JPH0264007A - 水和珪酸塩の製造方法 - Google Patents

水和珪酸塩の製造方法

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JPH0264007A
JPH0264007A JP21281888A JP21281888A JPH0264007A JP H0264007 A JPH0264007 A JP H0264007A JP 21281888 A JP21281888 A JP 21281888A JP 21281888 A JP21281888 A JP 21281888A JP H0264007 A JPH0264007 A JP H0264007A
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water
silicate
metal
silicic acid
hydrated silicate
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JP21281888A
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Tadashi Mizutani
義 水谷
Yoshiaki Fukushima
喜章 福嶋
Haruo Doi
土井 晴夫
Osami Uegakito
上垣外 修己
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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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、マグネシウムやカルシウム等の金属イオンに
水が配位した部分構造を有する水和珪酸塩を安定に製造
する方法に関するものである。
〔従来の技術〕
シリカゲルやゼオライトに代表されるように珪酸塩や珪
酸は、その表面特性を生かして吸着剤や触媒として広く
利用されている。シリカゲルやゼオライトの構成元素で
ある珪素、アルミニウムはいずれも四配位の状態で存在
するが、このような四配位をとる金属イオンは種類が限
られている。
一方、スメクタイト、セピオライト等の粘土鉱物は、珪
酸の四面体と六配位の金属イオンの八面体の組合せで構
成され、その六配位の金属イオンの種類は多数ある。
上記珪酸塩、珪酸、あるいは粘土鉱物中の珪酸塩に含ま
れる金属イオンに水が配位した部分構造を有するとその
水分子は金属イオンにより分極し、酸としての活性を有
する他、他の配位子と置換する性質が生じて、吸着剤、
触媒等に利用することができる。このような金属イオン
に配位した水を結合水と呼んでいる。
−aに、珪酸塩に水が吸着あるいは結合したものである
水和珪酸塩の製造方法については多くの報告がある。例
えば、六配位の金属イオンの水和珪酸塩の製造方法とし
ては、特開昭52−82689号を挙げることができる
。この方法は、珪酸と水溶性金属塩とを、pHを調整し
ながら反応させるものである。しかしながら、この方法
では金属イオンに対して珪酸を過剰に用いているために
金属イオンの配位子として珪酸陰イオンが優先的に占め
、水が金属イオンに配位する構造を取りにくいという問
題点がある。
〔第1発明の説明〕 本発明者らは、上記従来技術の問題点に鑑み、水和珪酸
塩を製造する際の珪酸あるいは珪酸塩、及び金属塩の反
応条件等について鋭意検討した結果、本発明を完成させ
たものである。
本第1発明(特許請求の範囲に記載の発明)の目的は、
金属イオンの配位子を制御して、安定して、金属イオン
に水が配位した部分構造を有する水和珪酸塩を製造する
ことができる方法を提供しようとするものである。
本第1発明は、金属イオンに水が配位した部分構造を有
する水和珪酸塩の製造方法であって、塩基と、珪酸また
は珪酸塩の少なくとも1種と、該珪酸または珪酸塩の少
なくとも1種1モルに対して3〜100モルの水溶性金
属塩(該金属は六配位をとる金属である。)とを反応さ
せることを特徴とする水和珪酸塩の製造方法である。
本第1発明によれば、金属イオンに水が配位した部分構
造を有する水和珪酸塩を安定に製造することができる。
〔第2発明の説明] 以下、本第1発明をより具体的にした発明(本第2発明
とする。)を説明する。
本第2発明において製造する水和珪酸塩は、金属イオン
に水が配位した部分構造を有するものであり、一般式と
して 5tot ・ (MO)x  ・ (OHz )y  
’ ZHz Oで表されるものである(式中、MはMg
、Ca。
Ba、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Cr、Mn等の
少なくとも1種の金属元素、Xは珪酸に対する金属イオ
ンの割合、yは結合水の数、Zは吸着水の数であり、O
H,は上記金属(M)イオンに配位した結合水、H2O
は吸着水を示す。)。
なお、この水和した珪酸塩は、一般に珪酸塩ゲルと呼ば
れているものである。
本第2発明では、珪酸または珪酸塩の少なくとも1種と
、水溶性金属塩と、塩基とを、該水溶性金属塩が過剰の
条件で混合・反応させることにより上記水和珪酸塩を製
造する。
珪酸あるいは珪酸塩の少なくとも1種(以下、珪酸類と
する。)は、アルカリ土類金属や遷移金属等の水溶性金
属塩と反応することによってゲル化するが、そのゲル化
の開始反応は、下記式(1)、(2)に示すように(式
中、Mは金属、nは金属イオンの価数)塩基からの水酸
化物イオンと珪酸類、または水酸化物イオンと金属イオ
ンとの平衡が関与している。
上記式(1)、(2)のどちらのメカニズムで進行する
かは、その金属イオンの加水分解定数と珪酸類の酸解離
定数との大小関係によって決まる。金属イオンの加水分
解定数が大きい場合には式(1)、珪酸類の酸解離定数
が大きい場合には式(2)のメカニズムで進行する。そ
