JPH06122518A - 斜方晶の層状構造を有するチタン酸及びその製造方法 - Google Patents
斜方晶の層状構造を有するチタン酸及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 斜方晶の層状構造を有する化合物の提供。
【構成】 組成式
（但し、ｘは０.６０〜０.７５、ｎは０〜２）で示され
る斜方晶の層状構造を有する化合物。結晶構造はＴiＯ6
八面体が連鎖して形成される二次元シート状の巨大陰イ
オン の間に水素イオン、水分子を含んでいる。この化合物は
酸化セシウムと二酸化チタンとをモル比で１／４から１
／７の割合に混合し、これを７００℃以上の温度で焼成
して得られるチタン酸セシウム を、酸水溶液と接触させることにより得られる。 【効果】 顕著なインターカレーション性を示すため、
吸着材、イオン交換材、触媒、分離材、放射性廃液の処
理処分材等として有用である。
る斜方晶の層状構造を有する化合物。結晶構造はＴiＯ6
八面体が連鎖して形成される二次元シート状の巨大陰イ
オン の間に水素イオン、水分子を含んでいる。この化合物は
酸化セシウムと二酸化チタンとをモル比で１／４から１
／７の割合に混合し、これを７００℃以上の温度で焼成
して得られるチタン酸セシウム を、酸水溶液と接触させることにより得られる。 【効果】 顕著なインターカレーション性を示すため、
吸着材、イオン交換材、触媒、分離材、放射性廃液の処
理処分材等として有用である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、新規な組成の層状チタ
ン酸及びその製造方法に関し、この材料は層と層の間に
液相や気相から陽イオンや有機分子等を取り込む顕著な
能力を有しているため、吸着材、イオン交換材、触媒、
分離材、放射性廃液の処理処分等への利用が期待され
る。
ン酸及びその製造方法に関し、この材料は層と層の間に
液相や気相から陽イオンや有機分子等を取り込む顕著な
能力を有しているため、吸着材、イオン交換材、触媒、
分離材、放射性廃液の処理処分等への利用が期待され
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】グレイ
（Ｇrey）らは、層間にＣsイオンが配位した斜方晶のチ
タン酸セシウムの合成を報告している（Ｉ.Ｅ.Ｇrey、
Ｉ.Ｃ.Ｍadsen and Ｊ.Ａ.Ｗatts、Ｊ.Ｓolid Ｓtate
Ｃhem.６６、７（１９８７））。しかし、層間に水素イ
オン（又はヒドロニウムイオン）、水分子を含む層状チ
タン酸に関しては、現在まで報告がない。
（Ｇrey）らは、層間にＣsイオンが配位した斜方晶のチ
タン酸セシウムの合成を報告している（Ｉ.Ｅ.Ｇrey、
Ｉ.Ｃ.Ｍadsen and Ｊ.Ａ.Ｗatts、Ｊ.Ｓolid Ｓtate
Ｃhem.６６、７（１９８７））。しかし、層間に水素イ
オン（又はヒドロニウムイオン）、水分子を含む層状チ
タン酸に関しては、現在まで報告がない。
【０００３】本発明は、上述の層間にＣsイオンが配位
した斜方晶のチタン酸セシウムを変換して、層と層との
間には、Ｃsを含まず、水素イオン（又はヒドロニウム
イオン）、水分子を含む新規な組成の層状チタン酸を提
供し、またその製造方法を提供することを目的とするも
のである。
した斜方晶のチタン酸セシウムを変換して、層と層との
間には、Ｃsを含まず、水素イオン（又はヒドロニウム
イオン）、水分子を含む新規な組成の層状チタン酸を提
供し、またその製造方法を提供することを目的とするも
のである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するために鋭意研究を重ねた結果、ここに新規な化
