JPH01133918A - 交換性カチオン量の異なったスメクタイトの製造法 - Google Patents

交換性カチオン量の異なったスメクタイトの製造法

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JPH01133918A
JPH01133918A JP29262987A JP29262987A JPH01133918A JP H01133918 A JPH01133918 A JP H01133918A JP 29262987 A JP29262987 A JP 29262987A JP 29262987 A JP29262987 A JP 29262987A JP H01133918 A JPH01133918 A JP H01133918A
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smectite
cations
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montmorillonite
ion exchange
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Kenji Suzuki
憲司 鈴木
Toshiaki Mori
森 聰明
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は層間化合物を製造するための母材原料である交
換性カチオン量の異なったスメクタイトの製造法に関す
るものである。
〈従来の技術〉 従来、化学的手法によシ交換性カチオン量を変え、希望
する交換性カチオン量を有するスメクタイトの製造法は
知られていない。
〈発明が解決しようとする問題点〉 天然品あるいは合成品の別を問わすスメクタイトの交換
性カチオン量はそれぞれに特有の物性値であシ、従来、
それを任意に、希望する値に変える方法は知られていな
い。従って、希望する交換性カチオン量を有するスメク
タイトを得ることは非常に困難であった。
この発明は希望する交換性カチオン量を有するスメクタ
イトが得られないという従来の問題点を克服し、希望す
る交換性カチオン量を有するスメクタイトを簡便に製造
する方法を提供することにある。
く問題点を解決するための手段〉 本発明はスメクタイトをカチオンでイオン交換したのち
、加熱することを特徴とする交換性カチオン量の異なっ
だスメクタイトの製造法である。
本発明の製造法において用いられるスメクタイトはモン
モリロナイトおよびヘクトライトが挙げられるが、以下
において説明するスメクタイトと同様の膨潤性粘土であ
りさえすれば、これらに限枚の結晶層を形成している。
また、八面体層の中心金属であるアルミニウムがそれよ
シ陽電荷の小さいマグネシウムによって一部置換されて
おシ、そのために層が負電荷を帯びている。この負電荷
に応じた交換可能なカチオン(例えばNa”、Ca2+
等)が層と層との間に介在し、結晶層の電荷を中和して
いる。このように層と層との間に介在するカチオンがN
a+の場合にNa型スメクタイト、またCa2+の場合
にCa型スメクタイトと言われる。
カチオン量は八面体層中のアルミニウムのマグネシウム
による置換の程度により決っており、従ってその置換の
程度を変えない限り、層と層の間に介在するカチオン量
を変えることは不可能である。
そのうえ、さらにその置換の程度を変えることは不可能
である。ヘクトライトもモンモリロナイトと同様の性質
を有している。
本発明の製造法において、スメクタイトを希望する交換
性カチオン量になるまで他力チオンでイオン交換反応を
行う。用いることができるカチオンは、例えばH,Mg
、 AI、 K、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 F
e、 Co。
Ni、 Zn、 S r、 Y、 Zr、 Mo、 R
u、 Rh、 Pd、 Ag、 Sn。
Ba、希土類元素、 Hf、 Ta、 W、 PL等の
カチオンを挙げることができる。ここで、イオン交換反
応についてNa型スメクタイト(Na −Smecと略
記する)を例として詳しく説明する。Na−Smecが
イオン(A+)を含む溶液(AS)と接するとき、A+
の一部がNa −Smecの中に入り、Na+が溶液中
に出てくる。このとき、Na−Smecの中に入るA+
と、溶液中に出てくるNa”との・当量数は等しく、次
のような化学式で示される反応が進む。
A” −)−Na −Smee−→Na” 十A −S
meeこの反応は、一般に常温常圧下で、短時間で、平
衡に達する。また、イオン交換反応で、交換される強さ
は、イオンの種類によシ異なシ、例えば1価カチオンで
は、次の順序でイオン交換力が増大する。
L i (N a (K (H(Rb (Csイオン交
換力を比較すると、同じ原子価のものでは原子量の大き
いものが強く、さらに原子価の比較では多価イオンのほ
うが強い。この順は、イオンの利水半径の小さいものほ
どイオン交換力が強いことを示している。Na型スメク
タイトのカチオンによるイオン交換反応について、Na
−モンモリロナイトのA13+イオンによるイオン交換
反応を具体例に示して、さらに詳しく説明する。
Na−モンモリロナイトの交換性カチオン量は120ミ
リ当量/100g−粘土であシ、これにA13+を添加