の後、どのようなメカニズムでゲルになるかは明らかで
はないが、珪酸類と金属イオンとの濃度比が生成するゲ
ルの構造を変えることはこのメカニズムから明らかであ
る。すなわち、金属イオンは、珪酸類と反応して、シリ
ケートを配位子としてとるか、未反応のまま水を配位子
としてとるかは珪酸類に対して金属イオンが過剰に存在
するかどうかで決まると考えられる。実際、金属イオン
を過剰条件で反応させたゲルには、赤外線吸収スペクト
ルから金属イオンに水が配位した部分構造(M”−OH
,+ 、Mは金属、nは金属イオンの価数)が確認され
ている。
本第2発明により製造するM”  OHz構造を有する
水和珪酸塩の金属イオンに配位した水は、分極している
ために、触媒作用を有し、かつ吸着サイトとなるもので
ある。また、この水分子は、他の配位子と置換し得るの
で水分子の置換による吸着にも利用できる。
本第2発明においては、上記珪酸類と、水溶性金属塩と
塩基とを反応させる。
上記珪酸類と水溶性金属塩との混合割合は、珪酸類1モ
ルに対して水溶性金属塩が3〜100モルの範囲内とす
る。珪酸類1モルに対して水溶性金属塩が3モル未満で
は、金属イオンの配位子として珪酸陰イオンが優先的に
入り、結合水の割合が減少する。また、100モルを越
える場合には、塩基と金属塩とが直接反応して金属の水
酸化物が生じる副反応がおこるために上記の範囲が適当
である。
更に、塩基の混合割合は、珪酸類1モルに対して2当量
以下が望ましい。これ以上の塩基を加えると、上記の金
属の水酸化物が生じてしまうからである。
上記珪酸塩としては、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、
珪酸アンモニウム等が挙げられ、それらのうちの少なく
とも1種を用いる。また、水溶性金属塩の金属は、六配
位をとる金属、例えば、Mg、Ca、Ba、Fe、Co
、Ni、Cu、Zn。
Cr、Mn等であり、それらの少なくとも1種のもので
ある。これは、これらの金属イオンが六配位をとり、水
を配位子としてとり得るからである。
また、この水溶性金属塩としては、塩化物、硫酸塩、硝
酸塩、過塩素酸塩等が挙げられ、それらのうちの少なく
とも1種を用いる。
また、塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ム、アンモニア水等が挙げられ、それらのうちの少なく
とも1種を用いる。
上記珪酸類と、水溶性金属塩と、塩基とを反応させる方
法としては、上記反応物を水中で混合する方法がある。
この混合方法としては、例えば、珪酸類の水溶液を水溶
性金属塩の水溶液に撹拌しながら滴下する方法がある。
この場合、珪酸類の濃度としては、滴下・混合後におけ
る反応物及び水溶液の全反応系の体積に対して10〜5
00ppm、また、水溶性金属塩の濃度としては、滴下
・混合後における全反応系の体積に対して0.01〜0
.3Mとするのが望ましい。0. OI M未満では用
いた水の量当たりの収量が減り濾過などの操作が困難と
なり、0.3Mを越えると水酸化物イオンと金属イオン
との副反応がおこって好ましくないためである。
また、混合時の温度としては、5°C〜80 ’Cが望
ましく、混合時間としては、1−10時間が望ましい。
生成した水和珪酸塩は濾過によって未反応の金属塩と分
離し、水で洗浄して、その後80°C以下の温度で乾燥
するのがよい。
〔実施例〕
以下、本発明の詳細な説明する。
実施例I JISa号珪酸ナトリウム0.3gを蒸留水100dで
希釈し、これを撹拌しながら0.1 M塩化マグネシウ
ム水溶液11に滴下した(塩化マグネシウムは珪酸ナト
リウム1モルに対して6゛7モル)。
室温で30分間撹拌の後、生じた沈澱を吸引濾過により
集めた。生成物は40°Cで一晩真空乾燥した。生成物
の赤外線吸収スペクトルは、3500−3600cl’
にO−Hの伸縮振動を示しており、生成物は、Mg  
OHzの部分構造を有する水和珪酸塩であることが確認
された。
実施例2 JISa号珪酸ナトリウム0.3gを蒸留水100dで
希釈し、これを撹拌しながら窒素気流下で0、1 M塩
化第1鉄水溶液12に滴下した(塩化第1鉄は珪酸ナト
リウム1モルに対して67モル)。
室温で30分間撹拌の後、生じた沈澱を吸引濾過により
集めた。生成物は40°Cで一晩真空乾燥した。生成物
の赤外線吸収スペクトルは3500−3600cm−’
にO−Hの伸縮振動を示し、Fe−0H2の部分構造を
有することが分かった。また、赤外線吸収スペクトルの
5i−0の伸縮振動領域(900〜1200cm−’)
は、珪酸の金属塩と類憤の吸収を示した。以上より、生
成物は、Fe−0Htの部分構造を有する水和珪酸塩で
あることが確認された。
比較例 JISa号珪酸ナトリウム3.3gを蒸留水lI!で希
釈し、ここへ1M塩化マグネシウム水溶液20dを室温
で撹拌しながら加え沈澱を得た(塩化マグネシウムは珪
酸ナトリウム1モルに対して1゜2モル)。室温で30
分間撹拌の後、沈澱を濾過で集め、40°Cで一晩真空
乾燥した。赤外線吸収スペクトルは、O−Hの伸縮振動
領域には、3350cm−’にブロードな吸収を示すの
みで、Mg−OH,の部分構造を有さないことが確認さ
れた。
また、蛍光X線による分析では、生成物のSi/Mg比
は43であり、マグネシウムイオンがゲルにほとんど取
り込まれていないことがわかった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 金属イオンに水が配位した部分構造を有する水和珪酸塩
    の製造方法であって、塩基と、珪酸または珪酸塩の少な
    くとも1種と、該珪酸または珪酸塩の少なくとも1種1
    モルに対して3〜100モルの水溶性金属塩(該金属は
    六配位をとる金属である。)とを反応させることを特徴
    とする水和珪酸塩の製造方法。
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