JPH0669889B2 - 層状ケイ酸塩の水熱合成法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ケニヤアイト型層状ケイ酸塩の水熱合成法に
関する。

〔従来の技術及びその問題点〕

層状ケイ酸塩はその特殊構造に基づいて機能性材料への
応用が期待されている物質の１つである。これ自体、触
媒、充填剤、あるいは吸着剤等種々の用途開発がなされ
ている。更に、インターカレーションよる層間修飾では
新規な触媒や多孔材料を始めとした複合材料開発へ発展
している分野である。

現在、その対象となる層状ケイ酸塩には天然のスメクタ
イト系粘土鉱物や溶融法で合成されたフッ素マイカ等が
ある。しかし、これらの層状ケイ酸塩を活用した機能性
材料の開発は、より精製された原料を出発原料とした、
より効率的な合成プロセスが求められている。

従来、純粋なケニヤアイトあるいはケニヤアイトのNa原
子をＫ原子に置き換えたケニヤアイト型層状ケイ酸塩の
合成では、100℃付近では数ケ月という長時間を要する
上に、生成物中には非晶質物質あるいはマガディアイト
等他物質が混在し、また150℃付近でも中間相が混在
し、ケニヤアイト型層状ケイ酸塩を単一相として得るこ
とは困難であることが知られている。また、高温ではこ
れらの化合物の結晶化が進み易くなることが指摘されて
おり、例えば、200℃、３時間以上でケニヤアイトが単
一相として生成することが確かめられている。しかし、
このような高い反応温度では水熱条件下における圧力が
10kg/cm²を越えてしまうという問題があり、より反応温
度の低い条件で単一相として合成し得る方法が求められ
ている。

〔発明の課題〕

本発明は、水熱反応進行時の圧力が10kg/cm²を越えない
ような低温でケニヤアイト型層状ケイ酸塩単一相を短時
間で生成可能とする新規な水熱合成法を提供することを
その課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結
果、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明によれば、アモルファスシリカと、ナ
トリウム化合物と、カリウム化合物と水とからなる混合
物を100〜180℃の水熱条件下で反応させることを特徴と
するケニヤアイト型層状ケイ酸塩の水熱合成法が提供さ
れる。

本発明において出発原料成分として用いるアモルファス
シリカは、湿式法で合成することができ、この場合、そ
の履歴は限定されない。例えば、珪酸ソーダやアルコキ
シドを原料としたシリカ源やケイ酸塩鉱石を鉱酸処理し
て得られるアモルファスシリカを用いることができる。
また、珪酸ソーダ自体を出発原料として合成されたアモ
ルファスシリカも可能である。

アモルファスシリカの粒度はあまり限定する必要はない
が、大きすぎると、加熱溶解させて反応させるのに長時
間を要するので、100メッシュ以下、好ましくは200メッ
シュ以下が適当である。

ナトリウム化合物としては、水酸化ナトリウムや、炭酸
ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、塩化ナトリウム等の
各種の水溶性ナトリウム化合物が用いられる。また、カ
リウム化合物としては、水酸化カリウム、炭酸カリウ
ム、炭酸水素カリウム、塩化カリウム等の各種の水溶性
カリウム化合物が用いられる。

反応条件としては、組み合わせるナトリウム化合物とカ
リウム化合物の種類によって、その混合比及びアルカリ
度を適宜選定する。例えば、ケニヤアイト型層状ケイ酸
塩の合成において、水酸化ナトリウムと炭酸カリウムを
用いた場合、H₂O/SiO₂モル比が15〜20、NaOH/SiO₂モル
比が0.20〜0.26、K₂CO₃/SiO₂モル比が0.10〜0.25となる
ように各原料成分を混合し、反応温度170℃の水熱条件
下で10〜24時間処理すると、生成する固相として、ケニ
ヤアイト型層状ケイ酸塩単一相を得ることができる。一
般的には、H₂O/SiO₂モル比は、15〜20、好ましくは16〜
18、ナトリウム化合物/SiO₂モル比は、0.18〜0.30、好
ましくは0.20〜0.25、カリウム化合物/SiO₂モル比は、
0.06〜0.30、好ましくは0.14〜0.18である。また、ナト
リウム化合物／カリウム化合物モル比は、1.0〜1.6、好
ましくは1.2〜1.5である。反応温度は、100〜200℃、好
ましくは150〜170℃であり、反応時間は３〜200時間、
好ましくは10〜20時間である。

