実施例1と同様にして、メソポーラスシリカを合成した。
(Comparative example 2) P-103
In Comparative Example 2, mesoporous silica was synthesized in the same manner as in Example 1, except that ADEKA (registered trademark) Pluronic P-103 (weight average molecular weight 4900, ethylene oxide (PEO) content in total molecules 30%) was used instead of the nonionic surfactant ADEKA (registered trademark) Pluronic L-64 (weight average molecular weight 2900, ethylene oxide (PEO) content in total molecules 40%) used in Example 1.

(比較例3)L-61
比較例3は、実施例1の非イオン性界面活性剤のアデカ(登録商標)プルロニックLー64(重量平均分子量2900、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)39.7%)に代えて、アデカ(登録商標)プルロニックL-61(重量平均分子量2000、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)10%)を使用した以外は、実施例1と同様にして、メソポーラスシリカを合成した。
(Comparative example 3) L-61
In Comparative Example 3, mesoporous silica was synthesized in the same manner as in Example 1, except that ADEKA (registered trademark) Pluronic L-61 (weight average molecular weight 2000, ethylene oxide (PEO) content in total molecules 10%) was used instead of the nonionic surfactant ADEKA (registered trademark) Pluronic L-64 (weight average molecular weight 2900, ethylene oxide (PEO) content in total molecules 39.7%) used in Example 1.

(比較例4)P-65
比較例4は、実施例1の非イオン性界面活性剤のアデカ(登録商標)プルロニックLー64(重量平均分子量2900、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)40%)に代えて、アデカ(登録商標)プルロニックP-65(重量平均分子量3400、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)50%)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔質シリカを合成した。
(Comparative Example 4) P-65
In Comparative Example 4, porous silica was synthesized in the same manner as in Example 1, except that ADEKA (registered trademark) Pluronic P-65 (weight average molecular weight 3400, ethylene oxide (PEO) content in total molecules 50%) was used instead of ADEKA (registered trademark) Pluronic L-64 (weight average molecular weight 2900, ethylene oxide (PEO) content in total molecules 40%), a nonionic surfactant used in Example 1.

(比較例5)L-31
比較例5は、実施例1の非イオン性界面活性剤のアデカ(登録商標)プルロニックL―64(重量平均分子量2900、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)40%)に代えて、アデカ(登録商標)プルロニックL-31(重量平均分子量1100、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)10%)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔質シリカを合成した。
(Comparative Example 5) L-31
In Comparative Example 5, porous silica was synthesized in the same manner as in Example 1, except that ADEKA (registered trademark) PLURONIC L-31 (weight average molecular weight 1100, ethylene oxide (PEO) 10% in total molecules) was used instead of ADEKA (registered trademark) PLURONIC L-64 (weight average molecular weight 2900, ethylene oxide (PEO) 40% in total molecules) as the nonionic surfactant used in Example 1.

(比較例6)L-35
比較例6は、実施例1の非イオン性界面活性剤のアデカ(登録商標)プルロニックL―64(重量平均分子量2900、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)40%)に代えて、アデカ(登録商標)プルロニックL-35(重量平均分子量1900、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)50%)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔質シリカを合成した。
(Comparative Example 6) L-35
In Comparative Example 6, porous silica was synthesized in the same manner as in Example 1, except that ADEKA (registered trademark) Pluronic L-35 (weight average molecular weight 1900, ethylene oxide (PEO) 50% in total molecules) was used instead of ADEKA (registered trademark) Pluronic L-64 (weight average molecular weight 2900, ethylene oxide (PEO) 40% in total molecules) as the nonionic surfactant used in Example 1.

(比較例7)L-23
比較例7は、実施例1の非イオン性界面活性剤のアデカ(登録商標)プルロニックL-64(重量平均分子量2900、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)40%)に代えて、アデカ(登録商標)プルロニックL-23(重量平均分子量1055、総分子中のエチレンオキサイド(PEO)30%)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔質シリカを合成した。
(Comparative Example 7) L-23
In Comparative Example 7, porous silica was synthesized in the same manner as in Example 1, except that ADEKA (registered trademark) Pluronic L-23 (weight average molecular weight 1055, ethylene oxide (PEO) 30% in total molecules) was used instead of ADEKA (registered trademark) Pluronic L-64 (weight average molecular weight 2900, ethylene oxide (PEO) 40% in total molecules) as the nonionic surfactant used in Example 1.

(比較例8)
2Nの塩酸に溶解したトリブロック共重合体PEO―PPO―PEOからなるPluronic F88(重量平均分子量11400、親水部PEO割合80%、BASF製)溶液に、市販のJIS3号珪酸ナトリウムに水を加え希釈した珪酸ナトリウム水溶液を600rpmで攪拌しながら添加した。混合溶液のモル比は、SiO:Pluronic F88:NaO:HCl:HO=1:0.0064:0.312:3.93:152である。尚、HOには全ての原料由来の水が含まれている。反応温度は25℃~27℃で、2時間攪拌反応を行った後、固体生成物を濾別し、60℃の温水で洗浄後、50℃で十分乾燥させた。最終的に600℃の電気炉中で1時間焼成を行うことで有機成分を除去し、真球状定形多孔質シリカ粒子を得た。なお、比較例8は、特許文献3の実施例8に対応する例である。
(Comparative Example 8)
A sodium silicate aqueous solution prepared by diluting commercially available JIS No. 3 sodium silicate with water was added to a solution of Pluronic F88 (weight average molecular weight 11,400, hydrophilic portion PEO ratio 80%, manufactured by BASF) consisting of a triblock copolymer PEO-PPO-PEO dissolved in 2N hydrochloric acid while stirring at 600 rpm. The molar ratio of the mixed solution was SiO2 :Pluronic F88: Na2O :HCl: H2O = 1:0.0064:0.312:3.93:152. The H2O contained water derived from all raw materials. The reaction temperature was 25°C to 27°C, and the reaction was stirred for 2 hours. The solid product was then filtered, washed with warm water at 60°C, and thoroughly dried at 50°C. Finally, the mixture was calcined in an electric furnace at 600°C for 1 hour to remove organic components, yielding spherical, regular-shaped porous silica particles. Comparative Example 8 corresponds to Example 8 of Patent Document 3.

