JPH08268709A - 層状アルカリ金属ケイ酸塩の製造方法 - Google Patents
層状アルカリ金属ケイ酸塩の製造方法Info
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- JPH08268709A JPH08268709A JP7410295A JP7410295A JPH08268709A JP H08268709 A JPH08268709 A JP H08268709A JP 7410295 A JP7410295 A JP 7410295A JP 7410295 A JP7410295 A JP 7410295A JP H08268709 A JPH08268709 A JP H08268709A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 (A)モル比SiO2/M2O(ただし、Mは
アルカリ金属)が1〜10であるアルカリ金属ケイ酸塩
の含水無定形物又はその水溶液に、(B)有機塩及び無
機塩の中から選ばれた少なくとも1種の塩を、アルカリ
金属ケイ酸塩の固形分に対し、0.1〜300重量%の
割合で添加したのち、この反応混合物を80〜250℃
で熱処理することにより、組成式 M2SixO2x+1・yH2O (Mはアルカリ金属、xは3.0〜9.0の範囲の数、
yは1以上の数)で表わされる層状アルカリ金属ケイ酸
塩を製造する方法である。 【効果】 層状アルカリ金属ケイ酸塩を、従来法に比べ
てはるかに短時間で、工業的有利に製造することができ
る。
アルカリ金属)が1〜10であるアルカリ金属ケイ酸塩
の含水無定形物又はその水溶液に、(B)有機塩及び無
機塩の中から選ばれた少なくとも1種の塩を、アルカリ
金属ケイ酸塩の固形分に対し、0.1〜300重量%の
割合で添加したのち、この反応混合物を80〜250℃
で熱処理することにより、組成式 M2SixO2x+1・yH2O (Mはアルカリ金属、xは3.0〜9.0の範囲の数、
yは1以上の数)で表わされる層状アルカリ金属ケイ酸
塩を製造する方法である。 【効果】 層状アルカリ金属ケイ酸塩を、従来法に比べ
てはるかに短時間で、工業的有利に製造することができ
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は層状アルカリ金属ケイ酸
塩の製造方法の改良に関するものである。さらに詳しく
いえば、本発明は、層状構造を有する結晶性のアルカリ
金属ケイ酸塩を、短時間で効率よく、工業的有利に製造
する方法に関するものである。
塩の製造方法の改良に関するものである。さらに詳しく
いえば、本発明は、層状構造を有する結晶性のアルカリ
金属ケイ酸塩を、短時間で効率よく、工業的有利に製造
する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】層状構造を有する結晶性のアルカリ金属
ケイ酸塩としては、例えばジシリケート(Na2Si2O
5)、マカタイト(Na2Si4O9・5H2O)、アイラ
ーアイト(Na2Si8O17・10H2O)、マガディア
イト(Na2Si14O29・10H 2O)、ケニヤアイト
(Na2Si20O41・10H2O)などが一般に知られて
いる。これらはいずれもシリケートのみから成る層構造
とその層間にアルカリ金属イオンを含有しており、この
構造的な特徴から、イオン交換体、吸着剤、触媒などへ
の応用が期待されている。なお、上記の層状アルカリ金
属ケイ酸塩はNaの一部あるいは全部が他のアルカリ金
属に置き換わったものも一般には同じ物質名で呼ばれて
いる。
ケイ酸塩としては、例えばジシリケート(Na2Si2O
5)、マカタイト(Na2Si4O9・5H2O)、アイラ
ーアイト(Na2Si8O17・10H2O)、マガディア
イト(Na2Si14O29・10H 2O)、ケニヤアイト
(Na2Si20O41・10H2O)などが一般に知られて
いる。これらはいずれもシリケートのみから成る層構造
とその層間にアルカリ金属イオンを含有しており、この
構造的な特徴から、イオン交換体、吸着剤、触媒などへ
の応用が期待されている。なお、上記の層状アルカリ金
属ケイ酸塩はNaの一部あるいは全部が他のアルカリ金
属に置き換わったものも一般には同じ物質名で呼ばれて
いる。
【0003】このような層状アルカリ金属ケイ酸塩の応
用分野では、層間に存在する交換性のカチオン(上記の
例示物質の中ではNa+)が多いものほど(すなわちN
a2O/SiO2モル比が大きいものほど)、より高い機
能の発現を期待できるが、これらの用途では多くの場
合、水溶液中で使用されるので、ジシリケートのような
水溶性のあるものは実質的には不適当であり、したがっ
て交換性Na+を比較的多く含み、かつ、非水溶性ある
いは難溶性であるマカタイト、アイラーアイトなどの層
状アルカリ金属ケイ酸塩が有益なものと考えられる。
用分野では、層間に存在する交換性のカチオン(上記の
例示物質の中ではNa+)が多いものほど(すなわちN
a2O/SiO2モル比が大きいものほど)、より高い機
能の発現を期待できるが、これらの用途では多くの場
合、水溶液中で使用されるので、ジシリケートのような
水溶性のあるものは実質的には不適当であり、したがっ
て交換性Na+を比較的多く含み、かつ、非水溶性ある
いは難溶性であるマカタイト、アイラーアイトなどの層
状アルカリ金属ケイ酸塩が有益なものと考えられる。
【0004】マカタイトは、天然ではケニア[「Am.
