JPH08208232A - 八面体構造を有する酸化マンガン物質のゾル−ゲル法合成 - Google Patents
八面体構造を有する酸化マンガン物質のゾル−ゲル法合成Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 八面体構造とトンネル構造を有し、熱的に安
定な酸化マンガン物質を提供する。 【解決手段】 八面体分子構造を有する酸化マンガン物
質を製造する方法において、過マンガン酸化物アニオン
を含有する溶液を形成させ;該溶液に有機還元剤を加え
てゲルを形成させ;未反応の還元剤を実質的に含まない
ゲルを回収し;該ゲルを、酸化マンガン物質を製造する
のに有効な温度で加熱することを特徴とする方法。
定な酸化マンガン物質を提供する。 【解決手段】 八面体分子構造を有する酸化マンガン物
質を製造する方法において、過マンガン酸化物アニオン
を含有する溶液を形成させ;該溶液に有機還元剤を加え
てゲルを形成させ;未反応の還元剤を実質的に含まない
ゲルを回収し;該ゲルを、酸化マンガン物質を製造する
のに有効な温度で加熱することを特徴とする方法。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、八面体構造を有す
る酸化マンガン物質を製造する方法に関する。より詳細
には、本発明は、高い熱安定性を有するそのような酸化
マンガン物質のゾル−ゲル合成に関する。
る酸化マンガン物質を製造する方法に関する。より詳細
には、本発明は、高い熱安定性を有するそのような酸化
マンガン物質のゾル−ゲル合成に関する。
【0002】
【従来の技術】一方向性トンネル構造を有する酸化マン
ガン八面体モレキュラーシーブは、MnO6 八面体の鎖
が辺を共有して異なる大きさのトンネル構造を形成して
いる、モレキュラーシーブの族を構成する。このような
物質は、陸地起源の試料中に検出され、また、大洋底か
ら回収されたマンガン団塊中にも発見されている。マン
ガン団塊は、一酸化炭素、メタンおよびブタンの酸化
(米国特許第3,214,236号明細書)、アンモニ
アによる酸化窒素の還元(Atmospheric Environment, V
ol. 6, p.309(1972))ならびに水素の存在下における
常圧蒸留残油の脱金属(Ind. Eng. Chem. Proc. Dev.,
Vol. 13, p.315(1974))に有用な触媒として記載され
ている。
ガン八面体モレキュラーシーブは、MnO6 八面体の鎖
が辺を共有して異なる大きさのトンネル構造を形成して
いる、モレキュラーシーブの族を構成する。このような
物質は、陸地起源の試料中に検出され、また、大洋底か
ら回収されたマンガン団塊中にも発見されている。マン
ガン団塊は、一酸化炭素、メタンおよびブタンの酸化
(米国特許第3,214,236号明細書)、アンモニ
アによる酸化窒素の還元(Atmospheric Environment, V
ol. 6, p.309(1972))ならびに水素の存在下における
常圧蒸留残油の脱金属(Ind. Eng. Chem. Proc. Dev.,
Vol. 13, p.315(1974))に有用な触媒として記載され
ている。
【0003】ホランド石は、トンネル構造をもつ天然に
産出する含水酸化マンガン(「骨組み水和物」とも記さ
れる)であって、MnがMn4+およびその他の酸化状態
として存在することができ、トンネルが大きさおよび形
状において異なることができ、種々の一価もしくは二価
のカチオンがトンネル中に存在することができるもので
ある。ホランド石構造は、辺を共有して(2×2)トン
ネル構造を形成するMnO6 八面体の二重鎖からなる。
これらのトンネルの平均的な大きさは約4.6Å平方で
ある。Ba、K、NaおよびPbのイオンがトンネル中
に存在し、二重鎖の酸素に配位されている。トンネルカ
チオンの種類が鉱物の種を決定する。具体的なホランド
石の種には、ホランド石(BaMn8 O16)、クリプト
メレーン(KMn8 O16)、マンジロー石(NaMn8
O16)およびコロナド石(PbMn8 O16)がある。
産出する含水酸化マンガン(「骨組み水和物」とも記さ
れる)であって、MnがMn4+およびその他の酸化状態
として存在することができ、トンネルが大きさおよび形
状において異なることができ、種々の一価もしくは二価
のカチオンがトンネル中に存在することができるもので
ある。ホランド石構造は、辺を共有して(2×2)トン
ネル構造を形成するMnO6 八面体の二重鎖からなる。
これらのトンネルの平均的な大きさは約4.6Å平方で
ある。Ba、K、NaおよびPbのイオンがトンネル中
に存在し、二重鎖の酸素に配位されている。トンネルカ
チオンの種類が鉱物の種を決定する。具体的なホランド
石の種には、ホランド石(BaMn8 O16)、クリプト