(比較例9)
ポリプロピレン製容器にシリカ源としてテトラエトキシシラン(TEOS)8g(0.038mol;1eq)を入れ、続いてカチオン性界面活性剤を、0.2~1.2eq(0.038mol×0.2~0.038mol×1.2)を分散させ、撹拌した。この時点で、TPEOSと界面活性剤とは混じり合わない。即ち、均一な混合液とならない。カチオン性界面活性剤としては、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミドを用いて、多孔質シリカを合成した。
(Comparative Example 9)
A polypropylene container was charged with 8 g (0.038 mol; 1 eq) of tetraethoxysilane (TEOS) as a silica source, followed by dispersion and stirring of 0.2 to 1.2 eq (0.038 mol x 0.2 to 0.038 mol x 1.2) of cationic surfactant. At this stage, the TPEOS and surfactant do not mix; in other words, a homogeneous mixture is not formed. Dodecyltrimethylammonium bromide was used as the cationic surfactant to synthesize porous silica.

次いで、上記混合液に、塩酸を用いてpHを0~2程度に調整した水を2~4eq(0.038mol×2~0.038mol×4)程度、添加し、室温で撹拌した。一時間程度の撹拌でTEOSの加水分解が進行し、ほぼ均一な溶液が得られた。この溶液(前駆体溶液)を室温または60℃に保持し、継続して撹拌あるいは静置した。12時間から数日でゲル化が完了し、溶液全体が目視で無色透明のゲル状となった。このゲルを60℃で乾燥、600℃で3時間焼成し、界面活性剤を除去した。これにより、無色透明のモノリス状の多孔質シリカが得られた。 Next, approximately 2 to 4 eq (0.038 mol x 2 to 0.038 mol x 4) of water, the pH of which had been adjusted to approximately 0 to 2 using hydrochloric acid, was added to the above mixture and stirred at room temperature. After stirring for approximately one hour, the hydrolysis of TEOS progressed, resulting in a nearly uniform solution. This solution (precursor solution) was kept at room temperature or 60°C and continued to be stirred or allowed to stand. Gelation was completed within 12 hours to several days, and the entire solution appeared visually to be a colorless, transparent gel. This gel was dried at 60°C and calcined at 600°C for 3 hours to remove the surfactant. This resulted in colorless, transparent, monolithic porous silica.

(比較例10)
比較例10は、比較例9の カチオン性界面活性剤のドデシルトリメチルアンモニウムブロミドに代えて、デシルトリメチルアンモニウムブロミドを用いた以外は、比較例9と同様にして、多孔質シリカが得られた。
(Comparative Example 10)
In Comparative Example 10, porous silica was obtained in the same manner as in Comparative Example 9, except that decyltrimethylammonium bromide was used instead of dodecyltrimethylammonium bromide as the cationic surfactant.

(比較例11)
比較例11は、比較例9の カチオン性界面活性剤のドデシルトリメチルアンモニウムブロミドに代えて、デシルトリメチルアンモニウムブロミドを用いた以外は、比較例9と同様にして多孔質シリカを得た。
(Comparative Example 11)
In Comparative Example 11, porous silica was obtained in the same manner as in Comparative Example 9, except that decyltrimethylammonium bromide was used instead of dodecyltrimethylammonium bromide as the cationic surfactant.

(比較例12)
比較例12は、比較例9の カチオン性界面活性剤のドデシルトリメチルアンモニウムブロミドに代えて、ヘキシルトリメチルアンモニウムブロミドを用いた以外は、比較例9と同様にして多孔質シリカを得た。
(Comparative Example 12)
In Comparative Example 12, porous silica was obtained in the same manner as in Comparative Example 9, except that hexyltrimethylammonium bromide was used instead of dodecyltrimethylammonium bromide as the cationic surfactant.

(比較例13)
比較例13は、比較例9の カチオン性界面活性剤のドデシルトリメチルアンモニウムブロミドに代えて、ブチルトリメチルアンモニウムクロライドを用いた以外は、比較例9と同様にして多孔質シリカを得た。
(Comparative Example 13)
In Comparative Example 13, porous silica was obtained in the same manner as in Comparative Example 9, except that butyltrimethylammonium chloride was used instead of dodecyltrimethylammonium bromide as the cationic surfactant.

(比較例14)
〔有機シラン添加による細孔径制御〕
比較例14は、比較例11の 前駆体溶液にトリエトキシビニルシランを加えた以外は、比較例9と同様にして多孔質シリカを得た。
(Comparative Example 14)
[Pore size control by adding organic silane]
In Comparative Example 14, porous silica was obtained in the same manner as in Comparative Example 9, except that triethoxyvinylsilane was added to the precursor solution of Comparative Example 11.

