JPH024554B2 - - Google Patents
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- JPH024554B2 JPH024554B2 JP14257184A JP14257184A JPH024554B2 JP H024554 B2 JPH024554 B2 JP H024554B2 JP 14257184 A JP14257184 A JP 14257184A JP 14257184 A JP14257184 A JP 14257184A JP H024554 B2 JPH024554 B2 JP H024554B2
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- sintered body
- porous sintered
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- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Description
(発明の技術分野)
本発明はリチウムアルミネートの多孔質焼結体
の製造方法に関するものである。
(発明の技術的背景とその問題点)
従来のセラミツクス多孔質体としては、各々気
孔の性状は異なるが、素焼きの陶器や発泡性ガラ
スのセラミツクスやセラミツクスフオームがあ
る。しかし、これらを燃料電池用電解質タイルに
使用する際の多孔質板としては、セラミツクスに
要求される硬さや緻密さに欠けている。また、気
孔部へ各種の無機物質や電解質を充填して使用す
る場合に、充填量が少なく、イオン通過性、電子
伝導性が不足するものがかなりある。また、イオ
ン通過性や電子伝導性が満足しても、気孔に充填
した各種の無機物質や電解質が気孔部から流失し
てしまう欠点、あるいはセラミツクスの骨格だけ
では、十分な強度がでないという欠点を持つもの
が多かつた。
セラミツクスのシートを作る場合に、抄紙方法
を用いないで作る方法は、射出成形法、押出成形
法、静水圧プレス法等がある。しかし、これらの
方法では、30cm平方以上の大面積のセラミツクス
シートを作ると、表面が割れたり、歪曲して均一
なものとならない。
また、従来、多孔質焼結体の作り方で、焼結性
物質の粉体として、α―アルミナを、繊維質とし
て木材パルプを51〜70重量%添加し、湿式混練
し、凝集させた後、抄造して得たシート状物を焼
成することにより、薄くて緻密な多孔質体を得る
方法がある。しかし、この方法では、高い気孔率
を得るために、木材パルプの含有量が多くなり、
しかも、α―アルミナを使用しているため、焼結
物質を得るのに、1500〜1600℃の高温で焼成する
必要があつた。
更に、α―アルミナと水酸化リチウム、炭酸リ
チウム、硫酸リチウム等のリチウム塩類を600〜
1000℃に加熱して反応させ、r―リチウムアルミ
ネートを製造し、これに木材パルプや樹脂を添加
し抄造して、1000〜1300℃程度に昇温し、焼成す
ることによつて多孔質焼結体を作る方法があつ
た。この場合には、r―リチウムアルミネートを
製造する時と多孔質焼結体を作る時の2回焼成を
行なわなければならず、かなりの熱エネルギーが
必要となるという欠点があつた。
(発明の目的)
本発明では、前記のような欠点を除去し、ある
いは、これらの欠点を補なうのに十分な、緻密で
強度があり、気孔率が高く、細孔が迷路のように
なつているセラミツクスの多孔質焼結体を製造す
る方法を提供するものである。
(発明の概要)
すなわち、本発明はアルミナ1モルに対して、
水酸化リチウムまたはリチウム塩からなるリチウ
ム化合物0.75〜2.0モル、および前記リチウム化
合物を除く水酸化アルカリまたはアルカリ塩から
なるアルカリ無機化合物0.25〜1.0モルを、この
配合比の粉体で、繊維質とともに水中で撹拌混合
して水性スラリーとなし、液のPH値を6〜10に調
整し、凝集剤を添加して粉体を繊維質に吸着凝集
させて抄造することにより、焼成前の乾燥全重量
に対して繊維質分が3〜15重量%になるようにし
たシート状もしくは板状の抄造成形物を得、乾燥
後、該成形物中の有機繊維質を焼失気化させ、し
かるのち通常の焼成により粉体を焼結させて焼結
物を得、該焼結物を水中に入れて、アルミン酸ア
ルカリ分を溶出させることにより、気孔率が40〜
80%とすることを特徴とするリチウムアルミネー
トの多孔質焼結体の製造方法である。
(発明の詳述)
多孔質焼結体としては、アルミナが緻密質で、
耐熱性が高く電気絶縁性等に優れている。しかし
ながら、燃料電池用電解質タイルとして使用する
場合は、焼結したアルミナの気孔部分に炭酸リチ
ウムと炭酸カリウムの電解質を充填して使用する
が、その際に、電解質の炭酸塩の中では特に、炭
酸リチウムがアルミナと反応し、リチウムアルミ
ネートに変つてしまう。本発明においては、その
リチウムアルミネートの中で、一番安定な構造で
あるγ―リチウムアルミネートを、水酸化リチウ
ム、水酸化アルカリ、リチウム塩、アルカリ塩の
混合物とアルミナを反応焼結させた後、r―リチ
ウムアルミネートの部分を残して、アルミン酸ア
ルカリを溶出して、多孔性焼結体を製造する方法
である。
以下さらに詳細に説明すれば、アルミン酸リチ
ウムの多孔質焼結体の製造方法では、水酸化リチ
ウム、水酸化アルカリ、リチウム塩、アルカリ塩
とアルミナを反応させて、アルミン酸アルカリの
焼結体を作る。
ここで用いるリチウム塩は、塩化リチウム
(LiCl)、炭酸リチウム(Li2CO3)、硝酸リチウム
(LiNO3)、硫酸リチウム(Li2SO4)から選択さ
れる一種または二種以上であり、水酸化リチウム
(LiOH)とともに用いられたり、あるいは、そ
れぞれの単独で用いられる。要は、リチウムの供
給源としてリチウム塩または水酸化リチウムが、
アルミナ1モルに対して、0.75〜2.0モル用いら
れるのである。一方、上記のリチウムを除くアル
カリ分として、水酸化アルカリまたはアルカリ塩
が用いられる。ここで言う、水酸化アルカリは水
酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム
(NaOH)、水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)、
水酸化カルシウム(Ca(OH)2)から選択される
少なくとも一種であり、アルカリ塩としては、カ
リウム塩、ナトリウム塩、マグネシウム塩、カル
シウム塩から選択される少なくとも一種を用い
る。これらの水酸化アルカリまたはアルカリ塩
は、アルミナ1モルに対して0.25〜1.0モル配合
され、焼結物となつた後はアルミン酸アルカリと
して溶出され、多孔質体の空孔を形成する役目を
荷うものである。
これらの無機化合物と好ましくは平均粒径1ミ
クロン以下の微細なアルミナを粉体の状態で繊維
質とともに水中で撹拌混合して水性スラリーとな
す。繊維質は、木材パルプ、合成樹脂繊維質など
の有機質繊維のほか、アスベスト、セラミツクフ
アイバーのような無機質繊維も用いることができ
る。但し、有機質繊維は、焼成中に焼失気化する
ものであるから、多孔質体の空孔率を高めるのに
寄与し、有用である。また無機質繊維を採用すれ
ば、抄造の段階で有機質繊維とともに粉体のキヤ
リヤーとなるばかりでなく、焼成後の焼結物中に
残存して補強の役目を果すという利点がある。
水性スラリーは抄造法により粉体を多量に含む
シートもしくは板状の抄造成形物を得るためのも
のである。この水性スラリーは前出の繊維質と粉
体からなる固形分に対して重量で4〜20倍程度の
水を用いて作成される。
このスラリー液のPHについては、一般には、凝
集、抄紙を行うのに、液のPHが3〜11程度が適し
ている。しかし、本発明においては、無機焼結体
の原料として、強アルカリから中性のものを使用
する。そのために、凝集を行うのにPH調整が酸性
側へ偏ること、特にPH3〜4にすることは得策で
ない。凝集剤と界面活性剤を検討し、PH範囲を6
〜10で凝集させるようにした。PHが10より大きく
なると、スラリー液の粘性が上り凝集しにくくな
るとともに、濾過速度が遅くなる欠点がある。
凝集剤としては、ポリアクリルアミド系の高分
子凝集剤を用いるのが良く、これに併用して両性
界面活性剤を採用すれば、繊維質への粉体の捕獲
率を高めることができる。抄造することにより、
乾燥全重量に対して繊維質分が3〜15重量%にな
る焼成用のシート状もしくは板状の成形物を得る
ようにする。
焼成の際、抄造成形物中の有機繊維質は、500
〜600℃付近で焼失気化するものであり、しかる
後、焼成温度1000〜1200℃で焼成する。
この際、アルミナとアルカリ塩類は次のように
反応する。