メレーン(KMn8 O16)、マンジロー石(NaMn8
O16)およびコロナド石(PbMn8 O16)がある。
【0004】天然に産出するホランド石が有するような
(2×2)トンネル構造を有する酸化マンガン八面体モ
レキュラーシーブを合成する水熱法が、Synthesis of M
icroporous Materials, Vol. II, 333, M. L. Occelli,
H. E. Robson 編,van Nostrand Reinhold, NY, 1992
における「Hydrothermal Synthesis of Manganese Oxid
e with Tunnel Structures」に記載されている。当該技
術では、(2×2)トンネル構造を有するこのような合
成八面体モレキュラーシーブを、OMS−2という名称
で呼ぶ。OMS−2の(2×2)トンネル構造を、図1
に概略的に示す。
(2×2)トンネル構造を有する酸化マンガン八面体モ
レキュラーシーブを合成する水熱法が、Synthesis of M
icroporous Materials, Vol. II, 333, M. L. Occelli,
H. E. Robson 編,van Nostrand Reinhold, NY, 1992
における「Hydrothermal Synthesis of Manganese Oxid
e with Tunnel Structures」に記載されている。当該技
術では、(2×2)トンネル構造を有するこのような合
成八面体モレキュラーシーブを、OMS−2という名称
で呼ぶ。OMS−2の(2×2)トンネル構造を、図1
に概略的に示す。
【0005】OMS−2を製造する水熱法は、マンガン
カチオンと過マンガン酸化物アニオンとの水溶液を、
2.3〜4.6Åのイオン直径を有する対カチオンの存
在下に、酸性条件、すなわちpH<3において、80〜1
40℃の範囲の温度で加圧することを含む。この対カチ
オンは、OMS−2生成物の形成のための鋳型物質とし
て働くことができ、そのトンネル構造中に保持されるこ
とができる。分析試験によると、この方法によって製造
されるOMS−2は、600℃まで熱的に安定である。
カチオンと過マンガン酸化物アニオンとの水溶液を、
2.3〜4.6Åのイオン直径を有する対カチオンの存
在下に、酸性条件、すなわちpH<3において、80〜1
40℃の範囲の温度で加圧することを含む。この対カチ
オンは、OMS−2生成物の形成のための鋳型物質とし
て働くことができ、そのトンネル構造中に保持されるこ
とができる。分析試験によると、この方法によって製造
されるOMS−2は、600℃まで熱的に安定である。
【0006】あるいはまた、OMS−2は、R. Giovani
liおよびB. Balmer のChimia, 35(1981)53に開示され
た方法によっても製造することができる。したがって、
マンガンカチオンと過マンガン酸カチオンとを、塩基性
条件、すなわちpH>12において反応させると、層状の
酸化マンガン前駆体が製造される。この前駆体をイオン
交換し、ついで高温、すなわち一般に600℃を越える
温度で焼成して、OMS−2生成物を形成する。分析試
験は、この方法によって製造されるOMS−2が800
℃まで熱的に安定であり、マンガンイオンの平均酸化状
態がより低いことを示している。
liおよびB. Balmer のChimia, 35(1981)53に開示され
た方法によっても製造することができる。したがって、
マンガンカチオンと過マンガン酸カチオンとを、塩基性
条件、すなわちpH>12において反応させると、層状の
酸化マンガン前駆体が製造される。この前駆体をイオン
交換し、ついで高温、すなわち一般に600℃を越える
温度で焼成して、OMS−2生成物を形成する。分析試
験は、この方法によって製造されるOMS−2が800
℃まで熱的に安定であり、マンガンイオンの平均酸化状
態がより低いことを示している。
【0007】トドロキ石は、MnO6 の辺共有八面体の
三重鎖によって形成される(3×3)トンネル構造をも
つ、天然に産出する酸化マンガンである。トドロキ石お
よび関連の種は、Turnerらにより、「Todorokites: A N
ew Family of Naturally Occurring Manganese Oxide」
Science, Vol. 212, pp. 1024-1026(1981)に記載され
ている。著者らは、トドロキ石がしばしば、高濃度の銅
およびニッケルを含有する深海のマンガン団塊中に発見
されるため、そのような金属が八面体骨組み中のMn+2
に置き換わることがありうると推測している。
三重鎖によって形成される(3×3)トンネル構造をも
つ、天然に産出する酸化マンガンである。トドロキ石お
よび関連の種は、Turnerらにより、「Todorokites: A N