具体的には、ポリプロピレン製容器にシリカ源としてテトラエトキシシラン(TEOS)8g(0.038mol;1eq)とトリエトキシビニルシラン(TEVS)を8g×5%(0.038mol×5%)とを混合し、続いて界面活性剤を0.2~1.2等量を添加し、撹拌した。この混合物に、塩酸を用いてpH0~2に調整した水を2~4等量の範囲で添加し、室温で撹拌した。1時間程度の撹拌でTPEOSの加水分解が進行し、ほぼ均一な溶液が得られた。さらに、この溶液(前駆体溶液)を室温または60℃に保持し、継続して撹拌あるいは静置した。12時間から数日でゲル化が完了し、溶液全体が目視で無色透明のゲル状となった。このゲルを60℃で乾燥、600℃で3時間焼成し、界面活性剤を除去した。界面活性剤としては、オクチルトリメチルアンモニウムブロミドからなるカチオン性界面活性剤である。 Specifically, 8 g (0.038 mol; 1 eq) of tetraethoxysilane (TEOS) and 8 g x 5% (0.038 mol x 5%) of triethoxyvinylsilane (TEVS) were mixed in a polypropylene container as a silica source. 0.2 to 1.2 equivalents of a surfactant were then added and stirred. To this mixture, 2 to 4 equivalents of water adjusted to a pH of 0 to 2 using hydrochloric acid were added and stirred at room temperature. After approximately 1 hour of stirring, hydrolysis of the TPEOS progressed, resulting in a nearly homogeneous solution. This solution (precursor solution) was then maintained at room temperature or 60°C and stirred or allowed to stand. Gelation was complete within 12 hours to several days, with the entire solution visually appearing as a colorless, transparent gel. This gel was dried at 60°C and baked at 600°C for 3 hours to remove the surfactant. The surfactant used was a cationic surfactant consisting of octyltrimethylammonium bromide.

(比較例15)
比較例15は、比較例14のカチオン性界面活性剤のオクチルトリメチルアンモニウムブロミドに代えて、ヘキシルトリメチルアンモニウムブロミドを用いた以外は、比較例14と同様にして多孔質シリカを得た。
(Comparative Example 15)
In Comparative Example 15, porous silica was obtained in the same manner as in Comparative Example 14, except that hexyltrimethylammonium bromide was used instead of octyltrimethylammonium bromide as the cationic surfactant.

(比較例16)
比較例16は、比較例14のカチオン性界面活性剤のオクチルトリメチルアンモニウムブロミドに代えて、ブチルトリメチルアンモニウムクロライドを用いた以外は、比較例14と同様にして、多孔質シリカを得た。
(Comparative Example 16)
In Comparative Example 16, porous silica was obtained in the same manner as in Comparative Example 14, except that butyltrimethylammonium chloride was used instead of octyltrimethylammonium bromide as the cationic surfactant in Comparative Example 14.

実施例1~6および比較例1~16の多孔質シリカの原材料の種類、配合比、合成条件を表5~7に示す。さらに、図4に総分子中親水部割合と重量平均分子量との関係、図5に総分子中親水部割合と疎水部分子量との関係を示す。 Tables 5 to 7 show the raw material types, blending ratios, and synthesis conditions for the porous silica of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 16. Furthermore, Figure 4 shows the relationship between the proportion of hydrophilic moieties in the total molecule and the weight-average molecular weight, and Figure 5 shows the relationship between the proportion of hydrophilic moieties in the total molecule and the molecular weight of the hydrophobic moiety.

実施例1~6および比較例1~16の多孔質シリカの細孔の解析結果は、吸収等温線のIUPAC分類、BET比表面積、全細孔容積(A)、マイクロ細孔平均直径、マイクロ細孔容積(B)および全細孔容積(A)に占めるマイクロ細孔容積(B)の百分率を表8に示す。 The pore analysis results for the porous silica of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 16 are shown in Table 8, including the IUPAC classification of the absorption isotherm, BET specific surface area, total pore volume (A), average micropore diameter, micropore volume (B), and the percentage of micropore volume (B) in the total pore volume (A).

(窒素吸収等温線)
図6に本発明の一例として実施例1と2、従来技術の一例として比較例2、4、5、7の多孔質シリカの窒素吸収等温線を示す。同様にして、図7に本発明の一例として実施例1と2、従来技術の一例として12、15の多孔質シリカの窒素吸収等温線を示す。
(Nitrogen absorption isotherm)
Fig. 6 shows nitrogen absorption isotherms for porous silica in Examples 1 and 2 as examples of the present invention and Comparative Examples 2, 4, 5, and 7 as examples of the prior art. Similarly, Fig. 7 shows nitrogen absorption isotherms for porous silica in Examples 1 and 2 as examples of the present invention and Comparative Examples 12 and 15 as examples of the prior art.

(マイクロ細孔径分布)
図8に、本発明の一例として実施例1と2、従来技術の一例として比較例4、7の多孔質シリカのマイクロ細孔径分布を示す。同様にして、図9に、本発明の一例として実施例1と2、従来技術の一例として比較例12、15の多孔質シリカのマイクロ細孔径分布を示す。
(Micropore size distribution)
Fig. 8 shows the micropore size distributions of the porous silica of Examples 1 and 2 as examples of the present invention and Comparative Examples 4 and 7 as examples of the prior art. Similarly, Fig. 9 shows the micropore size distributions of the porous silica of Examples 1 and 2 as examples of the present invention and Comparative Examples 12 and 15 as examples of the prior art.

(マイクロ細孔の平均直径と細孔容積との関係)
図10に、実施例1~6および比較例1~16の多孔質シリカのマイクロ細孔における平均直径と細孔容積との関係を示す。
(Relationship between average diameter of micropores and pore volume)
FIG. 10 shows the relationship between the average diameter and pore volume of the micropores in the porous silica of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 16.