反応温度は低すぎると反応に時間がかかり、高すぎると
クリストバライト、石英等他物質が晶出する傾向がある
ので、前記のように、150〜170℃程度にするのが好まし
い。反応混合物は、これを撹拌して系全体の均一性を保
持する。

上記の条件によって合成された固体物質は、常法によっ
て母液と分離し、ついで10^−３〜10^−４mol/1程度の水
酸化カリウム溶液で洗浄し、さらに水洗後、乾燥し回収
する。

〔発明の作用〕

本発明による合成方法においては、マガディアイトの生
成が進行する温度領域で、ナトリウム原子の一部をカリ
ウム原子に置き換え、固溶体としての層状ケイ酸塩を生
成させることによって、これまでより低温、短時間でケ
ニヤアイト型層状ケイ酸塩の生成が可能となったものと
考えられる。

すなわち、カリウムを含まずナトリウムのみを含むアル
カリ条件では、150〜170℃程度の水熱反応温度、数十時
間でマガディアイトが単一相として得られ、ケニヤアイ
トを単一相として得ることは難しい。この場合には、18
5℃では両者が共存し、200℃でケニヤアイト単一相とな
る。また、ナトリウム原子は含まずカリウム原子のみを
含むアルカリ条件下では、150〜180℃では底面回折線が
ケニヤアイト型に類似した生成物が得られるが、Ｘ線回
折パターンからは中間相と位置ずけられるもので、185
℃で始めて単一相となる。

従って、本発明では、マガディアイトの生成が推進され
る反応条件下でカリウム原子を共存させることで、ケニ
ヤアイト型層状ケイ酸塩がより低温で選択的に合成可能
となるものと考えられる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

実施例１ 原料とするアモルファスシリカ、水酸化ナトリウム及び
炭酸カリウムは全て市販品を用いた。これらの原料成分
を、H₂O/SiO₂モル比が18、NaOH/SiO₂モル比が0.23、K₂C
O₃/SiO₂モル比が0.16となるように混合し、オートクレ
ーブ中において反応温度170℃の水熱条件下で20時間処
理した。

次に、反応処理終了後、濾過して液相を分離し、得られ
た固相を10^−４mol/lの水酸化ナトリウム溶液で洗浄し
た。この回収固体を40℃で乾燥後、Ｘ線回折法で測定し
たところケニヤアイトとほぼ同一のＸ線回折パターンを
示す生成物であることが分かった。なお、固体を水洗し
てもＸ線回折パターンの変化は認められず、これは以下
の実施例においても同様であった。

実施例２ 実施例１において、アモルファスシリカとして、蛇紋岩
の酸処理によって得られたアモルファスシリカを用いた
以外は、実施例１と同様にして実験を行った。

反応温度170℃の水熱条件下で16時間処理すると、ケニ
ヤアイト型層状ケイ酸塩からなる固体が単一相として得
られた。

〔発明の効果〕

本発明によるケニヤアイト型層状ケイ酸塩は、マガディ
アイトと同様その特有の層状構造に基づくミクロポアを
有することから、それ自体化学工業、窯業、医学等多く
の分野での用途が期待できる。例えば、触媒担体、充填
剤、吸着剤、脱臭剤、酵素センサー、微生物分離等に適
用可能と考えられる。また、インターカレーション反応
により有機あるいは無機物質で層間修飾可能なことか
ら、種々の複合材料、酵素センサー、微生物分離剤、薬
理活性物質、あるいは層間におけるピラー形状によって
新たな触媒や多孔材料等を製造する際の層状化合物とし
て有用なものと期待できる。

また、これを酸処理して得られる結晶性層状ポリケイ酸
はシリカ分のみから成り、アモルファスシリカが利用さ
れてきた用途、例えば触媒、、触媒担体、充填剤、吸着
剤、脱臭剤等に対し、高い性能を賦与できる可能性があ
り、更に前述と同様特殊構造を活用したインターカレー
ション反応により、複合材料を始めとした種々の機能性
材料創製のための層状化合物として有用なものと期待で
きる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アモルファスシリカと、ナトリウム化合物
   と、カリウム化合物と水とからなる混合物を100〜180℃
   の水熱条件下で反応させることを特徴とするケニヤアイ
   ト型層状ケイ酸塩の水熱合成法。