合物を発見したものである。
解決するために鋭意研究を重ねた結果、ここに新規な化
合物を発見したものである。
【０００５】すなわち、本発明にかゝる化合物は、組成
式
式
【化４】 （但し、ｘは０.６０〜０.７５、ｎは０〜２）で示され
る斜方晶の層状構造を有する化合物である。
る斜方晶の層状構造を有する化合物である。
【０００６】また、その製造方法は、酸化セシウム（Ｃ
s2Ｏ）又は加熱により酸化セシウムに分解される化合物
と、二酸化チタン（ＴiＯ2）又は加熱により二酸化チタ
ンを生ずる化合物とをモル比で１／４から１／７の割合
に混合し、これを７００℃以上の温度で焼成して得られ
るチタン酸セシウム（
s2Ｏ）又は加熱により酸化セシウムに分解される化合物
と、二酸化チタン（ＴiＯ2）又は加熱により二酸化チタ
ンを生ずる化合物とをモル比で１／４から１／７の割合
に混合し、これを７００℃以上の温度で焼成して得られ
るチタン酸セシウム（
【化５】 ）を、酸水溶液と接触させることにより、層間のＣsイ
オンをすべて溶出して
オンをすべて溶出して
【化６】 で示される組成の斜方晶の層状チタン酸を得ることを特
徴とするものである。
徴とするものである。
【０００７】以下に本発明を詳述する。
【０００８】
【０００９】本発明の化合物は、組成式
【化７】 （但し、ｘは０.６０〜０.７５、ｎは０〜２）で示され
る斜方晶の層状構造を有する化合物であり、
る斜方晶の層状構造を有する化合物であり、
【化８】 の組成を有するホスト層の間に水素イオンを含んだ新層
状物質である。この物質中の水素イオンは活性であり、
層と層の間に他の陽イオンや有機分子を可逆的に取り込
むことができる。
状物質である。この物質中の水素イオンは活性であり、
層と層の間に他の陽イオンや有機分子を可逆的に取り込
むことができる。
【００１０】この化合物は、図１に示すような、層状構
造を有している。すなわち、ＴiＯ6八面体が稜共有によ
り連鎖して二次元のシートを作り、その間に水素イオン
（存在形態としてはヒドロニウムイオン）、水分子を含
む斜方晶に属する結晶である。この二次元シートの結晶
学的な組成はＴiＯ2であり、本来電気的に中性である
が、
造を有している。すなわち、ＴiＯ6八面体が稜共有によ
り連鎖して二次元のシートを作り、その間に水素イオン
（存在形態としてはヒドロニウムイオン）、水分子を含
む斜方晶に属する結晶である。この二次元シートの結晶
学的な組成はＴiＯ2であり、本来電気的に中性である
が、
【化９】 の八面体席の７〜９％が空席となっており、組成は
【化１０】 （ここで、ｘは０.６０〜０.７５）となり、負に帯電す
る。これを層間の水素イオンが補償する形になってい
る。
る。これを層間の水素イオンが補償する形になってい
る。
【００１１】前述したように、グレイらにより、Ｃsイ
オンが電荷補償している化合物については報告があった
が、今回、層間に水素イオンを含む物質が得られたこと
により、顕著なインターカレーション性、イオン交換性
が発現したものであり、吸着材、イオン交換材、触媒、
分離材、放射性廃液の処理処分材等として有用と考えら
れる。
オンが電荷補償している化合物については報告があった
が、今回、層間に水素イオンを含む物質が得られたこと
により、顕著なインターカレーション性、イオン交換性
が発現したものであり、吸着材、イオン交換材、触媒、
分離材、放射性廃液の処理処分材等として有用と考えら
れる。
【００１２】この新規物質の空間群はＩmmmである。ま
た、結晶学的データは
た、結晶学的データは
【化１１】 の空席の量に依存するが、代表的組成、すなわち、組成
式
式
【化１２】 でｘ＝０.７０、ｎ＝１.０の場合の粉末Ｘ線回折データ
を
を
【表１】 に示す。格子定数はａ＝３.７８３（１）Å、ｂ＝１８.