(実施形態2)メタルハニカム流通体の作製
本発明のメタルハニカム流通体は、フェライト系ステンレス鋼Fe-20Cr-5Al(JFE20-5USR、JFEスチール(株)製、厚み30μm、幅120mm)の金属箔を用いて、コルゲート加工にて波状に成型した箔と、コルゲートを施さない平らな箔とを、それらの間と平らな箔の上面にロウ材を挿みながら、巻き取りテンションを一定に保ちながら、波状のセル形状が300セル/inchの直径122mmのロールに巻き取ったメタルハニカム部を作製した。
(Embodiment 2) Preparation of Metal Honeycomb Flow Body The metal honeycomb flow body of the present invention was prepared by using a metal foil of ferritic stainless steel Fe-20Cr-5Al (JFE20-5USR, manufactured by JFE Steel Corporation, thickness 30 μm, width 120 mm), and winding a metal honeycomb portion around a 122 mm diameter roll with a wavy cell pattern of 300 cells/ inch² while inserting a brazing filler material between the foil and on the top surface of the flat foil, while maintaining a constant winding tension.

外筒部は、予めステンレス鋼(SUS304、厚み1.5mm、幅140mm)の板材を用意し、その板材を円筒に丸めた内径が122mmとなる長さに裁断し、ロールベンダー機で曲面状に外筒部を加工した。 For the outer cylinder, a stainless steel (SUS304, 1.5 mm thick, 140 mm wide) plate was prepared in advance, cut to a length that would result in a cylindrical inner diameter of 122 mm, and then the outer cylinder was curved using a roll bender.

次に、メタルハニカム部を曲面状の外筒部で包み、その間にロウ材を挿み込んで、外筒の端面を溶接で止め、その後、真空加熱炉でロウ材が加熱して融着させて、メタルハニカム流通体(ハニカム部の直径122mm×幅120mm、容積1.4L)を製作した。 Next, the metal honeycomb section was wrapped in a curved outer cylinder, brazing material was inserted between them, and the end faces of the outer cylinder were welded together. The brazing material was then heated and fused in a vacuum heating furnace to produce a metal honeycomb flow-through body (honeycomb diameter 122 mm x width 120 mm, volume 1.4 L).

(実施形態3)多孔質シリカのコーティング方法
まず、試料を200gとイオン交換水800gとアルミナゾルAS200(アルミナ成分10wt%、日産化学株式会社製)200gとを混合し、ボールミルでスラリーにした。次にメタルハニカム(ハニカム部の直径122mm、長さ120mm、容積1.40L、セル数300/inch、株式会社ACR製)に塗布し、乾燥および500℃で焼成を行って、メタルハニカムに各試料を担持量100±15g/Lに調整して、多孔質シリカがコーティングされたメタルハニカム流通体(以下、実施例1M~実施例6Mおよび比較例1M~比較例16Mと称す)を作製した。
(Embodiment 3) Porous Silica Coating Method First, 200 g of each sample was mixed with 800 g of ion-exchanged water and 200 g of Alumina Sol AS200 (alumina content 10 wt %, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) to form a slurry in a ball mill. The slurry was then applied to a metal honeycomb (honeycomb diameter 122 mm, length 120 mm, volume 1.40 L, cell count 300/ inch2 , manufactured by ACR Corporation), dried, and fired at 500°C to prepare porous silica-coated metal honeycomb flow-through bodies (hereinafter referred to as Examples 1M to 6M and Comparative Examples 1M to 16M) with each sample loaded on the metal honeycomb to a loading of 100±15 g/L.

(実施形態4)貴金属触媒を含む多孔質シリカのコーティング方法
(実施例7PM)
実施例7PMは、本発明の白金触媒を含む多孔質シリカからなる重質VOCの吸収濃縮、浄化再生するメタルハニカム流通体の一例として、予め、白金塩溶液(ジニトロジアンミンPt(II)硝酸溶液、Ptとして8.368%、田中貴金属工業株式会社製)16.0gをイオン交換水2,000gに混合して白金担持溶液を作製した。次に、実施例2Mの多孔質シリカ92g/Lをコーティングされたメタルハニカム流通体を、ハニカム部全体が白金担持溶液に浸かるように12時間浸漬した。その後、乾燥、500℃で2時間焼成して、白金が0.75g/L含む多孔質シリカをコーティングしてなる実施例7Mのメタルハニカム流通体を作製した。
(Embodiment 4) Method for coating porous silica containing a precious metal catalyst (Example 7PM)
Example 7PM is an example of a metal honeycomb flow-through structure made of porous silica containing a platinum catalyst of the present invention, which absorbs, concentrates, purifies, and regenerates heavy VOCs. A platinum-supported solution was prepared by mixing 16.0 g of a platinum salt solution (dinitrodiammine Pt(II) nitrate solution, 8.368% Pt, manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) with 2,000 g of ion-exchanged water. Next, the metal honeycomb flow-through structure of Example 2M, coated with 92 g/L of porous silica, was immersed in the platinum-supported solution for 12 hours, so that the entire honeycomb portion was immersed. The structure was then dried and fired at 500 °C for 2 hours to produce the metal honeycomb flow-through structure of Example 7M, coated with porous silica containing 0.75 g/L of platinum.

(実施例8PPM)
実施例8PPMは、本発明の白金およびパラジウム触媒を含む多孔質シリカからなる重質VOCの吸収濃縮、浄化再生するメタルハニカム流通体の一例として、予め、パラジウム塩溶液(硝酸パラジウム(II)溶液、Pdとして8.300%、田中貴金属工業株式会社製)4.0gをイオン交換水500gに混合してパラジウム担持溶液を作製した。
(Example 8 PPM)
Example 8 PPM is an example of a metal honeycomb flow element made of porous silica containing platinum and palladium catalysts of the present invention, which absorbs, concentrates, purifies, and regenerates heavy VOCs. A palladium-loaded solution was prepared in advance by mixing 4.0 g of a palladium salt solution (palladium (II) nitrate solution, 8.300% Pd, manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) with 500 g of ion-exchanged water.