(Technical Field of the Invention) The present invention relates to a method for producing a porous sintered body of lithium aluminate. (Technical background of the invention and its problems) Conventional ceramic porous bodies include unglazed pottery, foamable glass ceramics, and ceramic foam, although the properties of pores are different. However, when these are used as porous plates for electrolyte tiles for fuel cells, they lack the hardness and density required of ceramics. Furthermore, when the pores are filled with various inorganic substances or electrolytes, there are many cases where the amount of filling is small and the ion permeability and electron conductivity are insufficient. In addition, even if ion permeability and electron conductivity are satisfied, there are drawbacks such as the inorganic substances and electrolytes filled in the pores being washed away from the pores, and the fact that the ceramic skeleton alone does not have sufficient strength. I had a lot of things. When making ceramic sheets, there are injection molding methods, extrusion molding methods, isostatic pressing methods, etc., which do not use papermaking methods. However, when using these methods to make ceramic sheets with a large area of 30 cm square or more, the surface cracks or becomes distorted, making it impossible to obtain a uniform sheet. In addition, in the conventional method of making a porous sintered body, α-alumina is added as a sinterable material powder and 51 to 70% by weight of wood pulp is added as a fibrous material, and after wet kneading and agglomeration, There is a method of obtaining a thin and dense porous body by firing a sheet-like material obtained by paper making. However, in this method, the content of wood pulp is high in order to obtain high porosity.
Furthermore, since α-alumina was used, it was necessary to sinter at a high temperature of 1,500 to 1,600°C to obtain a sintered material. Furthermore, α-alumina and lithium salts such as lithium hydroxide, lithium carbonate, and lithium sulfate are added to
R-lithium aluminate is produced by heating to 1000°C and reacting, then wood pulp and resin are added to this, papermaking is made, the temperature is raised to about 1000 to 1300°C, and porous sintering is made by firing. I found a way to form a body. In this case, firing had to be carried out twice, once when producing the r-lithium aluminate and once when producing the porous sintered body, which had the disadvantage that a considerable amount of thermal energy was required. (Objective of the Invention) The present invention provides a material that is dense, strong, has a high porosity, and has a maze of pores, which is sufficient to eliminate or compensate for the above-mentioned drawbacks. The present invention provides a method for producing a porous sintered body of ceramics. (Summary of the invention) That is, the present invention provides that, for 1 mole of alumina,
0.75 to 2.0 mol of a lithium compound consisting of lithium hydroxide or lithium salt, and 0.25 to 1.0 mol of an alkali inorganic compound consisting of an alkali hydroxide or alkali salt other than the lithium compound, in powder form with this mixing ratio, were added to the water together with the fibers. Stir and mix to make an aqueous slurry, adjust the pH value of the liquid to 6 to 10, add a flocculant to adsorb and agglomerate the powder to the fibers, and make paper.By doing so, the total dry weight before firing is A sheet-like or plate-shaped paper molded product with a fiber content of 3 to 15% by weight is obtained, and after drying, the organic fibers in the molded product are burned and vaporized, and then subjected to normal firing. By sintering the powder to obtain a sintered product, and placing the sintered product in water to elute the alkaline aluminate content, the porosity can be reduced to 40-40.