し、そのときのイオン交換量を調べた結果を第1図に示
した。A13+によるNa+のイ、置換は添加したAt
3+イオン量の全量がイオン交換され、その結果、添加
したAt3+のイオン当量とイオン交換されてモンモリ
ロナイトから溶液中に出てきたNa+イオン量は等しい
。従ってA13+の全量がモンモリロナイトに取り込ま
れてしまうので、溶液中にはもはやAI  は存在しな
い。i タ、Na−モンモリロナイトのイオン交換容量
よりも多いA13+を添加した場合は、交換性カチオン
量の120ミリ当量/100g−粘土のNa+が溶液中
に出てくる。このときはNa−モンモリロナイトがAI
−モンモリロナイトに変ってしまったことを意味する。
以上のことをまとめて示すと、A13+が添加されたN
a−モンモリロナイトはA13+の添加量をはじめに有
していた交換性カチオン量との比Xと表せば、Na−モ
ンモリロナイト+x * Al” −→(Na1−x 
、 Alx) −モンモリロナイト+x−Na+となシ
、任意に層間カチオンのNa+のイオン量を変える事が
できる。他のスメクタイトもNa−モンモリロナイトと
同様の性質を有している。
本発明の製造法において、希望する交換性カチオン量に
成るまでスメクタイトの交換性カチオン量を変える方法
は、まずイオン交換力の強いカチオンでイオン交換反応
を行うことである。このときイオン交換力のよシ強いカ
チオンを使用するほど迅速かつ簡便に希望する交換性カ
チオン量に変えることができる。
本発明の製造法は、スメクタイトをイオン交換力の強い
カチオンで希望する交換性カチオン量にまで変えたのち
、加熱することに特徴を有する。
スメクタイトは加熱すると、層間に存在するカチオンが
結晶層内に移動する固着現象を生じる。この現象によシ
層間に存在したカチオンはもはや層間に存在しなくなシ
、その結果として交換性カチオン量が減少する。この現
象をさらに詳しくモンモリロナイトを例にとって説明す
る。モンモリロナイトの結晶層の表面は酸素原子が6員
環を形成するように配列している。その6員環の内側に
は半径1.4オングストロームの孔があシ、その孔を通
して結晶層間に存在するカチオンが加熱されることによ
り結晶層内に入る。その結果、結晶層の負電荷量が減少
する。この現象を固着と称する( F、B、Bear編
、 Chemistry of the 5oil。
P−385〜P 、386 (1964) Reinh
oldPublishing Corp 、、 USA
 )。モンモリロナイトの結晶層間に存在するカチオン
が固着現象を示すか否かは、カチオンのイオン半径と6
員環の半径(1,4オングストローム)とを比較するこ
とによシ判断される。すなわち;イオン半径が6員環の
半径に等しいかあるいは小さいことが必要である。
これらのカチオンには前述したH、Mg、At、K。
Ti 、V、Cr 、Mn 、Fe 、Co 、Ni 
、Zn 、 Sr 、Y。
Zr、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Sn、Ba、希
土類元素、 Hf 、 Ta 、W、 PL等のカチオ
ンを挙げることができる。
固着現象について、さらに詳しい説明をNa −おヨヒ
Ni−モンモリロナイトを例に挙げて具体的に説明する
。第2図にNa−およびNi−モンモリロナイトの加熱
温度と交換性カチオン量との関係ヲ示した。Na−モン
モリロナイトでは、加熱約115ミリ当量/100g−
粘土と一定であり、700℃になると94ミリ当量/1
00g−粘土に減少し、さらに800℃以上の温度で加
熱することにより交換性カチオン量はほぼゼロになる。
一方、Ni−モンモリロナイトテハ、Na−モンモリロ
ナイトの場合とは異なり加熱温度の上昇につれて低い温
度から交換性カチオン量が減少し、600℃での加熱に
おいてもはや交換性カ千オン量はゼロになる。Na−モ
ンモリロナイトおよびNi−モンモリロナイトの両方と
も加熱すると固着現象が生じ、交換性カチオン量が減少
することは同じであるが、加熱温度と交換性カチオン量
との関係はカチオンの種類(例えば、Na+とNi”の
場合のように)によシ大きく異なる。したがって、本発
明の製造法は、スメクタイトをNl  のようなイオン
交換反応 換性カチオン量に成るまでイオン交換したのち、200
℃〜700℃の温度範囲で加熱することを特徴とする製
造法である。
〈発明の効果〉 層間化合物を構成する重要な要素として、第3図に示し
たように層間距離(InLerlayer dista
nce)および柱と柱の間隔、(Lateral di
stance )がある。
このうち層間距離の制御についてはすでに特許(特開昭
54−5884号公報、特開昭54−16386号公報
、特開昭60−137812号公報等)があるが、柱と
柱の間隔(第3図)の制御については、これからの課題
になっていた。柱と柱の間隔はスメクタイトが有する交
換性カチオン量によシ決定される。したがって本発明の
製造法により得られる交換性カチオン量の異なったスメ
クタイトは、柱と柱の間隔を制御する母体材料を提供し
、層間化合物の材料設計をさらに発展させるものと考え
られる。
以下、この発明の実施例を示す。
実施例1 蒸溜水300 ml中へ交換性カチオン量が120ミリ
当量/100g−粘土のNa−モンモリロナイ)2.0
gを添加し、十分に攪拌する。得られた懸濁液中に0.