実施例7PMのメタルハニカム流通体を、ハニカム部端部から30mmに位置まで浸かるようにパラジウム担持溶液に12時間浸漬した。その後、乾燥、500℃で2時間焼成して、パラジウムが0.25g/L含む多孔質シリカをコーティングしてなる実施例8PPMのメタルハニカム流通体を作製した。 The metal honeycomb flow body of Example 7 PM was immersed in the palladium-loaded solution for 12 hours, up to a position 30 mm from the end of the honeycomb. It was then dried and fired at 500°C for 2 hours to produce the metal honeycomb flow body of Example 8 PPM, coated with porous silica containing 0.25 g/L of palladium.

(実施の形態5)重質VOCのサイクル試験
実施例1M~6M、7PM、8PPMおよび比較例1M~16Mの吸収濃縮工程、浄化再生および冷却工程のサイクル試験を行った。重質VOCとして、酢酸ヘキシル(沸点:169.2℃ Chapman (2009))を用いた。
(Embodiment 5) Cycle Test of Heavy VOCs Cycle tests of the absorption and concentration process, purification and regeneration process, and cooling process were conducted for Examples 1M to 6M, 7PM, and 8PPM and Comparative Examples 1M to 16M. Hexyl acetate (boiling point: 169.2°C, Chapman (2009)) was used as the heavy VOC.

(酢酸ヘキシルの加熱揮発ガス濃度調整)
揮発装置にて、酢酸ヘキシルを150℃で加温し揮発させ大気と混合して、酢酸ヘキシル150ppm揮発ガスを、前記メタルハニカム流通体の容積1.4Lにて空間速度30,000h-1およびメタハニカム流通体の入口ガス温度60℃に調整した。
(Adjusting the concentration of hexyl acetate volatilized gases by heating)
In a volatilizer, hexyl acetate was heated to 150°C to volatilize it and mixed with air to produce a 150 ppm hexyl acetate volatilized gas. The volume of the metal honeycomb flow body was 1.4 L, and the space velocity was adjusted to 30,000 h -1 and the inlet gas temperature of the metal honeycomb flow body was adjusted to 60°C.

(酢酸ヘキシル吸収濃縮の工程)
さらに、メタルハニカム流通体出口で酢酸キシルのリーク濃度が、ハイドロカーボンとして30ppmに到達した時点を吸収濃縮の終点とした。
(Hexyl acetate absorption and concentration process)
Furthermore, the end point of absorption and concentration was determined to be the time when the leak concentration of xyl acetate reached 30 ppm as hydrocarbon at the outlet of the metal honeycomb flow body.

(酢酸ヘキシル浄化再生の工程)
前記吸収濃縮の終点直後から、スーパーヒーターを用いて、加熱した大気を空間速度22,000h-1でメタルハニカム流通体の入口ガス温度が200℃になるよう流し入れ、酢酸ヘキシルを15分間の脱離および浄化を行った。
(Hexyl acetate purification and regeneration process)
Immediately after the end of the absorption concentration, heated air was introduced using a superheater at a space velocity of 22,000 h −1 so that the inlet gas temperature of the metal honeycomb flow body was 200° C., and hexyl acetate was desorbed and purified for 15 minutes.

(メタルハニカム流通体の冷却工程)
前記酢酸ヘキシル脱離浄化の15分間経過の直後から、常温の大気をメタルハニカム流通体へ空間速度22,000h-1で流し入れ、メタルハニカム流通体の冷却を行った。
(Cooling process of metal honeycomb flow body)
Immediately after 15 minutes of the hexyl acetate desorption purification, air at room temperature was introduced into the metal honeycomb flow body at a space velocity of 22,000 h -1 to cool the metal honeycomb flow body.

(繰返しサイクル)
酢酸ヘキシルの吸収濃縮工程、浄化再生および冷却工程までの3つの工程を再度繰り返した。
(Repeat cycle)
The three steps of absorbing and concentrating hexyl acetate, purifying and regenerating, and cooling were repeated again.

試験系を図11に記載する。なお、メタルハニカム流通体の入口および出口ガス濃度検出器は、堀場製作所株式会社製のMOTOR EXHAUST GAS ANALYZER MEXA-7100DEGRを用いて、ハイドロカーボン濃度として測定した。さらに、その出口では、DATABIRD社製のFT-IR MOTOR EXHAUST GAS ANALYZER FAST-2100を用いて、浄化分解したガス成分の濃度を測定した。 The test system is shown in Figure 11. The gas concentration detectors at the inlet and outlet of the metal honeycomb flow body were the Motor Exhaust Gas Analyzer MEXA-7100DEGR manufactured by Horiba, Ltd., which measured hydrocarbon concentration. Furthermore, the concentration of the purified and decomposed gas components was measured at the outlet using the FT-IR Motor Exhaust Gas Analyzer FAST-2100 manufactured by Databird.

図12~図14にサイクル試験結果の一例を、表9に酢酸ヘキシル動的吸収量を示す。 Figures 12 to 14 show examples of cycle test results, and Table 9 shows the dynamic absorption of hexyl acetate.

(貴金属触媒による酢酸ヘキシルの浄化再生効果)
酢酸ヘキシルの200℃加熱への浄化再生において、実施例2M、実施例7PMおよび実施例8PPMのメタルハニカム流通体の入口温度と出口温度とを比較した結果を図16に示す。
(Purification and regeneration effect of hexyl acetate using precious metal catalyst)
FIG. 16 shows the results of a comparison of the inlet and outlet temperatures of the metal honeycomb flow bodies of Example 2M, Example 7PM, and Example 8PPM in the purification and regeneration of hexyl acetate by heating at 200° C.