80% of the porous sintered body of lithium aluminate. (Details of the invention) As the porous sintered body, alumina is dense and
It has high heat resistance and excellent electrical insulation properties. However, when used as an electrolyte tile for fuel cells, the pores of sintered alumina are filled with electrolytes of lithium carbonate and potassium carbonate. Lithium reacts with alumina and turns into lithium aluminate. In the present invention, γ-lithium aluminate, which has the most stable structure among lithium aluminates, is produced by reacting and sintering alumina with a mixture of lithium hydroxide, alkali hydroxide, lithium salt, and alkali salt. After that, the alkali aluminate is eluted leaving the r-lithium aluminate portion, thereby producing a porous sintered body. More specifically, in the method for producing a porous sintered body of lithium aluminate, lithium hydroxide, alkali hydroxide, lithium salt, alkali salt, and alumina are reacted to produce a sintered body of alkali aluminate. make. The lithium salt used here is one or more selected from lithium chloride (LiCl), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), lithium nitrate (LiNO 3 ), and lithium sulfate (Li 2 SO 4 ). Used with lithium oxide (LiOH) or each alone. In short, lithium salt or lithium hydroxide is used as a source of lithium.
It is used in an amount of 0.75 to 2.0 mol per mol of alumina. On the other hand, as the alkali component other than lithium, an alkali hydroxide or an alkali salt is used. The alkali hydroxides mentioned here include potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), magnesium hydroxide (Mg(OH) 2 ),
At least one selected from calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) is used, and at least one selected from potassium salt, sodium salt, magnesium salt, and calcium salt is used as the alkali salt. These alkali hydroxides or alkali salts are mixed in a proportion of 0.25 to 1.0 mol per 1 mol of alumina, and after becoming a sintered product, they are eluted as alkali aluminates and play a role in forming pores in the porous body. Is Umono. These inorganic compounds and fine alumina, preferably having an average particle size of 1 micron or less, are stirred and mixed in powder form together with fibers in water to form an aqueous slurry. The fibers may include organic fibers such as wood pulp and synthetic resin fibers, as well as inorganic fibers such as asbestos and ceramic fibers. However, since organic fibers are burned out and vaporized during firing, they contribute to increasing the porosity of the porous body and are useful. Further, if inorganic fibers are used, there is an advantage that they not only serve as a carrier for the powder together with the organic fibers during the papermaking stage, but also remain in the sintered product after firing and serve as reinforcement. The aqueous slurry is used to obtain a sheet or plate-shaped paper product containing a large amount of powder by a papermaking method. This aqueous slurry is prepared by using water in an amount of about 4 to 20 times the solid content consisting of the fibers and powder mentioned above. Regarding the pH of this slurry liquid, a pH of about 3 to 11 is generally suitable for coagulation and paper making. However, in the present invention, strong alkaline to neutral materials are used as raw materials for the inorganic sintered body. For this reason, it is not a good idea to adjust the pH toward the acidic side, especially to a pH of 3 to 4, when performing aggregation. Consider flocculants and surfactants and adjust the pH range to 6.
It was made to aggregate at ~10. If the pH is greater than 10, the viscosity of the slurry liquid increases, making it difficult to aggregate, and the filtration rate becomes slow. As the flocculant, it is preferable to use a polyacrylamide-based polymer flocculant, and if an amphoteric surfactant is used in combination with this, the capture rate of powder into the fibers can be increased. By making paper,
The aim is to obtain a sheet-like or plate-like molded product for firing with a fibrous content of 3 to 15% by weight based on the total dry weight. During firing, the organic fiber content in the paper molded product is reduced to 500%.
It burns out and vaporizes at around ~600℃, and is then fired at a firing temperature of 1000~1200℃. At this time, alumina and alkali salts react as follows.