７５０（９）Å、ｃ＝２.９７７（２）Å、Ｖ＝２１１.
２（１）Å3であり、単位胞中に２分子が含まれ、計算
密度は２.６７５となる。
７５０（９）Å、ｃ＝２.９７７（２）Å、Ｖ＝２１１.
２（１）Å3であり、単位胞中に２分子が含まれ、計算
密度は２.６７５となる。
【００１３】この化合物は以下の手順で合成される。ま
ず、酸化セシウム（Ｃs2Ｏ）又は加熱により酸化セシウ
ムに分解される化合物と、二酸化チタン（ＴiＯ2）又は
加熱により二酸化チタンを生ずる化合物とを、モル比に
して１／４から１／７の割合に混合し、これを７００℃
以上の温度で焼成することにより、斜方晶のチタン酸セ
シウム（
ず、酸化セシウム（Ｃs2Ｏ）又は加熱により酸化セシウ
ムに分解される化合物と、二酸化チタン（ＴiＯ2）又は
加熱により二酸化チタンを生ずる化合物とを、モル比に
して１／４から１／７の割合に混合し、これを７００℃
以上の温度で焼成することにより、斜方晶のチタン酸セ
シウム（
【化１３】 ）を得る。
【００１４】次に、この物質（チタン酸セシウム）を酸
水溶液中に浸漬することによって、Ｃsイオンをすべて
水素イオンと置き換えて、目的の化合物である組成式
水溶液中に浸漬することによって、Ｃsイオンをすべて
水素イオンと置き換えて、目的の化合物である組成式
【化１４】 で示される組成の斜方晶の層状チタン酸が得られる。こ
のＣsイオンを完全に抽出する条件は、酸濃度、固液
比、反応温度、接触時間等、多くのパラメータに依存す
るが、代表的には、チタン酸セシウム（
のＣsイオンを完全に抽出する条件は、酸濃度、固液
比、反応温度、接触時間等、多くのパラメータに依存す
るが、代表的には、チタン酸セシウム（
【化１５】 ）の粉末１グラムに対して、１規定の塩酸水溶液１００
cm3を３日間、室温で反応させることによって達成され
る。
cm3を３日間、室温で反応させることによって達成され
る。
【００１５】ここで、組成式中のｘは、出発原料である
二酸化チタン（ＴiＯ2）と酸化セシウム（Ｃs2Ｏ）の混
合比を変化させることにより、コントロールできる。ま
た、Ｃs抽出後、室温で風乾した場合、ｎは１前後の値
となるが、乾燥条件により多様な水和状態のものが得ら
れる。
二酸化チタン（ＴiＯ2）と酸化セシウム（Ｃs2Ｏ）の混
合比を変化させることにより、コントロールできる。ま
た、Ｃs抽出後、室温で風乾した場合、ｎは１前後の値
となるが、乾燥条件により多様な水和状態のものが得ら
れる。
【００１６】以上の手順で得られる斜方晶の層状チタン
酸（
酸（
【化１６】 ）は、液相や気相中に存在している陽イオンや有機分子
を層間に取り込む能力が著しい。例えば、水溶液中に溶
存しているＫやＣsイオンの場合には液相のｐＨが２付
近の弱酸性領域で固相１グラム当たり１ミリ当量前後を
取り込む。取り込まれる量はｐＨ値の上昇につれて増大
し、ｐＨ１２以上のアルカリ性領域で３ミリ当量／gに
達する。この際、層間距離は取り込み量に依存して変化
する。
を層間に取り込む能力が著しい。例えば、水溶液中に溶
存しているＫやＣsイオンの場合には液相のｐＨが２付
近の弱酸性領域で固相１グラム当たり１ミリ当量前後を
取り込む。取り込まれる量はｐＨ値の上昇につれて増大
し、ｐＨ１２以上のアルカリ性領域で３ミリ当量／gに
達する。この際、層間距離は取り込み量に依存して変化
する。
【００１７】次に本発明の実施例を示す。
【００１８】
【実施例１】炭酸セシウム（Ｃs2ＣＯ3）と二酸化チタ
ン（ＴiＯ2）をモル比にして１／４から１／７の範囲で
種々の割合に混合し、充分に摩砕した。これを白金ルツ
ボに移し、電気炉中で８００℃で３０分間加熱した後、
取り出し、再び摩砕して８００℃で４０時間焼成した。
その際、反応の促進、均一化を図るため、２０時間経過
後に一度電気炉から取り出して摩砕した。生成物を粉末
Ｘ線回折法により同定したところ、出発混合モル比が１
／５.７から１／５.３の範囲で斜方晶のチタン酸セシウ
ム（
ン（ＴiＯ2）をモル比にして１／４から１／７の範囲で
種々の割合に混合し、充分に摩砕した。これを白金ルツ
ボに移し、電気炉中で８００℃で３０分間加熱した後、
取り出し、再び摩砕して８００℃で４０時間焼成した。
その際、反応の促進、均一化を図るため、２０時間経過
後に一度電気炉から取り出して摩砕した。生成物を粉末
Ｘ線回折法により同定したところ、出発混合モル比が１
／５.７から１／５.３の範囲で斜方晶のチタン酸セシウ
ム（
【化１７】 ）が単一相として得られることがわかった。これに対し