実施例2Mのメタルハニカム流通体は、入口温度が200℃到達時に出口温度が約220℃に到達し、酢酸ヘキシルの酸化分解よる発熱反応をともなって約20℃高温へシフトした。一方、実施例7PMのメタルハニカム流通体は、入口温度が180℃付近で出口温度が約330℃に到達し、酢酸ヘキシルの酸化分解よる発熱反応をともなって約150℃高温へシフトした。さらに、実施例8PPMのメタルハニカム流通体は、入口温度が170℃付近で出口温度が約340℃に到達し、酢酸ヘキシルの酸化分解よる発熱反応をともなって約160℃高温へシフトした。 For the metal honeycomb flow element of Example 2M, the outlet temperature reached approximately 220°C when the inlet temperature reached 200°C, shifting to a temperature approximately 20°C higher due to the exothermic reaction caused by the oxidative decomposition of hexyl acetate. On the other hand, for the metal honeycomb flow element of Example 7PM, the outlet temperature reached approximately 330°C when the inlet temperature was around 180°C, shifting to a temperature approximately 150°C higher due to the exothermic reaction caused by the oxidative decomposition of hexyl acetate. Furthermore, for the metal honeycomb flow element of Example 8PPM, the outlet temperature reached approximately 340°C when the inlet temperature was around 170°C, shifting to a temperature approximately 160°C higher due to the exothermic reaction caused by the oxidative decomposition of hexyl acetate.

メタルハニカム流通体の入口温度170~200℃到達時に、メタルハニカム流通体出口のFT―IR分析で検知したガス組成を、表10~表12に示す。実施例8PPMが、酢酸ヘキシルの酸化分解(式1)により、最も多くのHOとCOへ浄化できる。 The gas compositions detected by FT-IR analysis at the outlet of the metal honeycomb flow element when the inlet temperature of the metal honeycomb flow element reached 170 to 200°C are shown in Tables 10 to 12. Example 8 PPM can be purified to the most H 2 O and CO 2 by oxidative decomposition of hexyl acetate (Equation 1).

200℃加熱の浄化再生時間におけるハイドロカーボン(HC)濃度の変化を、図17に示す。実施例8PPMが、ハイドロカーボン(HC)を最も短時間に浄化再生される結果が得られた。 Figure 17 shows the change in hydrocarbon (HC) concentration over the purification and regeneration time when heated to 200°C. Example 8 PPM was found to purify and regenerate hydrocarbons (HC) in the shortest time.

白金を含む実施例7PMは、実施例2Mに比較して、酸化触媒の効果で浄化再生の性能を高めることができ、加熱に必要な熱エネルギーが少なく、再生時間を短縮でき高効率な重質VOC処理を可能にする。さらに、白金とパラジウムを含む実施例8PPMは、実施例7PMよりも、酸化触媒の効果で浄化再生の性能を高められて、より加熱に必要な熱エネルギーが少なく、再生時間を短縮でき高効率な重質VOC処理を可能にする。 Compared to Example 2M, Example 7PM, which contains platinum, is able to improve purification and regeneration performance due to the effect of the oxidation catalyst, requires less thermal energy for heating, shortens regeneration time, and enables highly efficient heavy VOC treatment. Furthermore, Example 8PPM, which contains platinum and palladium, is able to improve purification and regeneration performance due to the effect of the oxidation catalyst compared to Example 7PM, requires less thermal energy for heating, shortens regeneration time, and enables highly efficient heavy VOC treatment.

本発明は、例えば、安全性で環境負荷の少ない非イオン性界面活性剤がポリエチレンオキシド(PEO)-ポリプロピレンオキシド(PPO)-ポリエチレンオシキド(PEO)を含むトリブロック共重合体であって、その重量平均分子量が1,500超から3,000未満、総分子中の親水部が10%超から50%未満の鋳型に用いて、マイクロ細孔容積が0.35cm/g以上と大きく、マイクロ細孔平均直径が0.8nm~1.15nmの多孔質シリカを見出したことから、従来技術の2倍以上の重質VOCを吸収し、さらに、本発明のメタルハニカムおよび/または酸化触媒を用いれば、浄化再生が短時間サイクルで大量の重質VOCを処理することが可能であり、特に、微細に積層する電子部品等の産業上で有効に利用することができる。 The present invention relates to, for example, a porous silica having a large micropore volume of 0.35 cm 3 /g or more and an average micropore diameter of 0.8 nm to 1.15 nm, which is obtained by using a safe, environmentally friendly nonionic surfactant as a template, which is a triblock copolymer containing polyethylene oxide (PEO)-polypropylene oxide ( PPO )-polyethylene oxide (PEO), and which has a weight-average molecular weight of more than 1,500 but less than 3,000 and a hydrophilic moiety of more than 10% but less than 50% of the total molecule. This porous silica can absorb more than twice as much heavy VOC as conventional techniques, and furthermore, by using the metal honeycomb and/or oxidation catalyst of the present invention, it is possible to treat large amounts of heavy VOC in a short purification/regeneration cycle, and the present invention can be effectively used in industries such as finely laminated electronic components.