Mineral.」第55巻,第358ページ(197
0年)]やロシア[「Dokl Akad Nauk
SSSR」第255巻,第971ページ(1980
年)]で産出される。しかしながら、このマカタイトを
前記用途に使用するには不純物の少ないものが望ましい
が、天然品は不純物が多くて不適当である。
Mineral.」第55巻,第358ページ(197
0年)]やロシア[「Dokl Akad Nauk
SSSR」第255巻,第971ページ(1980
年)]で産出される。しかしながら、このマカタイトを
前記用途に使用するには不純物の少ないものが望ましい
が、天然品は不純物が多くて不適当である。
【0005】純度の高いマカタイトは、合成することに
よって得ることができるが、マカタイトを実際に合成し
た例は、これまで、SiO2−Na2O−H2O系水熱反
応で合成したもの[「Z.Kristallogr.」
第197巻,第1ページ(1991年)]及びジエタノ
ールアミンを添加して合成したもの[「Z.Krist
allogr.」第159巻,第203ページ(198
2年)]のみしか報告されておらず、しかも後者の報告
では合成条件が不明瞭である。一方、アイラーアイト
は、合成によって初めて発見された物質[「J.Col
loid Sci.」第19巻,第648ページ(19
64年)]で、合成条件もこの報告に記載されており、
再現可能である。
よって得ることができるが、マカタイトを実際に合成し
た例は、これまで、SiO2−Na2O−H2O系水熱反
応で合成したもの[「Z.Kristallogr.」
第197巻,第1ページ(1991年)]及びジエタノ
ールアミンを添加して合成したもの[「Z.Krist
allogr.」第159巻,第203ページ(198
2年)]のみしか報告されておらず、しかも後者の報告
では合成条件が不明瞭である。一方、アイラーアイト
は、合成によって初めて発見された物質[「J.Col
loid Sci.」第19巻,第648ページ(19
64年)]で、合成条件もこの報告に記載されており、
再現可能である。
【0006】しかしながら、マカタイトやアイラーアイ
トを、前記の合成例に従って製造した場合、その合成に
極めて長時間を要するという問題が生じる。例えば、ア
イラーアイトは少なくとも1週間、マカタイトは約1か
月間を要する。このように、合成時間が極めて長いと、
マカタイトやアイラーアイトの製造コストの上昇をもた
らし、期待される応用分野での使用が困難となる。
トを、前記の合成例に従って製造した場合、その合成に
極めて長時間を要するという問題が生じる。例えば、ア
イラーアイトは少なくとも1週間、マカタイトは約1か
月間を要する。このように、合成時間が極めて長いと、
マカタイトやアイラーアイトの製造コストの上昇をもた
らし、期待される応用分野での使用が困難となる。
【0007】ところで、層状アルカリ金属ケイ酸塩のS
iO2−Na2O−H2O系水熱反応において、合成時間
を短縮化するためには、結晶化時の温度を高くするのが
最も容易で効果的である。しかし、それぞれの層状アル
カリ金属ケイ酸塩には合成可能な特定の「限界温度」が
あり、ケニヤアイトは240℃、マガディアイトでは2
00℃まで合成可能だが、アイラーアイトは120℃ま
でと考えられている[「Chem.Tech.」第39
巻,第459ページ(1987年)]。また、このこと
から類推すれば、マカタイトの限界温度も120℃以下
と見積もることができる。
iO2−Na2O−H2O系水熱反応において、合成時間
を短縮化するためには、結晶化時の温度を高くするのが
最も容易で効果的である。しかし、それぞれの層状アル
カリ金属ケイ酸塩には合成可能な特定の「限界温度」が
あり、ケニヤアイトは240℃、マガディアイトでは2
00℃まで合成可能だが、アイラーアイトは120℃ま
でと考えられている[「Chem.Tech.」第39
巻,第459ページ(1987年)]。また、このこと
から類推すれば、マカタイトの限界温度も120℃以下
と見積もることができる。
【0008】ケニヤアイト、マガディアイトは100℃
付近では少なくとも1か月間以上の合成時間を要する
が、170℃で合成することにより、おおよそ数十時間
以内での結晶化が可能となる[「J.Ceram.So
c.Japan」第100巻,第326ページ(198
2年)]。
付近では少なくとも1か月間以上の合成時間を要する
が、170℃で合成することにより、おおよそ数十時間
以内での結晶化が可能となる[「J.Ceram.So
c.Japan」第100巻,第326ページ(198
2年)]。
【0009】一方、アイラーアイトやマカタイトを中心
とする、組成式 M2SixO2x+1・yH2O (式中のMはアルカリ金属、xは3.0〜9.0の数、
yは1以上の数である)で表わされる層状アルカリ金属
ケイ酸塩の製造は上記の限界温度があるために、結晶化
温度の上昇による合成時間の短縮化は不可能であり、そ
のために、上記の組成式で表わされる層状アルカリ金属
ケイ酸塩を安価に製造することは、不可能であった。
とする、組成式 M2SixO2x+1・yH2O (式中のMはアルカリ金属、xは3.0〜9.0の数、
yは1以上の数である)で表わされる層状アルカリ金属
ケイ酸塩の製造は上記の限界温度があるために、結晶化
温度の上昇による合成時間の短縮化は不可能であり、そ
のために、上記の組成式で表わされる層状アルカリ金属
ケイ酸塩を安価に製造することは、不可能であった。
【0010】また、層状アルカリ金属ケイ酸塩の製造方
法については種々の方法が提案されているが(特開昭6
1−286215号公報、特公平5−53729号公
報)、実際にマカタイトやアイラーアイトといったNa