て、１／５.３以下の領域では、上記の化合物の他に単
斜晶の五チタン酸セシウム（Ｃs2Ｔi5Ｏ11）が副生し、
更に１／５.７以上の範囲では二酸化チタン（ＴiＯ2）
が反応しきれずに残った。
て、１／５.３以下の領域では、上記の化合物の他に単
斜晶の五チタン酸セシウム（Ｃs2Ｔi5Ｏ11）が副生し、
更に１／５.７以上の範囲では二酸化チタン（ＴiＯ2）
が反応しきれずに残った。
【００１９】次に、１規定の塩酸溶液１００cm3に対し
て、上記の手順で得られた斜方晶のチタン酸セシウム（
て、上記の手順で得られた斜方晶のチタン酸セシウム（
【化１８】 ）の粉末を１ｇの割合で接触させ、時々攪拌しながら室
温で反応させた。１日毎に新しい塩酸溶液に取り替える
操作を３回繰り返した後、固相を濾過水洗して風乾し
た。
温で反応させた。１日毎に新しい塩酸溶液に取り替える
操作を３回繰り返した後、固相を濾過水洗して風乾し
た。
【００２０】生成物の粉末Ｘ線回折図形（表１参照）は
体心斜方格子で指数付け可能であった。母相（
体心斜方格子で指数付け可能であった。母相（
【化１９】 ）の結晶学データとの比較から図１に示した層状構造を
保持していることが確認された。この物質は加熱すると
４０〜５００℃の範囲で脱水し、総重量減少は１５〜１
６％に達した。その後、１０００℃まで加熱すると、ル
チル（ＴiＯ2）の単一相に変化することから、層間のＣ
sイオンは残存していないことがわかった。
保持していることが確認された。この物質は加熱すると
４０〜５００℃の範囲で脱水し、総重量減少は１５〜１
６％に達した。その後、１０００℃まで加熱すると、ル
チル（ＴiＯ2）の単一相に変化することから、層間のＣ
sイオンは残存していないことがわかった。
【００２１】以上のことから、組成式
【化２０】 で示される新化合物である斜方晶の層状チタン酸が得ら
れたことが結論された。この場合、出発原料の混合モル
比（Ｃs2Ｏ／ＴiＯ2）が１／５.３〜１／５.７の範囲で
単一相が得られることから、組成式中のｘは０.６７〜
０.７３、また、脱水減量からｎの値は約１であること
がわかった。但し、乾燥条件を変化させることによって
種々の水和状態のものが得られた。
れたことが結論された。この場合、出発原料の混合モル
比（Ｃs2Ｏ／ＴiＯ2）が１／５.３〜１／５.７の範囲で
単一相が得られることから、組成式中のｘは０.６７〜
０.７３、また、脱水減量からｎの値は約１であること
がわかった。但し、乾燥条件を変化させることによって
種々の水和状態のものが得られた。
【００２２】
【実施例２】実施例１に示した手順で合成した斜方晶の
層状チタン酸（
層状チタン酸（
【化２１】 ）の酸・塩基性やインターカレーション性についての知
見を得る目的で、Ｋ及びＣsイオンにより滴定実験を行
った。すなわち、固相０.２gとイオン強度０.１に調整
したＫ又はＣsの水溶液２０cm3を三角フラスコに入れ、
２５℃に保った恒温槽中で７日間反応させた。その際、
水溶液の塩基性度は溶質としての塩化物と水酸化物の混
合比を変化させてコントロールした。接触終了後、上澄
液中の陽イオン残存量を原子吸光法で、ｐＨ値をデジタ
ルｐＨメーターで測定して滴定曲線（図２）を得た。そ
の結果、Ｋ、Ｃsイオンとも同じような傾向を示し、交
換容量はｐＨ２の弱酸性領域でグラム当たり１ミリ当量
前後であった。この値は液相の塩基性度の上昇に伴って
増大し、ｐＨ１２以上で約３ミリ当量／gに達した。ま
た、その際の固相の変化を粉末Ｘ線回折法で追跡したと
ころ、層間距離は９.４ÅからＫイオンの場合に９.１Å
に、Ｃsイオンの場合には８.９Åに連続的に収縮するこ
とがわかった。
見を得る目的で、Ｋ及びＣsイオンにより滴定実験を行
った。すなわち、固相０.２gとイオン強度０.１に調整
したＫ又はＣsの水溶液２０cm3を三角フラスコに入れ、
２５℃に保った恒温槽中で７日間反応させた。その際、
水溶液の塩基性度は溶質としての塩化物と水酸化物の混
合比を変化させてコントロールした。接触終了後、上澄
液中の陽イオン残存量を原子吸光法で、ｐＨ値をデジタ
ルｐＨメーターで測定して滴定曲線（図２）を得た。そ
の結果、Ｋ、Ｃsイオンとも同じような傾向を示し、交
換容量はｐＨ２の弱酸性領域でグラム当たり１ミリ当量
前後であった。この値は液相の塩基性度の上昇に伴って
増大し、ｐＨ１２以上で約３ミリ当量／gに達した。ま
た、その際の固相の変化を粉末Ｘ線回折法で追跡したと
ころ、層間距離は９.４ÅからＫイオンの場合に９.１Å