Claims (11)

4級アンモニウム塩からなるカチオン性界面活性剤を用いずに、
非イオン性界面活性剤と、アルコキシシランとから多孔質シリカを製造する方法であって、
(A1)溶剤としての水に、前記非イオン性界面活性剤と、酸性触媒と、金属塩と、前記アルコキシシランとを加えて、50℃~60℃で前記非イオン性界面活性剤の会合ミセルを形成させると同時に、アルコキシシランと加水分解反応を行わせてシリカゾルを生成する工程と、
(B1)前記加水分解反応を行わせた後、前記シリカゾルを80℃~100℃に2時間~5時間保持して当該シリカゾルの熟成を行ってゲル物質を得る熟成工程と、
(C1)濾過による固液分離にて前記ゲル物質を分離した後、当該ゲル物質を水洗および乾燥させた後、さらに当該ゲル物質を500~600℃でか焼を行わせた後処理工程と、を含み、
前記非イオン性界面活性剤がポリエチレンオキシド(PEO)-ポリプロピレンオキシド(PPO)-ポリエチレンオシキド(PEO)を含むトリブロック共重合体であり、
前記トリブロック共重合体の重量平均分子量が1500超~3000未満であり、
前記ポリエチレンオキシド(PEO)が前記トリブロック共重合体の総分子中に10質量%超から50質量%未満含まれ、
前記(A1)工程において、出発原料の混合モル比は、前記アルコキシシラン:前記非イオン性界面活性剤:前記酸性触媒:前記水:前記金属塩=1:0.02~0.05:2~3:10~40:0.5~0.8である、多孔質シリカの製造方法。
Without using a cationic surfactant consisting of a quaternary ammonium salt,
A method for producing porous silica from a nonionic surfactant and an alkoxysilane, comprising the steps of:
(A1) a step of adding the nonionic surfactant, the acid catalyst, the metal salt, and the alkoxysilane to water as a solvent, and forming associated micelles of the nonionic surfactant at 50°C to 60°C while simultaneously causing a hydrolysis reaction with the alkoxysilane to produce a silica sol;
(B1) an aging step of aging the silica sol by maintaining the silica sol at 80°C to 100°C for 2 hours to 5 hours after the hydrolysis reaction to obtain a gel substance;
(C1) a post-treatment step of separating the gel substance by solid-liquid separation through filtration, washing the gel substance with water, drying the gel substance, and then calcining the gel substance at 500 to 600°C;
the nonionic surfactant is a triblock copolymer containing polyethylene oxide (PEO)-polypropylene oxide (PPO)-polyethylene oxide (PEO);
The weight average molecular weight of the triblock copolymer is more than 1500 and less than 3000,
The polyethylene oxide (PEO) is contained in the total molecules of the triblock copolymer in an amount of more than 10% by mass to less than 50% by mass,
In the step (A1), the molar mixing ratio of the starting materials is the alkoxysilane: the nonionic surfactant: the acidic catalyst: the water: the metal salt=1:0.02-0.05:2-3:10-40:0.5-0.8.
比熱が500(J/kg・℃)以下で、かつ熱伝導率が15(W/m・℃)以下からなるメタルハニカムの表面に、多孔質シリカがコーティングされてなるメタルハニカム流通体であって、
前記多孔質シリカが、IUPAC吸収等温線の分類で識別されるマイクロ細孔を有し、マイクロ細孔容積が、0.35cm /g以上0.55cm /g以下であり、かつ、マイクロ細孔平均直径が0.80nm~1.15nmの多孔質シリカである、メタルハニカム流通体
A metal honeycomb flow-through body having a specific heat of 500 (J/kg ° C) or less and a thermal conductivity of 15 (W/m ° C) or less , the surface of which is coated with porous silica ,
The metal honeycomb flow-through body is a porous silica having micropores identified by the IUPAC absorption isotherm classification, a micropore volume of 0.35 cm 3 /g or more and 0.55 cm 3 /g or less, and an average micropore diameter of 0.80 nm to 1.15 nm .
前記メタルハニカムの材料組成が、73~80質量%のFe、17~21質量%のCr、3~6質量%のAlである、請求項に記載のメタルハニカム流通体。 3. The metal honeycomb flow-through body according to claim 2 , wherein the material composition of the metal honeycomb is 73 to 80 mass % Fe, 17 to 21 mass % Cr, and 3 to 6 mass % Al. 前記マイクロ細孔の平均直径が、0.88nm~1.12nm、であることを特徴とする、請求項2に記載のメタルハニカム流通体。The metal honeycomb flow-through body according to claim 2, wherein the average diameter of the micropores is 0.88 nm to 1.12 nm. 前記多孔質シリカの全細孔容積(A)に占めるマイクロ細孔容積(B)が、90%以上であることを特徴とする、請求項2又は3に記載のメタルハニカム流通体。4. The metal honeycomb flow-through body according to claim 2, wherein the micropore volume (B) of the porous silica accounts for 90% or more of the total pore volume (A). 前記多孔質シリカが、白金、パラジウムおよびロジウムから選択される貴金属の1種類を少なくとも備える、請求項2に記載のメタルハニカム流通体。The metal honeycomb flow-through body according to claim 2 , wherein the porous silica contains at least one kind of precious metal selected from platinum, palladium, and rhodium. 前記貴金属の含有量が、0.5~1.5質量%である、請求項6に記載のメタルハニカム流通体。The metal honeycomb flow-through body according to claim 6, wherein the content of the noble metal is 0.5 to 1.5 mass%. メタルハニカムの表面に、多孔質シリカをコーティングしてなるメタルハニカム流通体の製造方法であって、
(A2)前記多孔質シリカと、無機系ゾル液および水とからなるスラリーを作製する工程と、
(B2)前記スラリー中の前記多孔質シリカの平均粒子径を、湿式粉砕機で1~10μmに調整する工程と、
(C2)(B2)工程後の前記スラリーを前記メタルハニカムのセル表面にコーティングする工程と、
(D2)前記スラリーをコーティング後の前記メタルハニカムを、乾燥、焼成する工程と、
とを含む、請求項又はに記載のメタルハニカム流通体の製造方法。