ew Family of Naturally Occurring Manganese Oxide」
Science, Vol. 212, pp. 1024-1026(1981)に記載され
ている。著者らは、トドロキ石がしばしば、高濃度の銅
およびニッケルを含有する深海のマンガン団塊中に発見
されるため、そのような金属が八面体骨組み中のMn+2
に置き換わることがありうると推測している。
【0008】トドロキ石は、それらの比較的大きなトン
ネル寸法、およびゼオライトのそれに類似したそれらの
カチオン交換挙動のため、特に興味を引いた(Shenら,
「Manganese Oxide Octahedral Molecular Sieves: Pre
paration, Characterization, and Applications」Scie
nce, Vol. 260, pp. 511-515(1993))。天然に産出す
るトドロキ石は、結晶質が乏しく、組成において不純で
あり、他の酸化マンガン鉱物と共存している。高解像度
透過電子顕微鏡鏡検法(HRTEM)の結果は、トドロ
キ石が3×2、3×3、3×4および3×5のトンネル
構造のランダムな連晶質を含有することを示す。トドロ
キ石は、それらの不規則な構造のため、それらの商業的
利用を妨げる欠点である、変化して再現性のない触媒活
性を示す。
ネル寸法、およびゼオライトのそれに類似したそれらの
カチオン交換挙動のため、特に興味を引いた(Shenら,
「Manganese Oxide Octahedral Molecular Sieves: Pre
paration, Characterization, and Applications」Scie
nce, Vol. 260, pp. 511-515(1993))。天然に産出す
るトドロキ石は、結晶質が乏しく、組成において不純で
あり、他の酸化マンガン鉱物と共存している。高解像度
透過電子顕微鏡鏡検法(HRTEM)の結果は、トドロ
キ石が3×2、3×3、3×4および3×5のトンネル
構造のランダムな連晶質を含有することを示す。トドロ
キ石は、それらの不規則な構造のため、それらの商業的
利用を妨げる欠点である、変化して再現性のない触媒活
性を示す。
【0009】天然に産出するトドロキ石が有するような
(3×3)トンネル構造を有する酸化マンガン八面体モ
レキュラーシーブを合成する方法は、米国特許第5,3
40,562号明細書に記載されている。当該技術で
は、(3×3)トンネル構造を有するこのような合成八
面体モレキュラーシーブを、OMS−1という名称で呼
ぶ。OMS−1の(3×3)トンネル構造を、図2に概
略的に示す。
(3×3)トンネル構造を有する酸化マンガン八面体モ
レキュラーシーブを合成する方法は、米国特許第5,3
40,562号明細書に記載されている。当該技術で
は、(3×3)トンネル構造を有するこのような合成八
面体モレキュラーシーブを、OMS−1という名称で呼
ぶ。OMS−1の(3×3)トンネル構造を、図2に概
略的に示す。
【0010】OMS−1は、マンガンカチオンと過マン
ガン酸化物アニオンとを、強塩基性条件で反応させて、
層状の酸化マンガン前駆体を生成し、その後、該前駆体
を室温で少なくとも8時間熟成させ、熟成した前駆体を
イオン交換し、さらに、イオン交換した前駆体を150
〜180℃で数日間加圧することによって調製すること
ができる。分析試験は、この方法によって製造されるO
MS−1が約500℃まで熱的に安定であることを示し
ている。
ガン酸化物アニオンとを、強塩基性条件で反応させて、
層状の酸化マンガン前駆体を生成し、その後、該前駆体
を室温で少なくとも8時間熟成させ、熟成した前駆体を
イオン交換し、さらに、イオン交換した前駆体を150
〜180℃で数日間加圧することによって調製すること
ができる。分析試験は、この方法によって製造されるO
MS−1が約500℃まで熱的に安定であることを示し
ている。
【0011】本発明の酸化マンガン構造は、特殊なタイ
プであることを、理解することが重要である。酸化マン
ガン類は、多様な構造を有することができる。文献によ
ると(Burns, R. G.; Burns, V. M., Review in Minera
logy, Amer. Mineral Soc.,Chap. 2, Vol. I, 1979
)、酸化マンガン類は、通常、種類が多く、特性が複
雑で、結晶質が乏しく、他の相と連晶しており、不規則
で、非化学量論的である。20以上の酸化マンガン相が
知られているが、それらのうちわずか数種しか具体的な
構造が確認されていない。
プであることを、理解することが重要である。酸化マン
ガン類は、多様な構造を有することができる。文献によ
ると(Burns, R. G.; Burns, V. M., Review in Minera
logy, Amer. Mineral Soc.,Chap. 2, Vol. I, 1979
)、酸化マンガン類は、通常、種類が多く、特性が複
雑で、結晶質が乏しく、他の相と連晶しており、不規則
で、非化学量論的である。20以上の酸化マンガン相が
知られているが、それらのうちわずか数種しか具体的な
構造が確認されていない。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明によると、八面体
分子構造を有する酸化マンガン物質が、 a)過マンガン酸化物アニオンを含有する溶液を形成さ
せ; b)該溶液に有機還元剤を加えてゲルを形成させ; c)未反応の還元剤を実質的に含まないゲルを回収し; d)該ゲルを、酸化マンガン物質を製造するのに有効な
温度で加熱すること含む方法によって製造される。
分子構造を有する酸化マンガン物質が、 a)過マンガン酸化物アニオンを含有する溶液を形成さ
せ; b)該溶液に有機還元剤を加えてゲルを形成させ; c)未反応の還元剤を実質的に含まないゲルを回収し; d)該ゲルを、酸化マンガン物質を製造するのに有効な
温度で加熱すること含む方法によって製造される。
【0013】本発明のゾル−ゲル法によって製造される
酸化マンガン物質は、層状物質、たとえばブセル石(bus
erite)またはバーネス石(birnessite)であることがで
き、これらは、OMS−1および/またはOMS−2の
生成における前駆体として用いることができる。層状物
質は、原子が主として一組の平行な平面に大きく集ま
り、それらの面の間の領域が比較的空である結晶質構造
である。
酸化マンガン物質は、層状物質、たとえばブセル石(bus
erite)またはバーネス石(birnessite)であることがで
き、これらは、OMS−1および/またはOMS−2の
生成における前駆体として用いることができる。層状物
質は、原子が主として一組の平行な平面に大きく集ま
り、それらの面の間の領域が比較的空である結晶質構造
である。
【0014】あるいはまた、この物質は、当該技術にお
いて一般に八面体モレキュラーシーブと呼ばれる三次元
構造であることもできる。この方法によって製造される
酸化マンガン物質は、800℃までの熱安定性を有する
ことが、見出された。このように、本発明のゾル−ゲル
法によって製造される八面体モレキュラーシーブは、水
熱法によって製造される八面体モレキュラーシーブより
も著しく高い熱安定性を有することが示された。したが
って、本発明の方法によって製造される酸化マンガン物
質は、高温、すなわち600℃を越える温度で実施され
る触媒反応に用いることができる。酸化マンガン物質の
応用性を著しく拡張することに加えて、このゾル−ゲル
法によって提供される他いくつかの利点には、得られる
相を制御し、ドープ剤および鋳型剤を容易に組み込み、
薄膜の製造を実施し、分子スケールで酸化マンガン物質
を合成し、非常に純粋な生成物を得、酸化マンガン八面
体モレキュラーシーブの粒子および孔径を制御するため
にそれが提供する能力、ならびにさらにその比較的低廉
な処理がある。
いて一般に八面体モレキュラーシーブと呼ばれる三次元
構造であることもできる。この方法によって製造される
酸化マンガン物質は、800℃までの熱安定性を有する
ことが、見出された。このように、本発明のゾル−ゲル
法によって製造される八面体モレキュラーシーブは、水
熱法によって製造される八面体モレキュラーシーブより
も著しく高い熱安定性を有することが示された。したが
って、本発明の方法によって製造される酸化マンガン物
質は、高温、すなわち600℃を越える温度で実施され
る触媒反応に用いることができる。酸化マンガン物質の
応用性を著しく拡張することに加えて、このゾル−ゲル
法によって提供される他いくつかの利点には、得られる
相を制御し、ドープ剤および鋳型剤を容易に組み込み、
薄膜の製造を実施し、分子スケールで酸化マンガン物質
を合成し、非常に純粋な生成物を得、酸化マンガン八面
体モレキュラーシーブの粒子および孔径を制御するため
にそれが提供する能力、ならびにさらにその比較的低廉
な処理がある。
【0015】本明細書に使用する「OMS」とは、置換
および非置換の合成酸化マンガン八面体モレキュラーシ
ーブをいうものと理解されたい。
および非置換の合成酸化マンガン八面体モレキュラーシ
ーブをいうものと理解されたい。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明のゾル−ゲル法を実施する
ためには、まず、過マンガン酸化物アニオンを含有する
溶液を形成する。該溶液は、過マンガン酸塩を、蒸留脱
イオン水のような水性媒体に溶解させることによって形
成させることが好ましい。過マンガン酸塩は、水性媒体
に可溶性であるかぎり、特に限定しない。一般に、過マ
ンガン酸塩は、アルカリもしくはアルカリ土類金属の過
マンガン酸塩、たとえばナトリウム、カリウム、セシウ
ム、マグネシウム、カルシウム、バリウムまたはそれら
の組み合わせの過マンガン酸塩であることができる。カ
リウム、セシウムおよびバリウムの過マンガン酸塩が特
に有用であることが見出された。溶液中の過マンガン酸
化物アニオンの濃度は、狭い範囲に限られはしないが、
1M 以下が一般に好ましく、0.35M 以下が特に好ま
しい。
ためには、まず、過マンガン酸化物アニオンを含有する
溶液を形成する。該溶液は、過マンガン酸塩を、蒸留脱
イオン水のような水性媒体に溶解させることによって形
成させることが好ましい。過マンガン酸塩は、水性媒体
に可溶性であるかぎり、特に限定しない。一般に、過マ
ンガン酸塩は、アルカリもしくはアルカリ土類金属の過
マンガン酸塩、たとえばナトリウム、カリウム、セシウ
ム、マグネシウム、カルシウム、バリウムまたはそれら
の組み合わせの過マンガン酸塩であることができる。カ
リウム、セシウムおよびバリウムの過マンガン酸塩が特
に有用であることが見出された。溶液中の過マンガン酸
化物アニオンの濃度は、狭い範囲に限られはしないが、
1M 以下が一般に好ましく、0.35M 以下が特に好ま
しい。
【0017】過マンガン酸塩を溶解したのち、撹拌しな
がら有機還元剤を溶液に加える。有機還元剤もまた、ゲ
ルの形成を妨げないかぎり、特に限定しない。好適な有
機還元剤には、たとえばマレイン酸、フマル酸、グルタ
ル酸、フタル酸、グルコース、スクロース、アルコール
類およびそれらの組み合わせがある。好適なアルコール
類には、たとえばエチレングリコール、グリセリン、ポ
リビニルアルコールおよびアリルアルコールがある。過
マンガン酸化物アニオンと有機還元剤とのモル比は、一
般には1.5:1〜4:1、好ましくは2:1〜3:1
の範囲である。有機還元剤を加えると、ほぼ即座にゾル
が形成する。比較的短時間、たとえば30分未満のうち
に、ゾルがゲル化しはじめ、同時に離液が起こる。反応
温度は、一般に0〜60℃の範囲であり、好ましくは5
〜30℃の範囲である。
がら有機還元剤を溶液に加える。有機還元剤もまた、ゲ
ルの形成を妨げないかぎり、特に限定しない。好適な有
機還元剤には、たとえばマレイン酸、フマル酸、グルタ
ル酸、フタル酸、グルコース、スクロース、アルコール
類およびそれらの組み合わせがある。好適なアルコール
類には、たとえばエチレングリコール、グリセリン、ポ
リビニルアルコールおよびアリルアルコールがある。過
マンガン酸化物アニオンと有機還元剤とのモル比は、一
般には1.5:1〜4:1、好ましくは2:1〜3:1
の範囲である。有機還元剤を加えると、ほぼ即座にゾル
が形成する。比較的短時間、たとえば30分未満のうち
に、ゾルがゲル化しはじめ、同時に離液が起こる。反応
温度は、一般に0〜60℃の範囲であり、好ましくは5
〜30℃の範囲である。
【0018】ゲルを回収する際には、未反応の還元剤を
除去することが重要である。これが、最終的な酸化マン
ガン八面体生成物の酸化状態を、同様な物質の、還元剤
が除去されていない場合の酸化状態よりも高くする。
除去することが重要である。これが、最終的な酸化マン
ガン八面体生成物の酸化状態を、同様な物質の、還元剤
が除去されていない場合の酸化状態よりも高くする。
【0019】ゲルは、適当な技術によって反応媒体から
回収することができる。一般には、ゲルを精製水で数回
洗浄し、洗浄水をデカントする。次に、ゲルを、たとえ
ばフィルタ漏斗中で、減圧下に適当な期間、室温でろ過
することができる。その後、ゲルを、好ましくはオーブ
ン中100℃で10時間乾燥させる。
回収することができる。一般には、ゲルを精製水で数回
洗浄し、洗浄水をデカントする。次に、ゲルを、たとえ
ばフィルタ漏斗中で、減圧下に適当な期間、室温でろ過
することができる。その後、ゲルを、好ましくはオーブ
ン中100℃で10時間乾燥させる。
【0020】次に、回収したゲル生成物を空気中、40
0〜900℃で加熱して、所望の酸化マンガン物質を得
る。好ましくは、450〜800℃の範囲の温度を用い
る。この加熱段階、すなわち焼成段階は、一般に0.1
〜24時間、好ましくは1〜6時間実施する。
0〜900℃で加熱して、所望の酸化マンガン物質を得
る。好ましくは、450〜800℃の範囲の温度を用い
る。この加熱段階、すなわち焼成段階は、一般に0.1
〜24時間、好ましくは1〜6時間実施する。
【0021】当業者であれば、ドープ剤および鋳型剤、
たとえば遷移金属カチオン、有機アミンカチオンおよび
無機カチオンをゾルに加えて、得られる酸化マンガン物
質の細孔構造を制御したり、その骨組みおよび/または
トンネル構造を1種以上の金属カチオン、たとえばアル
カリ金属、アルカリ土類金属および遷移金属のカチオン
によって置き換えたりしうることが理解できよう。
たとえば遷移金属カチオン、有機アミンカチオンおよび
無機カチオンをゾルに加えて、得られる酸化マンガン物
質の細孔構造を制御したり、その骨組みおよび/または
トンネル構造を1種以上の金属カチオン、たとえばアル
カリ金属、アルカリ土類金属および遷移金属のカチオン
によって置き換えたりしうることが理解できよう。
【0022】
【発明の効果】本発明の方法によって製造される八面体
モレキュラーシーブは、ルイス酸サイトおよびブレンス
テッド酸サイトを含む酸サイトを有している。用途に
は、触媒反応、たとえば異性化および重合、ならびに吸
着がある。OMSの触媒反応および吸着の用途の具体例
には、アルコールの分解、COの酸化、炭化水素類の脱
水素、NOの還元、オレフィン類の水素化、石油残油の
脱金属、有機硫黄化合物の分解、有機窒素化合物の分
解、アスファルトの分解、有害ガスの吸着および重金属
イオンの吸着がある。
モレキュラーシーブは、ルイス酸サイトおよびブレンス
テッド酸サイトを含む酸サイトを有している。用途に
は、触媒反応、たとえば異性化および重合、ならびに吸
着がある。OMSの触媒反応および吸着の用途の具体例
には、アルコールの分解、COの酸化、炭化水素類の脱
水素、NOの還元、オレフィン類の水素化、石油残油の
脱金属、有機硫黄化合物の分解、有機窒素化合物の分
解、アスファルトの分解、有害ガスの吸着および重金属
イオンの吸着がある。
【0023】
【実施例】以下の非限定的な実施例により、本発明の具
体的な実施態様を説明する。
体的な実施態様を説明する。
【0024】実施例1:ゾル−ゲル技術によるカリウム
バーネス石層状酸化マンガン物質の製造 125mlの三角フラスコ中で、グルコース5.0gを蒸
留脱イオン水20mlに溶解することにより、グルコース
の1.4M 溶液を調製した。150mlのビーカー中で、
KMnO4 3.0gを蒸留脱イオン水50mlに溶解する
ことにより、KMnO4 の0.38M 溶液を調製した。
紫色のKMnO4 溶液を無色のグルコース溶液に加え
た。その結果、発熱反応が起こり、撹拌すると、均一な
赤色のゾルが形成した。数秒後、ゾルは褐色になり、1
分以内に褐色のゲルに変わった。このゲルを、室温で1
5〜30分間冷ましたのち、110℃で乾燥させた。約
24時間後、粘着性で褐色のキセロゲルが得られた。該
キセロゲルをアルミナボートに入れて、空気中、450
℃で2時間焼成して、キセロゲルを灰黒色の灰に転換
し、これをただちに黒色の微粉末に粉砕した。この粉末
のX線回折分析は、カリウムバーネス石構造をもつ化合
物の特性ピークを表した。ピークの位置およびおよその
相対強度は次のとおりであった。7.1Å(100);
3.5Å(50);2.5Å(10);2.4Å(2
0);2.2Å(10);2.1Å(10);1.8Å
(10)
バーネス石層状酸化マンガン物質の製造 125mlの三角フラスコ中で、グルコース5.0gを蒸
留脱イオン水20mlに溶解することにより、グルコース
の1.4M 溶液を調製した。150mlのビーカー中で、
KMnO4 3.0gを蒸留脱イオン水50mlに溶解する
ことにより、KMnO4 の0.38M 溶液を調製した。
紫色のKMnO4 溶液を無色のグルコース溶液に加え
た。その結果、発熱反応が起こり、撹拌すると、均一な
赤色のゾルが形成した。数秒後、ゾルは褐色になり、1
分以内に褐色のゲルに変わった。このゲルを、室温で1
5〜30分間冷ましたのち、110℃で乾燥させた。約
24時間後、粘着性で褐色のキセロゲルが得られた。該
キセロゲルをアルミナボートに入れて、空気中、450
℃で2時間焼成して、キセロゲルを灰黒色の灰に転換
し、これをただちに黒色の微粉末に粉砕した。この粉末
のX線回折分析は、カリウムバーネス石構造をもつ化合
物の特性ピークを表した。ピークの位置およびおよその
相対強度は次のとおりであった。7.1Å(100);
3.5Å(50);2.5Å(10);2.4Å(2
0);2.2Å(10);2.1Å(10);1.8Å
(10)
【0025】グルコースに代えてスクロースを用いてこ
の手順を実施して、実質的に同一の反応が起こり、同じ
カリウムバーネス石物質が得られた。他のポリアルコー
ル類、たとえばエチレングリコール、グリセリン、ポリ
ビニルアルコール、アリルアルコールなどを用いても、
同様な反応が観察された。
の手順を実施して、実質的に同一の反応が起こり、同じ
カリウムバーネス石物質が得られた。他のポリアルコー
ル類、たとえばエチレングリコール、グリセリン、ポリ
ビニルアルコール、アリルアルコールなどを用いても、
同様な反応が観察された。
【0026】実施例2:ゾル−ゲル技術によるK−OM
S−2の製造 蒸留脱イオン水100mlにKMnO4 (J. D. Baker 社
製)1.5804gを溶解させた0.1M 溶液に、マレ
イン酸(Pfalts and Bauer社製)0.387gを加え
た。この混合物を30分間撹拌した。室温で暗褐色のゾ
ルが形成し、これは、5〜10分のうちにゲル化しはじ
め、すぐに離液が起こった。得られたH2O/ゲル生成
物は、ゲルの上側の50容量%がH2 Oであった。この
H2 Oをデカントした。得られたゲルを蒸留脱イオン水
100mlずつで4〜5回洗浄し、洗浄水をデカントし
た。次に、ゲルをフィルタ漏斗(水アスピレータ)に移
し、減圧下に室温で20分間ろ過した。ゲルをオーブン
に入れ、空気中100℃で約10時間加熱した。そし
て、乾燥したゲルを空気中、450℃で4時間加熱し
た。以下の表1および図3に、X線粉末回折データを提
示する。
S−2の製造 蒸留脱イオン水100mlにKMnO4 (J. D. Baker 社
製)1.5804gを溶解させた0.1M 溶液に、マレ
イン酸(Pfalts and Bauer社製)0.387gを加え
た。この混合物を30分間撹拌した。室温で暗褐色のゾ
ルが形成し、これは、5〜10分のうちにゲル化しはじ
め、すぐに離液が起こった。得られたH2O/ゲル生成
物は、ゲルの上側の50容量%がH2 Oであった。この
H2 Oをデカントした。得られたゲルを蒸留脱イオン水
100mlずつで4〜5回洗浄し、洗浄水をデカントし
た。次に、ゲルをフィルタ漏斗(水アスピレータ)に移
し、減圧下に室温で20分間ろ過した。ゲルをオーブン
に入れ、空気中100℃で約10時間加熱した。そし
て、乾燥したゲルを空気中、450℃で4時間加熱し
た。以下の表1および図3に、X線粉末回折データを提
示する。
【0027】
【表1】
【0028】表1および図3に示すX線粉末回折データ
は、天然に産出するクリプトメレーン、すなわちKMn
8 O16の回折データと十分に合致している。
は、天然に産出するクリプトメレーン、すなわちKMn
8 O16の回折データと十分に合致している。
【0029】図4は、実施例2で製造したOMS−2ゲ
ルの熱重量分析(TGA)を表す。室温〜200℃での
重量変化は、H2 Oの損失によるものであり、200〜
500℃でのそれは、有機酸の分解によるものであり、
500〜550℃でのそれは、OMS−2の生成による
ものであり、800〜900℃でのそれは、OMS−2
のビクスビ鉱(立方体のMn2 O3 )への酸化によるも
のである。フーリエ変換赤外分光データを使用して、H
2 Oおよびマレイン酸の損失を確認し、確証した。これ
らのデータは、本発明の方法によって製造される八面体
モレキュラーシーブが、約800℃まで熱的に安定であ
ることを実証する。
ルの熱重量分析(TGA)を表す。室温〜200℃での
重量変化は、H2 Oの損失によるものであり、200〜
500℃でのそれは、有機酸の分解によるものであり、
500〜550℃でのそれは、OMS−2の生成による
ものであり、800〜900℃でのそれは、OMS−2
のビクスビ鉱(立方体のMn2 O3 )への酸化によるも
のである。フーリエ変換赤外分光データを使用して、H
2 Oおよびマレイン酸の損失を確認し、確証した。これ
らのデータは、本発明の方法によって製造される八面体
モレキュラーシーブが、約800℃まで熱的に安定であ
ることを実証する。
【0030】OMS−2ゲルを室温から500℃に加熱
するときに発生するO2 に関する温度プログラム式脱着
データ(TPD)を、図5に示す。TPDデータの積分
は、この物質の場合、単位セル中の原子16個あたり、
酸素原子0.48個しか発生しなかったことを示してい
る。対照的に、水熱法によって製造された焼成OMS−
2は、酸素原子9.41個の損失を招いた。ゾル−ゲル
OMS−2系の熱安定性は、水熱法によって製造される
該物質のそれよりも、明らかに優れている。
するときに発生するO2 に関する温度プログラム式脱着
データ(TPD)を、図5に示す。TPDデータの積分
は、この物質の場合、単位セル中の原子16個あたり、
酸素原子0.48個しか発生しなかったことを示してい
る。対照的に、水熱法によって製造された焼成OMS−
2は、酸素原子9.41個の損失を招いた。ゾル−ゲル
OMS−2系の熱安定性は、水熱法によって製造される
該物質のそれよりも、明らかに優れている。
【図1】OMS−2のトンネル構造を表す略図である。
【図2】OMS−1のトンネル構造を表す略図である。
【図3】本発明の方法によって製造されたOMS−2の
X線粉末回折パターンを示す図である。
X線粉末回折パターンを示す図である。
【図4】本発明の方法によって製造されたOMS−2の
熱重量分析の結果を示す図である。
熱重量分析の結果を示す図である。
【図5】本発明の方法によって製造されたOMS−2の
O2 の温度プログラム式脱着を示す図である。
O2 の温度プログラム式脱着を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ナイアンガーオ・デュアン アメリカ合衆国、コネチカット 06268、 ストーズ、ノースウッド・アパートメンツ 64 (72)発明者 スティーブン・ローレンス・スイブ アメリカ合衆国、コネチカット 06258、 ストーズ、ハンクス・ヒル・ロード 88
Claims (2)
- 【請求項1】 八面体分子構造を有する酸化マンガン物
質を製造する方法において、 a)過マンガン酸化物アニオンを含有する溶液を形成さ
せ; b)該溶液に有機還元剤を加えてゲルを形成させ; c)未反応の還元剤を実質的に含まないゲルを回収し; d)該ゲルを、酸化マンガン物質を製造するのに有効な
温度で加熱することを特徴とする方法。 - 【請求項2】 酸化マンガン物質が、2×2トンネル構
造を有する酸化マンガン八面体モレキュラーシーブであ
る請求項1記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US33532394A | 1994-11-07 | 1994-11-07 | |
| US08/335323 | 1994-11-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08208232A true JPH08208232A (ja) | 1996-08-13 |
Family
ID=23311291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28837595A Pending JPH08208232A (ja) | 1994-11-07 | 1995-11-07 | 八面体構造を有する酸化マンガン物質のゾル−ゲル法合成 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0710624A1 (ja) |
| JP (1) | JPH08208232A (ja) |
| CA (1) | CA2160409A1 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0011684D0 (en) * | 2000-05-15 | 2000-07-05 | Eveready Battery Inc | Porous manganese dioxide and method of preparation thereof |
| CN100361900C (zh) * | 2003-05-01 | 2008-01-16 | 中国科学技术大学 | 多孔氧化锰纳米薄片材料及其制备方法 |
| CN102674464A (zh) * | 2012-03-30 | 2012-09-19 | 梧州三和新材料科技有限公司 | 一种超低钙镁及重金属杂质浓度的氧化亚锰的制备方法 |
| CN114452973B (zh) * | 2022-02-08 | 2024-07-02 | 中鼎新材料科技(河北)有限公司 | 一种氢能源催制工艺及其材料方法 |
| CN114452974B (zh) * | 2022-02-21 | 2023-05-23 | 中南大学 | MnO2基除醛材料及其超声-微波辅助制备方法和在甲醛催化氧化中的应用 |
| CN115920949B (zh) * | 2022-11-09 | 2024-12-27 | 中国石油大学(北京) | 一种氧化锰八面体分子筛Na-OMS-2催化剂及其制备方法和应用 |
| CN118002141A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-05-10 | 山西大学 | 一种钴修饰锰钾矿催化剂及其制备方法与应用 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2659075B1 (fr) * | 1990-03-01 | 1992-05-29 | France Etat Armement | Procede de preparation d'oxydes de manganese par voie sol-gel. |
-
1995
- 1995-10-12 CA CA 2160409 patent/CA2160409A1/en not_active Abandoned
- 1995-11-07 JP JP28837595A patent/JPH08208232A/ja active Pending
- 1995-11-07 EP EP95307949A patent/EP0710624A1/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0710624A1 (en) | 1996-05-08 |
| CA2160409A1 (en) | 1996-05-08 |
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