19 N NiC12水溶液をそれぞれ0+1/、2.
5肩/15.C)xl、  7.4ygls  9.9
tgl、  1 2.4zt添加したのち1時間放置し
、その後遠心分離を行い沈殿物を凍結乾燥する。乾燥物
を空気雰囲気の電気炉で400℃,30分間加熱した後
にモンモリロナイトが有する交換性カチオン量を第1表
に示す。
実施例2 蒸溜水300 xl中へ交換性カチオン量が120ミリ
当量/100g−粘土のNa−モンモリロナイ)2.0
gを添加し、十分に攪拌する。得られた懸濁液中にO−
19N N iCl 2 水溶液5. Ottrlを添
加したのち、室温で1時間放置する。その後、遠心分離
を行い、沈殿物を凍結乾燥し、得られた乾燥物を空気雰
囲気の電気炉で200℃〜700℃の範囲を100 ’
C間隔で30分間加熱した後にモンモリロナイトが有す
る交換性カチオン量を第2表に示す。なお、第2表には
比較例として加熱しないもの、および800℃で加熱し
たものについて併記した。
【図面の簡単な説明】
第1図はNa−モンモリロナイトのAI  によるイオ
ン交換反応の結果を表す。 第2図はN&−およびNi−モンモリロナイトの加熱温
度と交換性カチオン量の関係を表す。 第3図は層間化合物の概念図を示す。図中符号1はヌメ
クタイト、2は柱、3は層間距離および4は柱と柱の間
隔を示す。 第1表 本発明の交換性カチオン量測定(実施例1)試
料番号 0.19NNict2Hi2+イオン量交換性
カチオン量添加量CjIl)(meq) (me−q/
100g−粘土)2    2.5     0.48
     1063    5.0     0.95
      894    7.4     1.4 
      655    9.9     1.9 
      446   12.4     2.36
      35第2表 本発明の交換性カチオン量測
定(実施例2)試料番号 加熱温度 交換性カチオン量
(’C)  (meq/100g−粘土)1    未
加熱      112 s     soo         。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)スメクタイトをカチオンでイオン交換したのち、
    加熱することを特徴とする交換性カチオン量の異なった
    スメクタイトの製造法。
  2. (2)該スメクタイトはモンモリロナイトおよびヘクト
    ライトの一種あるいは混合物から成る群より選択される
    、特許請求の範囲第1項記載の製造法。
  3. (3)該カチオンはイオン半径が1.4オングストロー
    ム以下のカチオンの一種あるいは混合物から成る群より
    選択される、特許請求の範囲第1項記載の製造法。
  4. (4)該加熱は200℃〜700℃の範囲で行われる、
    特許請求の範囲第1項記載の製造法。
JP29262987A 1987-11-19 1987-11-19 交換性カチオン量の異なったスメクタイトの製造法 Granted JPH01133918A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5084428A (en) * 1989-03-06 1992-01-28 Agency Of Industrial Science & Technology Method for enhancing cation-exchange capacity of montmorillonite decreased by fixation of ion

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5084428A (en) * 1989-03-06 1992-01-28 Agency Of Industrial Science & Technology Method for enhancing cation-exchange capacity of montmorillonite decreased by fixation of ion

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