に、Ｃsイオンの場合には８.９Åに連続的に収縮するこ
とがわかった。
【００２３】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
層間に水素イオン（又はヒドロニウムイオン）、水分子
を含む層状チタン酸を提供できる。この新規化合物は層
と層の間に液相や気相から陽イオンや有機分子等を取り
込む顕著な能力を有しているため、吸着材、イオン交換
材、触媒、分離材、放射性廃液の処理処分材等への利用
が期待される。
層間に水素イオン（又はヒドロニウムイオン）、水分子
を含む層状チタン酸を提供できる。この新規化合物は層
と層の間に液相や気相から陽イオンや有機分子等を取り
込む顕著な能力を有しているため、吸着材、イオン交換
材、触媒、分離材、放射性廃液の処理処分材等への利用
が期待される。
【図１】斜方晶の層状チタン酸（
【化２２】 ）の結晶構造の（１００）面への投影図であり、点線で
囲まれた部分が単位胞に相当する。
囲まれた部分が単位胞に相当する。
【図２】ｐＨ滴定曲線であり、縦軸は平衡後の液相のｐ
Ｈ、横軸は取り込まれた陽イオンの量（ミリ当量／g)を
示している。
Ｈ、横軸は取り込まれた陽イオンの量（ミリ当量／g)を
示している。
Claims (2)
- 【請求項１】 組成式 【化１】 （但し、ｘは０．６０〜０．７５、ｎは０〜２）で示さ
れる斜方晶の層状構造を有する化合物。 - 【請求項２】 酸化セシウム（Ｃｓ2Ｏ）又は加熱によ
り酸化セシウムに分解される化合物と、二酸化チタン
（ＴｉＯ2）又は加熱により二酸化チタンを生ずる化合
物とをモル比で１／４から１／７の割合に混合し、これ
を７００℃以上の温度で焼成して得られるチタン酸セシ
ウム（ 【化２】 ）を、酸水溶液と接触させることにより、層間のＣｓイ
オンをすべて溶出して 【化３】 で示される組成の斜方晶の層状チタン酸を得ることを特
徴とする方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3152121A JPH0688786B2 (ja) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | 斜方晶の層状構造を有するチタン酸及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3152121A JPH0688786B2 (ja) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | 斜方晶の層状構造を有するチタン酸及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06122518A true JPH06122518A (ja) | 1994-05-06 |
| JPH0688786B2 JPH0688786B2 (ja) | 1994-11-09 |
Family
ID=15533523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3152121A Expired - Lifetime JPH0688786B2 (ja) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | 斜方晶の層状構造を有するチタン酸及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0688786B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009029645A (ja) * | 2007-07-25 | 2009-02-12 | Nippon Chem Ind Co Ltd | 薄片状含水酸化チタン及びその製造方法並びに薄片状酸化チタン |
| US7531160B2 (en) | 1997-09-02 | 2009-05-12 | Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd. | Fine hollow powder, thin flaky titanium oxide powder obtained by pulverization of the fine hollow powder and processes for producing the same |