【表】
この結果、焼結体はアルミン酸リチウム
(LiAlO2)とアルミン酸アルカリ(NaAlO2、
KAlO2、MgAl2O4、CaAl2O4)の混合物となる。
この混合物の中からアルミン酸リチウムだけを残
すために、PH値を6〜10に設定した望ましくは50
℃以上の温水に焼結物を入れる。アルミン酸リチ
ウムは、アルカリ水溶液に不溶であるので残存
し、一方、アルミン酸アルカリ(アルミン酸リチ
ウムを除く)は、溶解するので溶出し終るまで浸
出させる。
アルミン酸アルカリが浸出したら水洗、乾燥し
てアルミン酸リチウムの多孔質焼結体ができる。
水酸化リチウム、水酸化アルカリ、リチウム塩
類、アルカリ塩類とアルミナのモル比は、アルミ
ン酸アルカリ溶出時に、気孔率が40〜80%になる
ように調整している。すなわち、前述した粉体の
モル比の比率で、設定範囲よりアルカリ塩、水酸
化アルカリの量を増やすと、アルミン酸アルカリ
の量が増えて、溶出後に気孔率が増えることにな
る。そのため、アルミン酸リチウムの骨格強度が
低下して、割れ易くなる。また、設定範囲よりア
ルカリ塩、水酸化アルカリの量を減らすと、多孔
質板として必要な気孔率が不足することになる。
説明が前後したが、抄造用の水性スラリー液の
調整では、強アルカリ〜弱アルカリ性のPHを6〜
10に調整するのに、塩酸、硫酸、硝酸等が使用さ
れる。しかし、これらの酸を使用すると、溶解度
の高いLi塩、アルカリ塩がより多く生成されて液
の粘性をあげてしまい、凝集、抄紙の効率が悪く
なる。故に本発明では、スラリー液のPH調整に
CO2を吹込んで行うのが好ましい。この効果は、
Li塩、アルカリ塩がCO2吹込みで炭酸塩となつ
て、結晶の溶解度が小さいため、液中に結晶析出
して、液の粘性が上らず繊維、無機物焼結原料と
ともに凝集するので、抄紙性も良いという効果が
ある。
また抄造を行つた後に残る白水、すなわち抄紙
時に脱水してシートを作つた際の白水は循環させ
るのが実際的である。通常、この白水は排水処理
して放流されるが、本発明では、白水の中に、Li
塩、アルカリ塩、凝集剤等の水溶解物質がかなり
含有されており、このまま排水処理へ回すには、
排水処理費も大変であるし、原材料も無駄になり
不経済である。
焼成温度は、通常、Li塩、アルカリ塩がアルミ
ナと反応して、アルミン酸アルカリ、アルミン酸
リチウムに必要な温度ということである。そし
て、必要なアルミン酸リチウムの焼成条件は1100
〜1300℃で1時間程度である。ところが、本発明
では、アルミナ、リチウム塩、アルカリ塩、アル
ミン酸リチウム、アルミン酸アルカリが混合する
ので、共晶効果で溶融温度が下るので、必然的に
焼結温度も下るという効果があるので、焼結温度
は1000〜1200℃で1時間でよくなつている。
焼結物からアルミン酸リチウムを除くアルミン
酸アルカリを溶出する際に、アルミン酸リチウム
は水に不溶であり、酸性水溶液では徐々に、酸と
反応して分解される。アルミン酸アルカリは、中
性、酸性、アルカリ性の水溶液に溶解して行く。
アルミン酸リチウムの多孔質体を製造するの
に、焼結物からアルミン酸アルカリを溶出しなけ
ればならない。本発明では、アルミン酸リチウム
の多孔質体の骨格を残し、40〜80%の気孔率を得
るのに、PH6〜10までの水溶液でアルミン酸アル
カリを浸出して行く。その結果、微細な空孔径を
持ち、気孔率が40〜80%の任意に調整された多孔
質アルミン酸リチウムの焼結体となる。
以上のように、リチウム塩およびアルカリ塩と
アルミナと繊維質で凝集、抄造、焼成、水洗、乾
燥することによつて、気孔率が40〜80%と大き
く、細孔が迷路のようになつた緻密質で強度の大
きな燃料電池用電解質タイルが製造可能となる。
以下に本発明の具体的な実施例を述べる。な
お、組成は全て重量比である。
<実施例 1>
(A) 試料の調整
水酸化リチウム1水塩 38部
(関東化学(株)製、試薬特級)
水酸化ナトリウム 32部
(関東化学(株)製、試薬特級)
α―アルミナ 102部
(住友アルミニウム精錬(株)製、平均粒径0.3μ)
木材パルプ 10部
白 水 1000部
水 100部
(B) 凝集剤と界面活性剤
両性界面活性剤 20%水溶液 5部
(ライオン(株)製、商品名「リポミンLA」)
ポリアクリルアミド系高分子凝集剤(アニオン
系) 0.1%水溶液 60部
(三洋化成工業(株)製、商品名「サンフロツク
AH―200P」)
ポリアクリルアミド系高分子凝集剤(カチオン
系) 0.1%水溶液 60部
(三洋化成工業(株)製、商品名「サンフロツクC
―009P」)
先ず、300ml程度のボールミルに水酸化リチウ
ム38部と水酸化ナトリウム32部とα―アルミナ
102部を入れ、48時間粉砕を行う。その結果、水
酸化リチウム、水酸化ナトリウム、α―アルミナ
の粒径は0.3μ以下になる。
次に、2程度の容器に水を100部と白水1000
部と木材パルプ10部を入れ、20分ほど撹拌して、
パルプを水溶液に十分分散叩解させ、そこへ、あ
らかじめ粉砕しておいた水酸化リチウム、水酸化
ナトリウムとα―アルミナの混合物を加えて、1
分ほど撹拌し、水性スラリーを作る。
この水性スラリーは水酸化リチウム、水酸化ナ
トリウムの一部が水に溶解して強アルカリ性とな
る。そこで、40.2入りの液化炭酸ガスボンベを
1次、2次減圧を行い、圧力を0.2Kg/cm2gに調
整する。炭酸ガス吹出口には、洗気ビンで使用さ
れる細かい気泡を吹出させる吹出しノズルを取付
けて、水性スラリーの入つた2容器の水溶液中
に炭酸ガスを吹込む。スラリーを撹拌しながら、