A method for manufacturing a metal honeycomb flow-through body in which porous silica is coated on the surface of a metal honeycomb,
(A2) preparing a slurry containing the porous silica, an inorganic sol liquid, and water;
(B2) adjusting the average particle size of the porous silica in the slurry to 1 to 10 μm using a wet grinder;
(C2) A step of coating the slurry after the step (B2) on the cell surface of the metal honeycomb;
(D2) drying and firing the metal honeycomb after coating with the slurry;
The method for manufacturing a metal honeycomb flow-through body according to claim 2 or 3 , comprising:
メタルハニカムの表面に、貴金属触媒を含む多孔質シリカをコーティングしてなるメタルハニカム流通体の製造方法であって、
(A3)前記多孔質シリカと、無機系ゾル液および水とからなるスラリーを作製する工程と、
(B3)前記スラリー中の前記多孔質シリカの平均粒子径を、湿式粉砕機で1~10μmに調整する工程と、
(C3)(B3)工程後の前記スラリーを前記メタルハニカムのセル表面にコーティングする工程と、
(D3)前記スラリーをコーティング後の前記メタルハニカムを、乾燥、焼成してメタルハニカム流通体を得る工程と、
(E3)貴金属塩溶液と水とからなる貴金属液を調整する工程と、
(F3)前記メタルハニカム流通体を、前記貴金属液に浸漬する工程と、
(G3)前記貴金属液に浸漬後の前記メタルハニカム流通体を、乾燥、焼成する工程と、
とを含む、請求項又はに記載のメタルハニカム流通体の製造方法。
A method for manufacturing a metal honeycomb flow-through body, which is formed by coating a surface of a metal honeycomb with porous silica containing a precious metal catalyst, comprising:
(A3) preparing a slurry containing the porous silica, an inorganic sol liquid, and water;
(B3) adjusting the average particle size of the porous silica in the slurry to 1 to 10 μm using a wet grinder;
(C3) A step of coating the slurry after the step (B3) on the cell surface of the metal honeycomb;
(D3) drying and firing the metal honeycomb after coating with the slurry to obtain a metal honeycomb flow body;
(E3) preparing a precious metal solution comprising a precious metal salt solution and water;
(F3) a step of immersing the metal honeycomb flow-through body in the precious metal liquid;
(G3) drying and firing the metal honeycomb flow-through body after immersion in the precious metal liquid;
The method for manufacturing a metal honeycomb flow-through body according to claim 2 or 3 , comprising:
メタルハニカムの表面に、貴金属触媒を含む多孔質シリカをコーティングしてなるメタルハニカム流通体の製造方法であって、
(A4)前記多孔質シリカと、無機系ゾル液と、貴金属塩溶液および水とからなるスラリーを作製する工程と、
(B4)前記スラリー中の前記多孔質シリカの平均粒子径を、湿式粉砕機で1~10μmに調整する工程と、
(C4)(B4)工程後の前記スラリーを前記メタルハニカムのセル表面にコーティングする工程と、
(D4)前記スラリーをコーティング後の前記メタルハニカムを、乾燥、焼成する工程と、
を含む、請求項又はに記載のメタルハニカム流通体の製造方法。
A method for manufacturing a metal honeycomb flow-through body, which is formed by coating a surface of a metal honeycomb with porous silica containing a precious metal catalyst, comprising:
(A4) preparing a slurry containing the porous silica, an inorganic sol liquid, a noble metal salt solution, and water;
(B4) adjusting the average particle size of the porous silica in the slurry to 1 to 10 μm using a wet grinder;
(C4) A step of coating the slurry after step (B4) on the cell surface of the metal honeycomb;
(D4) drying and firing the metal honeycomb after coating with the slurry;
The method for manufacturing a metal honeycomb flow-through body according to claim 2 or 3 , comprising:
沸点が150℃以上の高沸点溶剤からなる重質VOCが、
エステル系のVOCである、酢酸ヘキシル、酢酸ヘプチル、酢酸オクチル、酢酸ドデシル、酢酸2-エチルヘキシル、酢酸シクロヘキシル、酢酸ベンジル、酪酸ブチル、安息香酸ブチル、安息香酸ベンジル、ジヒドロターピネオールアセテート、
エーテル系のVOCである、アニソール、フェネトール、ベンジルエチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、および
アルコール系のVOCである、n-オクタノール、n-デカノール、n-ドデカノール、α-テルピオネール、ジヒドロターピネオールであって、
前記重質VOCの少なくともいずれかを前記多孔質シリカで吸収、濃縮し、前記重質VOCを吸収、濃縮した前記多孔質シリカを浄化、再生することを特徴とする、請求項又はに記載のメタルハニカム流通体。
Heavy VOCs consisting of high-boiling point solvents with a boiling point of 150°C or higher,
Ester-based VOCs: hexyl acetate, heptyl acetate, octyl acetate, dodecyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, cyclohexyl acetate, benzyl acetate, butyl butyrate, butyl benzoate, benzyl benzoate, dihydroterpineol acetate,
ether-based VOCs, such as anisole, phenetole, benzyl ethyl ether, diphenyl ether, dibenzyl ether, and ethylene glycol diethyl ether; and alcohol-based VOCs, such as n-octanol, n-decanol, n-dodecanol, α-terpineol, and dihydroterpineol;
4. The metal honeycomb flow-through body according to claim 2 or 3 , wherein at least one of the heavy VOCs is absorbed and concentrated by the porous silica, and the porous silica having absorbed and concentrated the heavy VOCs is purified and regenerated.
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