2O含量が多いものについての製造例は開示されていな
い。なお、特公平5−53729号公報や特開昭61−
286215号公報には、水に溶解された又は無定形の
アルカリ金属ケイ酸塩に酸性化合物を混合し、層状アル
カリ金属ケイ酸塩が晶出するまで70〜250℃の温度
に保つ結晶性層状アルカリ金属ケイ酸塩の製造方法が開
示されているが、実際、このような方法を用いても、マ
カタイトやアイラーアイトなどのNa+含量の多い層状
アルカリ金属ケイ酸塩を短時間に製造することは不可能
であった。
法については種々の方法が提案されているが(特開昭6
1−286215号公報、特公平5−53729号公
報)、実際にマカタイトやアイラーアイトといったNa
2O含量が多いものについての製造例は開示されていな
い。なお、特公平5−53729号公報や特開昭61−
286215号公報には、水に溶解された又は無定形の
アルカリ金属ケイ酸塩に酸性化合物を混合し、層状アル
カリ金属ケイ酸塩が晶出するまで70〜250℃の温度
に保つ結晶性層状アルカリ金属ケイ酸塩の製造方法が開
示されているが、実際、このような方法を用いても、マ
カタイトやアイラーアイトなどのNa+含量の多い層状
アルカリ金属ケイ酸塩を短時間に製造することは不可能
であった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、層状アルカリ金属ケイ酸塩を短時間で効
率よく、工業的有利に製造する方法を提供することを目
的としてなされたものである。
事情のもとで、層状アルカリ金属ケイ酸塩を短時間で効
率よく、工業的有利に製造する方法を提供することを目
的としてなされたものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、層状アル
カリ金属ケイ酸塩を短時間で製造する方法について種々
の検討を重ねた結果、アルカリ金属ケイ酸塩の含水無定
形物あるいは水溶液に塩を加え、これを所定の温度で処
理することにより、100時間以内での製造が可能で、
その目的を達成しうることを見出し、この知見に基づい
て本発明を完成するに至った。
カリ金属ケイ酸塩を短時間で製造する方法について種々
の検討を重ねた結果、アルカリ金属ケイ酸塩の含水無定
形物あるいは水溶液に塩を加え、これを所定の温度で処
理することにより、100時間以内での製造が可能で、
その目的を達成しうることを見出し、この知見に基づい
て本発明を完成するに至った。
【0013】すなわち、本発明は、(A)モル比SiO
2/M2O(ただし、Mはアルカリ金属)が1〜10であ
るアルカリ金属ケイ酸塩の含水無定形物又はその水溶液
に、(B)有機塩及び無機塩の中から選ばれた少なくと
も1種の塩を、前記アルカリ金属ケイ酸塩の固形分に対
し、0.1〜300重量%の割合で添加したのち、反応
混合物を80〜250℃の温度において熱処理すること
を特徴とする、組成式 M2SixO2x+1・yH2O (式中のMはアルカリ金属、xは3.0〜9.0の数、
yは1以上の数である)で表わされる層状アルカリ金属
ケイ酸塩の製造方法を提供するものである。
2/M2O(ただし、Mはアルカリ金属)が1〜10であ
るアルカリ金属ケイ酸塩の含水無定形物又はその水溶液
に、(B)有機塩及び無機塩の中から選ばれた少なくと
も1種の塩を、前記アルカリ金属ケイ酸塩の固形分に対
し、0.1〜300重量%の割合で添加したのち、反応
混合物を80〜250℃の温度において熱処理すること
を特徴とする、組成式 M2SixO2x+1・yH2O (式中のMはアルカリ金属、xは3.0〜9.0の数、
yは1以上の数である)で表わされる層状アルカリ金属
ケイ酸塩の製造方法を提供するものである。
【0014】本発明方法においては、原料として、
(A)アルカリ金属ケイ酸塩の含水無定形物又は水溶液
が用いられる。この原料の(A)中に含まれるSiO2
とM2O(Mはアルカリ金属)との割合は、SiO2/M
2Oモル比が1〜10の範囲にあることが必要である。
このモル比の上限は、所望の層状アルカリ金属ケイ酸塩
の種類によって設定され、例えばマカタイトを製造する
割合には6以下、好ましくは4以下であり、アイラーア
イトを製造する場合には10以下、好ましくは8以下で
ある。また、このモル比が1未満では結晶化時間が長く
なり、したがって、結晶化時間の面から、該モル比は
1.5以上が好ましい。
(A)アルカリ金属ケイ酸塩の含水無定形物又は水溶液
が用いられる。この原料の(A)中に含まれるSiO2
とM2O(Mはアルカリ金属)との割合は、SiO2/M
2Oモル比が1〜10の範囲にあることが必要である。
このモル比の上限は、所望の層状アルカリ金属ケイ酸塩
の種類によって設定され、例えばマカタイトを製造する
割合には6以下、好ましくは4以下であり、アイラーア
イトを製造する場合には10以下、好ましくは8以下で
ある。また、このモル比が1未満では結晶化時間が長く
なり、したがって、結晶化時間の面から、該モル比は
1.5以上が好ましい。
【0015】前記アルカリ金属ケイ酸塩の含水無定形物
又は水溶液におけるアルカリ金属としては、例えばリチ
ウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムな
どが挙げられるが、これらの中で、生成物の汎用性及び
価格の面から、ナトリウム及びカリウムが好適である。
また、これらのアルカリ金属は1種含まれていてもよい
し、2種以上含まれていてもよい。
又は水溶液におけるアルカリ金属としては、例えばリチ
ウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムな
どが挙げられるが、これらの中で、生成物の汎用性及び
価格の面から、ナトリウム及びカリウムが好適である。
また、これらのアルカリ金属は1種含まれていてもよい
し、2種以上含まれていてもよい。
【0016】このアルカリ金属ケイ酸塩の含水無定形物
又は水溶液は、その出発原料については、SiO2/M2
Oモル比が所望の値になるものであればよく、特に制限
はないが、一般的に入手が容易な水ガラスを、あるいは
アルカリ金属の水酸化物や炭酸塩水溶液と粉体シリカと
の組合せなどを用いて調製するのが、製造コストの点か
ら有利である。
又は水溶液は、その出発原料については、SiO2/M2
Oモル比が所望の値になるものであればよく、特に制限
はないが、一般的に入手が容易な水ガラスを、あるいは
アルカリ金属の水酸化物や炭酸塩水溶液と粉体シリカと
の組合せなどを用いて調製するのが、製造コストの点か
ら有利である。
【0017】このアルカリ金属ケイ酸塩の含水無定形物
又は水溶液の固形分(800℃の温度で1時間焼成する
ことによって求められる値)の含有量は、あまり水分が
多いと、後の水分調整で多大のエネルギーを要するの
で、20〜99.5重量%の範囲が望ましい。
又は水溶液の固形分(800℃の温度で1時間焼成する
ことによって求められる値)の含有量は、あまり水分が
多いと、後の水分調整で多大のエネルギーを要するの
で、20〜99.5重量%の範囲が望ましい。
【0018】本発明方法においては、前記アルカリ金属
ケイ酸塩の含水無定形物又は水溶液に、有機塩や無機塩
を添加する。この有機塩や無機塩としては、種々のもの
が利用可能であるが、特にクエン酸、酒石酸、酢酸、硫
酸、塩酸、臭化水素、ヨウ化水素、チオシアン酸、硝
酸、塩素酸などのアルカリ金属塩が、効果の点から好適
である。これらの有機塩や無機塩は、それぞれ単独で用
いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ケイ酸塩の含水無定形物又は水溶液に、有機塩や無機塩
を添加する。この有機塩や無機塩としては、種々のもの
が利用可能であるが、特にクエン酸、酒石酸、酢酸、硫
酸、塩酸、臭化水素、ヨウ化水素、チオシアン酸、硝
酸、塩素酸などのアルカリ金属塩が、効果の点から好適
である。これらの有機塩や無機塩は、それぞれ単独で用
いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0019】本発明においては、これらの有機塩や無機
塩は、前記アルカリ金属ケイ酸塩の含水無定形物又は水
溶液の固形分に対し、0.1〜300重量%の割合で添
加することが必要である。この添加量が0.1重量%未
満では塩を添加した効果が十分に発揮されないし、30
0重量%を超えるとその量の割には効果の向上がみられ
ず、実質的に無意味である。効果の点から、好ましい塩
の添加量は、該固形分に対して0.1〜100重量%の
範囲である。
塩は、前記アルカリ金属ケイ酸塩の含水無定形物又は水
溶液の固形分に対し、0.1〜300重量%の割合で添
加することが必要である。この添加量が0.1重量%未
満では塩を添加した効果が十分に発揮されないし、30
0重量%を超えるとその量の割には効果の向上がみられ
ず、実質的に無意味である。効果の点から、好ましい塩
の添加量は、該固形分に対して0.1〜100重量%の
範囲である。
【0020】有機塩や無機塩の添加方法については特に
制限はなく、粉体のまま添加してもよいし、反応系の均
一性を高めるために、水溶液の形で添加してもよく、ま
た、室温で添加しても、加熱下で添加してもよい。添加
時には撹拌を行うことが必要である。加熱下に塩の添加
を行う場合、必要ならば、この混合物の異常な増粘、固
化が生じないように、蒸発した水蒸気を凝縮し混合物中
に戻すのに有効な装置を付加するのが有利である。密閉
系内において塩を添加する場合には、容器内には自生圧
力が生じるので、そのような条件下でも送液可能なポン
プを用いるのが望ましい。
制限はなく、粉体のまま添加してもよいし、反応系の均
一性を高めるために、水溶液の形で添加してもよく、ま
た、室温で添加しても、加熱下で添加してもよい。添加
時には撹拌を行うことが必要である。加熱下に塩の添加
を行う場合、必要ならば、この混合物の異常な増粘、固
化が生じないように、蒸発した水蒸気を凝縮し混合物中
に戻すのに有効な装置を付加するのが有利である。密閉
系内において塩を添加する場合には、容器内には自生圧
力が生じるので、そのような条件下でも送液可能なポン
プを用いるのが望ましい。
【0021】このようにして調製されたアルカリ金属ケ
イ酸塩の含水無定形物や水溶液と有機塩や無機塩との反
応混合物は、必要に応じて水分調整される。この水分調
整は、該反応混合物におけるH2O/M2O[Mは(A)
成分に含まれているアルカリ金属]モル比が0.5〜1
00の範囲になるように行うのが望ましい。このモル比
は所望の層状アルカリ金属ケイ酸塩の種類に応じて適宜
選ばれ、例えばマカタイトを製造する場合には0.5〜
10の範囲が好ましく、一方アイラーアイトを製造する
場合には10〜40の範囲が好適である。この水分調整
は、いかなる方法や条件で行ってもよく、例えば単に加
熱するだけでもよいし、スプレー乾燥や減圧乾燥を利用
する方法を用いてもよい。また、この水分調整時に加熱
することによって、目的物質への結晶化も同時に起こり
うる。この場合、水分調整は、250℃以下の温度にお
いて行うことが必要である。250℃を超えると所望の
層状ケイ酸塩が得られにくい。
イ酸塩の含水無定形物や水溶液と有機塩や無機塩との反
応混合物は、必要に応じて水分調整される。この水分調
整は、該反応混合物におけるH2O/M2O[Mは(A)
成分に含まれているアルカリ金属]モル比が0.5〜1
00の範囲になるように行うのが望ましい。このモル比
は所望の層状アルカリ金属ケイ酸塩の種類に応じて適宜
選ばれ、例えばマカタイトを製造する場合には0.5〜
10の範囲が好ましく、一方アイラーアイトを製造する
場合には10〜40の範囲が好適である。この水分調整
は、いかなる方法や条件で行ってもよく、例えば単に加
熱するだけでもよいし、スプレー乾燥や減圧乾燥を利用
する方法を用いてもよい。また、この水分調整時に加熱
することによって、目的物質への結晶化も同時に起こり
うる。この場合、水分調整は、250℃以下の温度にお
いて行うことが必要である。250℃を超えると所望の
層状ケイ酸塩が得られにくい。
【0022】このようにして調製された反応混合物を、
熱処理することによって、層状アルカリ金属ケイ酸塩が
得られる。この熱処理は、80〜250℃の範囲の温度
において行うことが必要である。熱処理温度が80℃未
満では処理に長時間を要し、実用的でなく、また250
℃を超えると所望の層状ケイ酸塩が生成されにくい。短
い処理時間で所望の層状ケイ酸塩を効率よく得るには、
熱処理温度は90〜200℃の範囲が好ましい。この熱
処理は、ある一定の温度に保持してもよいし、場合によ
っては徐々に温度を上下させてもよい。また、前述の水
分調整時に加温したものはそのままこの熱処理に移行す
ることができる。この場合、水分調整工程と熱処理工程
は不可分なものとなるが、最終的に混合物中に残る水分
量がH2O/M2O[Mは(A)成分に含まれているも
の]モル比が0.5〜100の範囲にあることが必要で
ある。また、この熱処理は水蒸気流通下に反応混合物を
おいて行うこともできる。
熱処理することによって、層状アルカリ金属ケイ酸塩が
得られる。この熱処理は、80〜250℃の範囲の温度
において行うことが必要である。熱処理温度が80℃未
満では処理に長時間を要し、実用的でなく、また250
℃を超えると所望の層状ケイ酸塩が生成されにくい。短
い処理時間で所望の層状ケイ酸塩を効率よく得るには、
熱処理温度は90〜200℃の範囲が好ましい。この熱
処理は、ある一定の温度に保持してもよいし、場合によ
っては徐々に温度を上下させてもよい。また、前述の水
分調整時に加温したものはそのままこの熱処理に移行す
ることができる。この場合、水分調整工程と熱処理工程
は不可分なものとなるが、最終的に混合物中に残る水分
量がH2O/M2O[Mは(A)成分に含まれているも
の]モル比が0.5〜100の範囲にあることが必要で
ある。また、この熱処理は水蒸気流通下に反応混合物を
おいて行うこともできる。
【0023】この熱処理に要する時間は結晶化の進行程
度により決定するが、長くとも100時間以内、通常は
数十時間以内で完了することができる。
度により決定するが、長くとも100時間以内、通常は
数十時間以内で完了することができる。
【0024】結晶化を促進するためには、目的の層状ア
ルカリケイ酸塩の種晶を前記の反応混合物に添加するの
も有効である。この種晶はアルカリ金属ケイ酸塩中に含
まれるSiO2に対して0.1〜50重量%、好ましく
は0.5〜15重量%の割合で添加するのがよい。この
添加量が0.1重量%未満では添加効果が十分に発揮さ
れないし、50重量%を超えるとその量の割には効果の
向上がみられず、むしろ経済的に不利となる。この種晶
の添加は前記の反応混合物中に塩が加えられた後で行う
のがよい。なぜならば、それ以前に添加すると種晶の一
部が溶解してしまい、種晶としての効果を発揮しなくな
るからである。この種晶の添加により、結晶化に要する
時間は短縮される。
ルカリケイ酸塩の種晶を前記の反応混合物に添加するの
も有効である。この種晶はアルカリ金属ケイ酸塩中に含
まれるSiO2に対して0.1〜50重量%、好ましく
は0.5〜15重量%の割合で添加するのがよい。この
添加量が0.1重量%未満では添加効果が十分に発揮さ
れないし、50重量%を超えるとその量の割には効果の
向上がみられず、むしろ経済的に不利となる。この種晶
の添加は前記の反応混合物中に塩が加えられた後で行う
のがよい。なぜならば、それ以前に添加すると種晶の一
部が溶解してしまい、種晶としての効果を発揮しなくな
るからである。この種晶の添加により、結晶化に要する
時間は短縮される。
【0025】このようにして熱処理した反応混合物を水
洗したのち、固液分離して乾燥処理することにより、目
的の層状アルカリ金属ケイ酸塩を得ることができる。固
液分離の方法については特に制限はなく、いかなる方法
を用いてもよい。また、乾燥処理は、あまり高い温度で
行うと結晶構造が変化して、所望の層状アルカリ金属ケ
イ酸塩が得られにくいことから、120℃以下の温度で
行うがのがよい。
洗したのち、固液分離して乾燥処理することにより、目
的の層状アルカリ金属ケイ酸塩を得ることができる。固
液分離の方法については特に制限はなく、いかなる方法
を用いてもよい。また、乾燥処理は、あまり高い温度で
行うと結晶構造が変化して、所望の層状アルカリ金属ケ
イ酸塩が得られにくいことから、120℃以下の温度で
行うがのがよい。
【0026】このようにして製造した層状アルカリ金属
ケイ酸塩は酸処理することによって、層状ケイ酸にする
こともできる。この層状ケイ酸は、もととなる層状アル
カリ金属ケイ酸塩に対応して、例えば、以下のような組
成式(H2Oは省略)で示されるものである。 層状アルカリ金属ケイ酸塩→(酸処理)→層状ケイ酸 Na2Si4O9(マカタイト) → H2Si4O9(酸型マカタイト) Na2Si8O17(アイラーアイト) → H2Si8O17(酸型アイラーアイト)
ケイ酸塩は酸処理することによって、層状ケイ酸にする
こともできる。この層状ケイ酸は、もととなる層状アル
カリ金属ケイ酸塩に対応して、例えば、以下のような組
成式(H2Oは省略)で示されるものである。 層状アルカリ金属ケイ酸塩→(酸処理)→層状ケイ酸 Na2Si4O9(マカタイト) → H2Si4O9(酸型マカタイト) Na2Si8O17(アイラーアイト) → H2Si8O17(酸型アイラーアイト)
【0027】
【発明の効果】本発明によると、従来の方法に比べては
るかに短時間で、工業的有利に層状アルカリ金属ケイ酸
塩を製造することができる。本発明方法で得られた層状
アルカリ金属ケイ塩は、例えばイオン交換体、吸着剤、
触媒などに利用することができる。また、この層状アル
カリ金属ケイ素塩を酸処理することにより、対応する層
状ケイ酸に導くことができ、このものも各種用途に好適
に用いることができる。
るかに短時間で、工業的有利に層状アルカリ金属ケイ酸
塩を製造することができる。本発明方法で得られた層状
アルカリ金属ケイ塩は、例えばイオン交換体、吸着剤、
触媒などに利用することができる。また、この層状アル
カリ金属ケイ素塩を酸処理することにより、対応する層
状ケイ酸に導くことができ、このものも各種用途に好適
に用いることができる。
【0028】
【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定され
るものではない。なお、結晶構造の同定は、粉末X線回
折を用い、マカタイトについては、「Z.Krista
llogr.」第197巻,第1ページ(1991年)
に記載の測定結果と比較して行い、アイラーアイトにつ
いては、「J.ColloidSci.」第19巻,第
648ページ(1964年)に記載の測定結果と比較し
て行った。また、組成分析は、水分量については、80
0℃、1時間での強熱減量により求め、SiO2/M2O
モル比は、蛍光X線法により求めた。
明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定され
るものではない。なお、結晶構造の同定は、粉末X線回
折を用い、マカタイトについては、「Z.Krista
llogr.」第197巻,第1ページ(1991年)
に記載の測定結果と比較して行い、アイラーアイトにつ
いては、「J.ColloidSci.」第19巻,第
648ページ(1964年)に記載の測定結果と比較し
て行った。また、組成分析は、水分量については、80
0℃、1時間での強熱減量により求め、SiO2/M2O
モル比は、蛍光X線法により求めた。
【0029】実施例1 SiO2/Na2Oのモル比が3.07、固形分37.6
重量%のケイ酸ナトリウム水溶液(3号水ガラス)10
0重量部を撹拌しながら、これに、塩化ナトリウム1
7.5重量部(ケイ酸ナトリウム水溶液の固形分に対し
て47重量%)を溶かした水溶液77.5重量部を添加
した。次いでこの混合物を120℃で水分調整し、全体
量が77.5重量部となるようにした。このときH2O
/Na2Oのモル比(Naはケイ酸ナトリウム水溶液由
来)は7であった。この混合物をステンレス鋼製密閉容
器に入れ120℃の温度で48時間結晶化させ、その
後、容器より排出し、水洗して固液分離し、50℃で乾
燥した。得られた粉末は、組成がNa2Si3.9O8.8・
4.7H2Oであり、粉末X線回折の結果と併せてマカ
タイトであることが認められた。
重量%のケイ酸ナトリウム水溶液(3号水ガラス)10
0重量部を撹拌しながら、これに、塩化ナトリウム1
7.5重量部(ケイ酸ナトリウム水溶液の固形分に対し
て47重量%)を溶かした水溶液77.5重量部を添加
した。次いでこの混合物を120℃で水分調整し、全体
量が77.5重量部となるようにした。このときH2O
/Na2Oのモル比(Naはケイ酸ナトリウム水溶液由
来)は7であった。この混合物をステンレス鋼製密閉容
器に入れ120℃の温度で48時間結晶化させ、その
後、容器より排出し、水洗して固液分離し、50℃で乾
燥した。得られた粉末は、組成がNa2Si3.9O8.8・
4.7H2Oであり、粉末X線回折の結果と併せてマカ
タイトであることが認められた。
【0030】実施例2 沈降性ケイ酸とKOHとNaOHとから調製したSiO
2/M2Oのモル比が2.5、MはKとNaの混合物で、
K2O/Na2Oのモル比が0.15、固形分41重量%
のアルカリ金属ケイ酸塩水溶液100重量部を撹拌しな
がら、これに、硫酸ナトリウム15重量部(アルカリ金
属ケイ酸塩水溶液の固形分に対して47重量%)を溶か
した水溶液100重量部を添加した。次いでこの混合物
を120℃で水分調整し、H2O/M2Oのモル比が7.
5となるようにした。この混合物をステンレス鋼製密閉
容器に入れ120℃の温度で48時間結晶化させ、その
後、容器より排出し、水洗して50℃で乾燥した。得ら
れた粉末は、組成がNa1.95K0.05Si4.0O9.0・5.
0H2Oであり、粉末X線回折の結果と併せてマカタイ
トであることが認められた。
2/M2Oのモル比が2.5、MはKとNaの混合物で、
K2O/Na2Oのモル比が0.15、固形分41重量%
のアルカリ金属ケイ酸塩水溶液100重量部を撹拌しな
がら、これに、硫酸ナトリウム15重量部(アルカリ金
属ケイ酸塩水溶液の固形分に対して47重量%)を溶か
した水溶液100重量部を添加した。次いでこの混合物
を120℃で水分調整し、H2O/M2Oのモル比が7.
5となるようにした。この混合物をステンレス鋼製密閉
容器に入れ120℃の温度で48時間結晶化させ、その
後、容器より排出し、水洗して50℃で乾燥した。得ら
れた粉末は、組成がNa1.95K0.05Si4.0O9.0・5.
0H2Oであり、粉末X線回折の結果と併せてマカタイ
トであることが認められた。
【0031】実施例3 実施例1の塩化ナトリウム水溶液を添加するところまで
は同じとし、水分調整は行わず、温度調節可能なテフロ
ンコーティングプレート上に広げた。このプレートの温
度を室温から200℃まで40分間で上げた。次いで放
冷し、室温まで下げ、プレート上の固化物を回収した。
この固化物中の水分量はアルカリ金属ケイ酸塩由来のN
a2Oに基づき、H2O/Na2Oのモル比は6.5であ
った。次いで、この固化物を一旦、水中に分散して洗浄
し、ろ過したのち、80℃で乾燥した。得られた粉末
は、組成がNa2Si4.1O9.2・4.9H2Oであり、粉
末X線回折の結果と併せてマカタイトであることが認め
られた。
は同じとし、水分調整は行わず、温度調節可能なテフロ
ンコーティングプレート上に広げた。このプレートの温
度を室温から200℃まで40分間で上げた。次いで放
冷し、室温まで下げ、プレート上の固化物を回収した。
この固化物中の水分量はアルカリ金属ケイ酸塩由来のN
a2Oに基づき、H2O/Na2Oのモル比は6.5であ
った。次いで、この固化物を一旦、水中に分散して洗浄
し、ろ過したのち、80℃で乾燥した。得られた粉末
は、組成がNa2Si4.1O9.2・4.9H2Oであり、粉
末X線回折の結果と併せてマカタイトであることが認め
られた。
【0032】実施例4 実施例1において、水分調整をH2O/Na2O(Naは
ケイ酸ナトリウム水溶液由来)のモル比が6になるまで
行った。得られた混合物を水蒸気流通可能なステンレス
鋼製容器に入れ、水蒸気温度と容器温度を120℃に
し、水蒸気を流通させながら、24時間結晶化させた。
以下、実施例1と同様に、水洗、固液分離、次いで、乾
燥した。得られた粉末は、組成がNa2Si3.9O8.8・
4.9H2Oであり、粉末X線回折の結果と併せてマカ
タイトであることが認められた。
ケイ酸ナトリウム水溶液由来)のモル比が6になるまで
行った。得られた混合物を水蒸気流通可能なステンレス
鋼製容器に入れ、水蒸気温度と容器温度を120℃に
し、水蒸気を流通させながら、24時間結晶化させた。
以下、実施例1と同様に、水洗、固液分離、次いで、乾
燥した。得られた粉末は、組成がNa2Si3.9O8.8・
4.9H2Oであり、粉末X線回折の結果と併せてマカ
タイトであることが認められた。
【0033】実施例5 実施例2において、水分調整後に得られた混合物に、混
合物中に含まれるSiO2に対して5重量%の実施例1
の製造方法で得られたマカタイトを添加した。以下、結
晶化に要する時間が10時間である以外は、実施例2と
同様に処理した。得られた粉末は、組成がNa1.94K
0.06Si4.1O9.2・5.0H2Oであり、粉末X線回折
の結果と併せてマカタイトであることが認められた。
合物中に含まれるSiO2に対して5重量%の実施例1
の製造方法で得られたマカタイトを添加した。以下、結
晶化に要する時間が10時間である以外は、実施例2と
同様に処理した。得られた粉末は、組成がNa1.94K
0.06Si4.1O9.2・5.0H2Oであり、粉末X線回折
の結果と併せてマカタイトであることが認められた。
【0034】実施例6 シリカゲル、NaOHと水を用いてSiO2/Na2Oの
モル比4.6、固形分58.5重量%のケイ酸ナトリウ
ム含水無定形物100重量部を調製した。これに硫酸ナ
トリウム5.9重量部(ケイ酸ナトリウム含水無定形物
の固形分に対して10重量%)を2軸ニーダーを用いて
混合した。このときH2O/Na2O(Naはケイ酸ナト
リウム含水無定形物由来)のモル比は13.3であっ
た。この混合物をステンレス鋼製密閉容器に入れ120
℃の温度で10時間結晶化させ、その後、容器より排出
し、水洗して50℃で乾燥した。得られた粉末は、組成
がNa2Si8.2O17.4・10.2H2Oであり、粉末X
線回折の結果と併せてアイラーアイトであることが認め
られた。
モル比4.6、固形分58.5重量%のケイ酸ナトリウ
ム含水無定形物100重量部を調製した。これに硫酸ナ
トリウム5.9重量部(ケイ酸ナトリウム含水無定形物
の固形分に対して10重量%)を2軸ニーダーを用いて
混合した。このときH2O/Na2O(Naはケイ酸ナト
リウム含水無定形物由来)のモル比は13.3であっ
た。この混合物をステンレス鋼製密閉容器に入れ120
℃の温度で10時間結晶化させ、その後、容器より排出
し、水洗して50℃で乾燥した。得られた粉末は、組成
がNa2Si8.2O17.4・10.2H2Oであり、粉末X
線回折の結果と併せてアイラーアイトであることが認め
られた。
【0035】比較例1 実施例1において塩化ナトリウム水溶液を加えず、水分
調整は実施例1と同様にH2O/Na2Oのモル比が7に
なるまで行った。これをステンレス鋼製密閉容器に入
れ、120℃で結晶化を試みた。実施例1と同じ48時
間で一部を取り出し、水洗、固液分離し、50℃で乾燥
したのち、X線回折を用いて結晶構造を調べたが、非晶
質であった。残りをそのまま120℃で結晶化を続行
し、経時的に同様にして結晶化の進行を調べたところ、
20日でややマカタイトの結晶化が見られたものの、実
施例1と同様な結晶性(X線回折の強度で判断)をもつ
には30日が必要であった。
調整は実施例1と同様にH2O/Na2Oのモル比が7に
なるまで行った。これをステンレス鋼製密閉容器に入
れ、120℃で結晶化を試みた。実施例1と同じ48時
間で一部を取り出し、水洗、固液分離し、50℃で乾燥
したのち、X線回折を用いて結晶構造を調べたが、非晶
質であった。残りをそのまま120℃で結晶化を続行
し、経時的に同様にして結晶化の進行を調べたところ、
20日でややマカタイトの結晶化が見られたものの、実
施例1と同様な結晶性(X線回折の強度で判断)をもつ
には30日が必要であった。
【0036】比較例2 実施例1のケイ酸ナトリウム水溶液100重量部にシリ
カゲルを乾燥重量換算で109重量部加え、SiO2/
Na2Oのモル比15としたケイ酸ナトリウム含水無定
形物(固形分70重量%)に、塩化ナトリウム73重量
部(ケイ酸ナトリウム含水無定形物の固形分に対して5
0重量%)を溶解した水溶液250重量部を加えた。以
後、実施例1と同様に処理した。得られたものは、X線
回折上マガディアイトであった。
カゲルを乾燥重量換算で109重量部加え、SiO2/
Na2Oのモル比15としたケイ酸ナトリウム含水無定
形物(固形分70重量%)に、塩化ナトリウム73重量
部(ケイ酸ナトリウム含水無定形物の固形分に対して5
0重量%)を溶解した水溶液250重量部を加えた。以
後、実施例1と同様に処理した。得られたものは、X線
回折上マガディアイトであった。
【0037】比較例3 沈降性シリカとNaOHと精製水を用いてSiO2/N
a2Oのモル比4、固形分29重量%のケイ酸ナトリウ
ム水溶液300重量部を調製した。これとは別に0.1
Nの硫酸434重量部を調製し、上記ケイ酸ナトリウム
水溶液に撹拌しながら添加した。次いで、ステンレス鋼
製密閉容器に移し、120℃で結晶化を行った。1週間
後に観察したところ、粒子の生成は認められなかった。
a2Oのモル比4、固形分29重量%のケイ酸ナトリウ
ム水溶液300重量部を調製した。これとは別に0.1
Nの硫酸434重量部を調製し、上記ケイ酸ナトリウム
水溶液に撹拌しながら添加した。次いで、ステンレス鋼
製密閉容器に移し、120℃で結晶化を行った。1週間
後に観察したところ、粒子の生成は認められなかった。
【0038】比較例4 比較例3と同じケイ酸ナトリウム水溶液300重量部
に、1Nの硫酸140重量部を、蒸発水蒸気を凝縮して
反応系に戻す装置を取り付けた容器中で、100℃で撹
拌しながら加えたところ、白濁してゲル化した。このゲ
ルを洗浄、固液分離したのち、50℃で乾燥したものは
非晶質シリカであった。
に、1Nの硫酸140重量部を、蒸発水蒸気を凝縮して
反応系に戻す装置を取り付けた容器中で、100℃で撹
拌しながら加えたところ、白濁してゲル化した。このゲ
ルを洗浄、固液分離したのち、50℃で乾燥したものは
非晶質シリカであった。
Claims (5)
- 【請求項1】 (A)モル比SiO2/M2O(ただし、
Mはアルカリ金属)が1〜10であるアルカリ金属ケイ
酸塩の含水無定形物又はその水溶液に、(B)有機塩及
び無機塩の中から選ばれた少なくとも1種の塩を、アル
カリ金属ケイ酸塩の固形分に対し、0.1〜300重量
%の割合で添加したのち、この反応混合物を80〜25
0℃の温度において熱処理することを特徴とする、組成
式 M2SixO2x+1・yH2O (式中のMはアルカリ金属、xは3.0〜9.0の範囲
の数、yは1以上の数である)で表わされる層状アルカ
リ金属ケイ酸塩の製造方法。 - 【請求項2】 アルカリ金属Mがナトリウム又はカリウ
ムあるいはその両方である請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 反応混合物中のH2O/M2O[Mは
(A)成分に含まれているアルカリ金属]モル比が0.
5〜100である請求項1又は2記載の方法。 - 【請求項4】 種晶を反応混合物に、アルカリ金属ケイ
酸塩に含まれるSiO2に対して、0.1〜50重量%
の割合で添加し、熱処理する請求項1、2又は3記載の
方法。 - 【請求項5】 有機塩及び無機塩がアルカリ金属塩であ
る請求項1ないし4のいずれかに記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7410295A JPH08268709A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 層状アルカリ金属ケイ酸塩の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7410295A JPH08268709A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 層状アルカリ金属ケイ酸塩の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08268709A true JPH08268709A (ja) | 1996-10-15 |
Family
ID=13537496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7410295A Pending JPH08268709A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 層状アルカリ金属ケイ酸塩の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08268709A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008150282A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Ifp | 2つの末端アルコール官能基を含む有機構造化剤からのマガディアイトまたはケニヤアイトの調製方法 |
| JP2008150281A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Ifp | 第4級ジアンモニウムタイプの有機構造化剤からのマガディアイトの調製方法 |
-
1995
- 1995-03-30 JP JP7410295A patent/JPH08268709A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008150282A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Ifp | 2つの末端アルコール官能基を含む有機構造化剤からのマガディアイトまたはケニヤアイトの調製方法 |
| JP2008150281A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Ifp | 第4級ジアンモニウムタイプの有機構造化剤からのマガディアイトの調製方法 |
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