PHが8〜9になるまで炭酸ガスを吹込み、PHが8
〜9になつたことをPH試験紙で確認する。次に、
これもあらかじめ作つておいた両性界面活性剤
(リポミンLA20%水溶液)を5部、ポリアクリル
アミド系高分子凝集剤(アニオン系:サンフロツ
クAH―200Pの0.1%水溶液)を60部とポリアク
リルアミド系高分子凝集剤(カチオン系:サンフ
ロツクC―009Pの0.1%水溶液)を60部添加し、
30秒ほど撹拌して凝集させる。
以上のようにして凝集した試料は、抄造機で抄
紙し、300mm角で1.5〜2.2mm厚のシート状にする。
これを乾燥機で120℃で1〜2時間乾燥した後に
電気炉へ入れる。電気炉は酸化雰囲気か、必要な
らば空気を流しながら、室温から50℃/時の昇温
速度で加熱し、木材パルプが焼失気化される温度
の600℃で2時間保持する。その後、CO2と反応
して生成した炭酸リチウム、炭酸ナトリウムとα
―アルミナが反応し、アルミン酸リチウムおよび
アルミン酸ソーダが焼結する1100℃まで200℃/
時で昇温し、電気炉内温度が1100℃になつたら、
この温度で1時間保持して、アルミン酸リチウム
とアルミン酸ソーダの混合焼結をさせる。焼結
後、炉内放冷し、室温まで冷却させて、冷却した
焼結物を、水を入れた600mm長×500mm巾×40mm高
程度のバツトの中へ入れる。水中へ入れて、少量
の水を流しながら水洗を行う。この際、アルミン
酸リチウム以外のアルミン酸ソーダや焼結物生成
に関与しない過剰の炭酸ナトリウムが水の中へ溶
解してアルカリ性を呈する。水洗の水がアルカリ
性を呈するようになるとアルミン酸ソーダが炭酸
リチウムや炭酸ナトリウムの溶解、浸出が悪くな
るので、必要ならば、希釈した酸性水溶液(PH2
〜3)を添加し、水洗水のPHを6〜8に保つ。PH
試験紙でPHが7になるまで水洗を行い、PHが7に
なつたら、バツトから取出し、120℃にした乾燥
機で2時間ほど乾燥させて水分を除去するとアル
ミン酸リチウム(r―リチウムアルミネート)の
多孔質板が製造される。
<実施例 2>
(A) 試料の調整
塩化リチウム 76部
(関東化学(株)製、試薬特級)
硫酸カルシウム 34部
(関東化学(株)製、試薬特級)
γ―アルミナ 102部
(日本アエロジル(株)製、平均粒径0.1μ以下)
アルミナ繊維 24部
(東芝モノフレツクス(株)製、フアイバーバル
ク)
白 水 1000部
水 200部
(B) 凝集剤と界面活性剤
両性界面活性剤 20%水溶液 5部
(ライオン(株)製、商品名「リポミンLA」)
ポリアクリルアミド系高分子凝集剤(アニオン
系) 0.1%水溶液 60部
(三洋化成工業(株)製、商品名「サンフロツク
AH―200P」)
ポリアクリルアミド系高分子凝集剤(カチオン
系) 0.1%水溶液 60部
(三洋化成工業(株)製、商品名「サンフロツクC
―009P」)
以上のような組成(A)(B)を用いて、以下は実施例
1と同様にしてγ―リチウムアルミネートの多孔
質焼結物が得られた。
<実施例 3>
(A) 試料の調整
炭酸リチウム 74部
(関東化学(株)製、試薬特級)
硝酸マグネシウム・6水塩 77部
(関東化学(株)製、試薬特級)
α―アルミナ 102部
(日軽化工(株)製、平均粒径0.4μ)
アスベスト繊維 20部
(キヤリー社(カナダ)製、キヤツシヤー
AY)
白 水 1000部
水 100部
(B) 凝集剤と界面活性剤
両性界面活性剤 20%水溶液 5部
(ライオン(株)製、商品名「リポミンLA」)
ポリアクリルアミド系高分子凝集剤(アニオン
系) 0.1%水溶液 60部
(三洋化成工業(株)製、商品名「サンフロツク
AH―200P」)
ポリアクリルアミド系高分子凝集剤(カオチン
系) 0.1%水溶液 60部
(三洋化成工業(株)製、商品名「サンフロツクC
―009P」)
以上のような組成(A)(B)を用いて、以下は実施例
1と同様にしてγ―リチウムアルミネートの多孔
質体が得られた。
(発明の効果)
このようにして得られたセラミツクス多孔質体
は燃料電池で用いられる電解質タイルとしての性
能に優れ、耐久性にもすぐれているものである。
また、細孔の径が1μ以下と細かく、均一に分布
されているので、燃焼排ガスの触媒担体や分子篩
への応用が可能である。
本発明によれば、薄型で、緻密質で強度があ
り、気孔率が高く、細孔が迷路のように連続的に
なつたセラミツクス多孔質体が製造される。
本発明では、従来の薄型で、気孔のない緻密質
の金属酸化物を作る方法と発泡性多孔質体を作る
方法の両方法の長所を取入れており、気孔率の調
整も繊維の添加量とアルミン酸ソーダの生成量の
制御によつて自由に変えられる。しかも、セラミ
ツクスフオーム製造における問題のポリウレタン
による発泡を施した後の複雑な処理工程が、本発
明では除去されるので、製造工程が簡略化され
る。
その上、従来使用できなかつた熱による膨張、
収縮を繰返す場所や応力のかかる場所および特
に、燃料電池用電解質タイルのように、熱応力、
電気的応力、機械的応力が繰返しかかる場所への
使用が十分可能になる。
さらに言えば、焼成用のシート状物を成形する
のに、抄造技術を用いるので、均一な厚さのシー
ト状物を連続製造することが可能であり、その厚
さも様々な範囲で実施可能である。[Table] As a result, the sintered body consists of lithium aluminate (LiAlO 2 ) and alkali aluminate (NaAlO 2 ,
KAlO 2 , MgAl 2 O 4 , CaAl 2 O 4 ).
In order to leave only lithium aluminate in this mixture, the pH value is set to 6 to 10, preferably 50.
Place the sintered material in hot water at a temperature above ℃. Lithium aluminate is insoluble in the alkaline aqueous solution, so it remains, whereas alkali aluminate (excluding lithium aluminate) dissolves, so it is leached out until the elution is finished. Once the alkali aluminate has leached out, it is washed with water and dried to form a porous sintered body of lithium aluminate. The molar ratio of lithium hydroxide, alkali hydroxide, lithium salts, alkali salts, and alumina is adjusted so that the porosity is 40 to 80% during alkali aluminate elution. That is, if the amount of alkali salt or alkali hydroxide is increased from the set range in the molar ratio of the powder described above, the amount of alkali aluminate will increase, and the porosity will increase after elution. Therefore, the skeletal strength of lithium aluminate decreases, making it susceptible to cracking. Furthermore, if the amount of alkali salt or alkali hydroxide is reduced below the set range, the porosity necessary for the porous plate will be insufficient. Although the explanation has been mixed, when preparing the aqueous slurry liquid for papermaking, the pH of strong alkaline to weak alkaline should be 6 to 6.
To adjust to 10, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, etc. are used. However, when these acids are used, more highly soluble Li salts and alkali salts are produced, increasing the viscosity of the liquid, resulting in agglomeration and poor paper-making efficiency. Therefore, in the present invention, for adjusting the pH of the slurry liquid,
Preferably, this is carried out by blowing CO2 . This effect is
Li salts and alkali salts turn into carbonates when CO2 is injected, and because the solubility of the crystals is low, crystals precipitate in the liquid, and the viscosity of the liquid does not increase, resulting in agglomeration with fibers and inorganic sintering raw materials. It also has the effect of good paper-making properties. Furthermore, it is practical to circulate the white water that remains after papermaking, that is, the white water that is dehydrated during papermaking to make sheets. Normally, this white water is treated as wastewater and discharged, but in the present invention, Li is added to the white water.
It contains a considerable amount of water-soluble substances such as salts, alkali salts, and flocculants, so it is necessary to send it to wastewater treatment as is.
Wastewater treatment costs are high, and raw materials are wasted, making it uneconomical. The firing temperature is usually the temperature required for Li salt and alkali salt to react with alumina to form alkali aluminate and lithium aluminate. And the necessary firing conditions for lithium aluminate are 1100
It takes about 1 hour at ~1300℃. However, in the present invention, since alumina, lithium salt, alkali salt, lithium aluminate, and alkali aluminate are mixed, the melting temperature is lowered by the eutectic effect, which naturally has the effect of lowering the sintering temperature. The sintering temperature is 1,000 to 1,200°C, and the process is completed in one hour. When eluting the alkali aluminate to remove lithium aluminate from the sintered product, lithium aluminate is insoluble in water and gradually reacts with the acid and decomposes in an acidic aqueous solution. Alkali aluminate dissolves in neutral, acidic, and alkaline aqueous solutions. In order to produce a porous body of lithium aluminate, an alkali aluminate must be eluted from the sintered product. In the present invention, the alkali aluminate is leached out with an aqueous solution having a pH of 6 to 10 in order to leave the skeleton of the lithium aluminate porous body and obtain a porosity of 40 to 80%. As a result, a porous lithium aluminate sintered body with fine pore diameter and arbitrarily adjusted porosity of 40 to 80% is obtained. As described above, by agglomerating lithium salts, alkali salts, alumina, and fibers, forming paper, firing, washing, and drying, the porosity is as large as 40 to 80%, and the pores become maze-like. It becomes possible to manufacture dense and strong electrolyte tiles for fuel cells. Specific examples of the present invention will be described below. In addition, all compositions are weight ratios. <Example 1> (A) Sample preparation Lithium hydroxide monohydrate 38 parts (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd., reagent special grade) Sodium hydroxide 32 parts (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd., reagent special grade) α-Alumina 102 (Manufactured by Sumitomo Aluminum Refining Co., Ltd., average particle size 0.3μ) Wood pulp 10 parts White Water 1000 parts Water 100 parts (B) Coagulant and surfactant Amphoteric surfactant 20% aqueous solution 5 parts (Lion Co., Ltd.) Polyacrylamide-based polymer flocculant (anionic type) 0.1% aqueous solution 60 parts (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., product name "Lipomin LA")
AH-200P") Polyacrylamide polymer flocculant (cationic) 0.1% aqueous solution 60 parts (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., product name: "Sunfloc C")
-009P") First, add 38 parts of lithium hydroxide, 32 parts of sodium hydroxide, and α-alumina to a 300ml ball mill.
Add 102 parts and grind for 48 hours. As a result, the particle size of lithium hydroxide, sodium hydroxide, and α-alumina becomes 0.3μ or less. Next, add 100 parts of water and 1000 parts of white water to a 2-sized container.
and 10 parts of wood pulp, stir for about 20 minutes,
The pulp is thoroughly dispersed and beaten in an aqueous solution, and a mixture of lithium hydroxide, sodium hydroxide and α-alumina that has been crushed in advance is added thereto.
Stir for about a minute to make an aqueous slurry. This aqueous slurry becomes strongly alkaline as some of the lithium hydroxide and sodium hydroxide are dissolved in water. Therefore, the liquefied carbon dioxide gas cylinder containing 40.2 kg was subjected to primary and secondary depressurization to adjust the pressure to 0.2 kg/cm 2 g. A blowout nozzle for blowing out fine air bubbles used in an air washing bottle is attached to the carbon dioxide gas outlet, and carbon dioxide gas is blown into the aqueous solution in the two containers containing the aqueous slurry. While stirring the slurry,
Blow in carbon dioxide until the pH is 8 to 9, and the pH is 8.
Check with a PH test paper that it has become ~9. next,
This was also made in advance with 5 parts of an amphoteric surfactant (Lipomin LA 20% aqueous solution), 60 parts of a polyacrylamide polymer flocculant (anionic type: 0.1% aqueous solution of Sunfloc AH-200P), and a polyacrylamide polymer. Add 60 parts of flocculant (cationic: 0.1% aqueous solution of Sunfloc C-009P),
Stir for about 30 seconds to coagulate. The sample agglomerated as described above is made into paper using a paper making machine to form a sheet of 300 mm square and 1.5 to 2.2 mm thick.
This is dried in a dryer at 120°C for 1 to 2 hours and then placed in an electric furnace. The electric furnace is heated in an oxidizing atmosphere or, if necessary, with air flowing, at a rate of 50°C/hour from room temperature, and held for 2 hours at 600°C, the temperature at which the wood pulp is burnt and vaporized. After that, lithium carbonate, sodium carbonate and α produced by reaction with CO2
-200℃/up to 1100℃ where alumina reacts and lithium aluminate and sodium aluminate sinter.
When the temperature inside the electric furnace reaches 1100℃,
This temperature is maintained for 1 hour to mix and sinter lithium aluminate and sodium aluminate. After sintering, let it cool in the furnace, let it cool down to room temperature, and put the cooled sintered product into a vat of about 600 mm long x 500 mm wide x 40 mm high filled with water. Place it in water and rinse with a small amount of water. At this time, sodium aluminate other than lithium aluminate and excess sodium carbonate that does not participate in the formation of sintered products dissolve in the water and become alkaline. If the washing water becomes alkaline, dissolution and leaching of lithium carbonate and sodium carbonate by sodium aluminate will become worse, so if necessary, use a diluted acidic aqueous solution (PH2
~3) is added to maintain the pH of the washing water at 6-8. PH
Rinse with water until the pH of the test paper reaches 7. When the pH reaches 7, remove it from the vat and dry it in a dryer at 120°C for about 2 hours to remove water. Lithium aluminate (r-lithium aluminate) ) porous plates are manufactured. <Example 2> (A) Sample preparation Lithium chloride 76 parts (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd., special grade reagent) Calcium sulfate 34 parts (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd., special grade reagent) γ-Alumina 102 parts (manufactured by Nippon Aerosil ( Co., Ltd., average particle size 0.1 μ or less) Alumina fiber 24 parts (Toshiba Monoflex Co., Ltd., fiber bulk) White 1000 parts Water 200 parts (B) Coagulant and surfactant Amphoteric surfactant 20% aqueous solution 5 Part (manufactured by Lion Corporation, trade name: "Lipomin LA") Polyacrylamide-based polymer flocculant (anionic type) 0.1% aqueous solution 60 parts (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., trade name: "Sunfloc")
AH-200P'') Polyacrylamide polymer flocculant (cationic) 0.1% aqueous solution 60 parts (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., product name: ``Sunfloc C'')
-009P'') Using the above compositions (A) and (B), a porous sintered product of γ-lithium aluminate was obtained in the same manner as in Example 1. <Example 3> (A) Sample preparation Lithium carbonate 74 parts (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd., reagent special grade) Magnesium nitrate hexahydrate 77 parts (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd., reagent special grade) α-alumina 102 parts (manufactured by Nikkei Kako Co., Ltd., average particle size 0.4μ) 20 parts of asbestos fiber (manufactured by Carry Corporation (Canada),
AY) White Water 1000 parts Water 100 parts (B) Flocculant and surfactant Amphoteric surfactant 20% aqueous solution 5 parts (manufactured by Lion Corporation, trade name "Lipomin LA") Polyacrylamide polymer flocculant (anion 60 parts of 0.1% aqueous solution (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., product name: "Sunfrost")
AH-200P'') Polyacrylamide polymer flocculant (caotine type) 0.1% aqueous solution 60 parts (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., product name: ``Sunfloc C'')
-009P'') Using the above compositions (A) and (B), a porous body of γ-lithium aluminate was obtained in the same manner as in Example 1. (Effects of the Invention) The ceramic porous body thus obtained has excellent performance as an electrolyte tile used in fuel cells and is also excellent in durability.
Furthermore, since the pores are fine and uniformly distributed, with a diameter of 1 μm or less, it can be applied to catalyst carriers for combustion exhaust gas and molecular sieves. According to the present invention, a ceramic porous body is produced that is thin, dense, strong, has high porosity, and has continuous pores like a labyrinth. The present invention incorporates the advantages of both the conventional method of producing a thin, dense metal oxide without pores and the method of producing a foamable porous material, and the porosity can also be adjusted by adjusting the amount of fiber added. It can be freely changed by controlling the amount of sodium aluminate produced. Furthermore, the present invention simplifies the manufacturing process because the complicated process after foaming with polyurethane, which is a problem in ceramic foam manufacturing, is eliminated. In addition, expansion due to heat, which could not be used conventionally,
Places that undergo repeated shrinkage or are subject to stress, especially thermal stress, such as electrolyte tiles for fuel cells.
It can be used in places where electrical stress and mechanical stress are applied repeatedly. Furthermore, since paper-forming technology is used to form sheet-like objects for firing, it is possible to continuously manufacture sheet-like objects of uniform thickness, and the thickness can also be varied within a variety of ranges. be.
Claims (1)
たはリチウム塩からなるリチウム化合物0.75〜
2.0モルおよび前記リチウム化合物を除く水酸化
アルカリまたはアルカリ塩からなるアルカリ無機
化合物0.25〜1.0モルを、この配合比の粉体で、
繊維質とともに水中で撹拌混合して水性スラリー
となし、該スラリーのPH値を6〜10に調節し、凝
集剤を添加して粉体を繊維質に吸着凝集させて抄
造することにより、焼成前の乾燥全重量に対して
繊維質分が3〜15重量%になるようにしたシート
状もしくは板状の抄造成形物を得、乾燥後、該成
形物中の有機繊維質を焼失気化させ、しかるのち
通常の焼成により粉体を焼結させて焼結物を得、
該焼結物をPH値6〜10でかつ50℃以上の温水中に
いれて、アルミン酸リチウムを除くアルミン酸ア
ルカリ分を溶出させることにより、気孔率が40〜
80%とすることを特徴とするリチウムアルミネー
トの多孔質焼結体の製造方法。 2 繊維質が、木材パルプ、合成樹脂繊維質、ア
スベスト、セラミツクフアイバーから選択される
少なくとも一種である特許請求の範囲第1項記載
の多孔質焼結体の製造方法。 3 リチウム塩が、塩化リチウム、炭酸リチウ
ム、硝酸リチウム、硫酸リチウムから選択される
少なくとも一種である特許請求の範囲第1項記載
の多孔質焼結体の製造方法。 4 水酸化アルカリが、KOH、NaOH、Mg
(OH)2、Ca(OH)2から選択される少なくとも一
種である特許請求の範囲第1項記載の多孔質焼結
体の製造方法。 5 アルカリ塩が、カリウム塩、ナトリウム塩、
マグネシウム塩、カルシウム塩から選択される少
なくとも一種である特許請求の範囲第1項記載の
多孔質焼結体の製造方法。 6 アルミナが、平均粒径1ミクロン以下のもの
である特許請求の範囲第1項記載の多孔質焼結体
の製造方法。 7 水性スラリーのPH値を6〜10に調整する手段
として炭酸ガスを水性スラリー中に吹込む特許請
求の範囲第1項記載の多孔質焼結体の製造方法。 8 焼成温度が1000〜1200℃である特許請求の範
囲第1項記載の多孔質焼結体の製造方法。[Claims] 1. 0.75 to 1 mol of lithium hydroxide or a lithium compound consisting of lithium salt per mol of alumina
2.0 mol and 0.25 to 1.0 mol of an alkali inorganic compound consisting of an alkali hydroxide or an alkali salt excluding the lithium compound in powder form at this blending ratio,
Before firing, the powder is stirred and mixed with the fibers in water to form an aqueous slurry, the pH value of the slurry is adjusted to 6 to 10, and a coagulant is added to adsorb and aggregate the powder to the fibers. A sheet-like or plate-shaped paper molded product is obtained with a fiber content of 3 to 15% by weight based on the total dry weight of the product, and after drying, the organic fibers in the molded product are burned and vaporized. The powder is then sintered by normal firing to obtain a sintered product.
The sintered product is placed in hot water with a pH value of 6 to 10 and a temperature of 50°C or higher to elute the alkali content of aluminate excluding lithium aluminate, thereby increasing the porosity to 40 to 40.
80% of the porous sintered body of lithium aluminate. 2. The method for producing a porous sintered body according to claim 1, wherein the fibrous material is at least one selected from wood pulp, synthetic resin fiber, asbestos, and ceramic fiber. 3. The method for producing a porous sintered body according to claim 1, wherein the lithium salt is at least one selected from lithium chloride, lithium carbonate, lithium nitrate, and lithium sulfate. 4 Alkali hydroxides include KOH, NaOH, Mg
The method for producing a porous sintered body according to claim 1, wherein the porous sintered body is at least one selected from (OH) 2 and Ca(OH) 2 . 5 Alkaline salts include potassium salt, sodium salt,
The method for producing a porous sintered body according to claim 1, wherein the porous sintered body is at least one selected from magnesium salts and calcium salts. 6. The method for producing a porous sintered body according to claim 1, wherein the alumina has an average particle size of 1 micron or less. 7. The method for producing a porous sintered body according to claim 1, wherein carbon dioxide gas is blown into the aqueous slurry as a means for adjusting the pH value of the aqueous slurry to 6 to 10. 8. The method for producing a porous sintered body according to claim 1, wherein the firing temperature is 1000 to 1200°C.
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|---|---|---|---|
| JP14257184A JPS6121986A (en) | 1984-07-10 | 1984-07-10 | Manufacture of porous sintered body |
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Publications (2)
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| JPS6121986A JPS6121986A (en) | 1986-01-30 |
| JPH024554B2 true JPH024554B2 (en) | 1990-01-29 |
Family
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| JPH06104628B2 (en) * | 1989-05-15 | 1994-12-21 | 丸善石油化学株式会社 | Method for producing hydrocarbon solvent |
| JP2506600B2 (en) * | 1992-09-30 | 1996-06-12 | 工業技術院長 | Porous silica-carbon composite and method for producing the same |
| CN104575625B (en) * | 2014-12-25 | 2017-04-26 | 浙江大学 | Method for preparing lithium metaaluminate porous microsphere serving as solid tritium breeder |
-
1984
- 1984-07-10 JP JP14257184A patent/JPS6121986A/en active Granted
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| JPS6121986A (en) | 1986-01-30 |
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