| WO2011116788A1 (en) | 2010-03-25 | 2011-09-29 | Saint Petersburg State University | Layered titanates |
| JP2011200779A (ja) * | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Shinshu Univ | ろ過材料及び浄化装置 |
-
1991
- 1991-05-10 JP JP3152121A patent/JPH0688786B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7531160B2 (en) | 1997-09-02 | 2009-05-12 | Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd. | Fine hollow powder, thin flaky titanium oxide powder obtained by pulverization of the fine hollow powder and processes for producing the same |
| US7943114B2 (en) | 1997-09-02 | 2011-05-17 | Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd. | Fine hollow powder, thin flaky titanium oxide powder obtained by pulverization of the fine hollow powder and processes for producing the same |
| US7947249B2 (en) | 1997-09-02 | 2011-05-24 | Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd. | Fine hollow powder, thin flaky titanium oxide powder obtained by pulverization of the fine hollow powder and processes for producing the same |
| US8163386B1 (en) | 1997-09-02 | 2012-04-24 | Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd. | Fine hollow powder thin flaky titanium oxide powder obtained by pulverization of the fine hollow powder and processes for producing the same |
| EP1033347B2 (en) † | 1997-09-02 | 2012-06-20 | Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd. | Hollow fine powder, flaky fine titanium oxide powder prepared by pulverizing said hollow fine powder, and process for preparing the both |
| JP2009029645A (ja) * | 2007-07-25 | 2009-02-12 | Nippon Chem Ind Co Ltd | 薄片状含水酸化チタン及びその製造方法並びに薄片状酸化チタン |
| WO2011116788A1 (en) | 2010-03-25 | 2011-09-29 | Saint Petersburg State University | Layered titanates |
| JP2011200779A (ja) * | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Shinshu Univ | ろ過材料及び浄化装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0688786B2 (ja) | 1994-11-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |