(57)【要約】【課題】機能低下を抑制して長寿命化を実現することができ、煩雑な交換作業を要せず、省資源化を図ることができる機能性構造体を提供すること。【解決手段】機能性構造体１は、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体と、前記骨格体に内在する少なくとも１つのヘテロポリ酸と、を備え、前記骨格体が、互いに連通する通路を有し、前記ヘテロポリ酸が、前記骨格体の少なくとも前記通路に存在している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体と、
前記骨格体に内在する少なくとも１つのヘテロポリ酸と、
を備え、
前記骨格体が、互いに連通する通路を有し、
前記ヘテロポリ酸が、前記骨格体の少なくとも前記通路に存在していることを特徴とする機能性構造体。
【請求項２】
前記通路は、拡径部を有し、かつ、
前記ヘテロポリ酸は、少なくとも前記拡径部に包接されていることを特徴とする、請求項１に記載の機能性構造体。
【請求項３】
前記ヘテロポリ酸は、触媒機能を有する微粒子であり、
前記骨格体は、前記ヘテロポリ酸を担持する担体であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の機能性構造体。
【請求項４】
前記微粒子の平均粒径が、前記通路の平均内径よりも大きく、かつ、前記拡径部の内径以下であることを特徴とする、請求項３に記載の機能性構造体。
【請求項５】
前記微粒子の平均粒径が、０．１０ｎｍ〜５０．０ｎｍであることを特徴とする、請求項３又は４に記載の機能性構造体。
【請求項６】
前記微粒子の平均粒径が、０．４５ｎｍ〜１４．０ｎｍであることを特徴とする、請求項５に記載の機能性構造体。
【請求項７】
前記通路の平均内径に対する前記微粒子の平均粒径の割合が、０．０６〜５００であることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか１項に記載の機能性構造体。
【請求項８】
前記通路の平均内径に対する前記微粒子の平均粒径の割合が、０．１０〜３６であることを特徴とする、請求項７に記載の機能性構造体。
【請求項９】
前記通路の平均内径に対する前記微粒子の平均粒径の割合が、１．７０〜４．５０であることを特徴とする、請求項８に記載の機能性構造体。
【請求項１０】
前記ヘテロポリ酸が金属元素（Ｍ）を含有し、前記金属元素（Ｍ）が、前記機能性構造体に対して０．５〜２．５質量％で含有されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の機能性構造体。
【請求項１１】
前記通路は、前記ゼオライト型化合物の骨格構造によって画定される一次元孔、二次元孔及び三次元孔のうちのいずれかと、前記一次元孔、前記二次元孔及び前記三次元孔のうちのいずれとも異なる拡径部を有し、
前記通路の平均内径は、０．１ｎｍ〜１．５ｎｍであり、
前記拡径部の内径は、０．５ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の機能性構造体。
【請求項１２】
前記拡径部は、前記一次元孔、前記二次元孔及び前記三次元孔のうちのいずれかを構成する複数の孔同士を連通している、請求項１１に記載の機能性構造体。
【請求項１３】
前記骨格体の外表面に保持された少なくとも１つの機能性物質を更に備えることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の機能性構造体。
【請求項１４】
前記ゼオライト型化合物は、ケイ酸塩化合物であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の機能性構造体。
【請求項１５】
ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体を得るための前駆体材料（Ａ）にヘテロポリ酸含有溶液が含浸された前駆体材料（Ｂ）を乾燥する乾燥工程と、
前記前駆体材料（Ｂ）を乾燥して得られた前駆体材料（Ｃ）を水熱処理する水熱処理工程と、
を有することを特徴とする機能性構造体の製造方法。
【請求項１６】
前記乾燥工程の前に、非イオン性界面活性剤を、前記前駆体材料（Ａ）に対して５０〜５００質量％添加することを特徴とする、請求項１５に記載の機能性構造体の製造方法。
【請求項１７】
前記乾燥工程の前に、前記ヘテロポリ酸含有溶液に前記前駆体材料（Ａ）を加えて撹拌することで、前記前駆体材料（Ａ）に前記ヘテロポリ酸含有溶液を含浸させることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の機能性構造体の製造方法。
【請求項１８】
前記乾燥工程において、乾燥前の前記前駆体材料（Ａ）への前記ヘテロポリ酸含有溶液の含浸は、前記前駆体材料（Ａ）に添加する前記ヘテロポリ酸含有溶液の添加量を、前記前駆体材料（Ａ）に添加する前記ヘテロポリ酸含有溶液中に含まれる金属元素（Ｍ）に対する、前記前駆体材料（Ａ）を構成するケイ素（Ｓｉ）の比（原子数比Ｓｉ／Ｍ）に換算して、１０〜１０００となるように調整して行なうことを特徴とする、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の機能性構造体の製造方法。
【請求項１９】
前記水熱処理工程において、前記前駆体材料（Ｃ）と構造規定剤とを混合することを特徴とする、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の機能性構造体の製造方法。
【請求項２０】
前記水熱処理工程が塩基性雰囲気下で行われることを特徴とする、請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の機能性構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質構造の骨格体と固体酸としてのヘテロポリ酸とを備える機能性構造体及び機能性構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸触媒反応を利用して工業的に化学物質を製造するプロセス、例えばアルキレートガソリンを製造するためのプロセスとしては、硫酸等の液体酸触媒を用いた硫酸法プロセスが挙げられる。
しかしながら、液体酸触媒を用いた硫酸法プロセスは、炭化水素と酸の分離、廃酸の処理、装置の腐食等の問題を抱えていることから、近年では、液体酸触媒を用いた硫酸法プロセスに代えて、クリーンで安価である固体酸触媒を用いたプロセスの開発が強く望まれている。
【０００３】
前述のプロセスで用いられる固体酸触媒としては、酸強度の高いヘテロポリ酸が知られており、ヘテロポリ酸の中には、固体超強酸性を示すほど酸強度が高いものがある。例えば、１２−タングストリン酸やそのセシウム酸性塩等は、ハメット指示薬法での酸度関数Ｈｏが−１３以下の超強酸性である。このようなヘテロポリ酸は、オレフィンによる芳香族のアルキル化、オレフィンによるイソパラフィンのアルキル化、ｎ−パラフィンの異性化等の酸触媒反応に高い活性を示すことが知られている（例えば特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のヘテロポリ酸担持固定触媒は、親水性のジルコニア、チタニア、アルミナを担体として用いているものの、いずれも比表面積が１１５ｍ２／ｇ以下と小さいので多孔質構造を有しておらず、ヘテロポリ酸は、担体の外面に担持されている。また、比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上である多孔質構造を有する結晶性シリケートや活性炭等を担体として用いた場合には、従来の担持方法だと、担体の細孔にヘテロポリ酸が入ることができないことから、この場合も、ヘテロポリ酸は、担体の外面に担持されている。このように担体の外面にヘテロポリ酸を担持させた従来のヘテロポリ酸担持固定触媒は、ヘテロポリ酸が担体の外面に固着しているものの、振動や流体圧力等によって、担体の外面からヘテロポリ酸が分離や移動をして凝集しやすい。そして、へテロポリ酸の凝集が起こると、触媒としての有効表面積が減少するため、触媒活性が低下する傾向がある。特に、ヘテロポリ酸の微粒子が小さく（例えばナノサイズ）なるほど、上述した傾向が顕著になる。
【０００６】
このように、従来のヘテロポリ酸担持固定触媒は、担体の外面にヘテロポリ酸を固着した担持構造を有していたため、触媒として使用し続けると、ヘテロポリ酸の微粒子同士が凝集して触媒活性が低下する傾向があり、触媒としての使用寿命が短いといった問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、ヘテロポリ酸が有する触媒活性等の機能が、使用時間の経過とともに低下するのを抑制して長寿命化を実現することができ、煩雑な交換作業を要せず、省資源化を図ることができる機能性構造体及び機能性構造体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体と、前記骨格体に内在する少なくとも１つのヘテロポリ酸とを備え、前記骨格体が、互いに連通する通路を有し、前記ヘテロポリ酸が、前記骨格体の少なくとも前記通路に存在していることによって、ヘテロポリ酸の触媒活性低下を抑制し、長寿命化を実現できる機能性構造体が得られることを見出し、かかる知見に基づき本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
［１］ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体と、前記骨格体に内在する少なくとも１つのヘテロポリ酸と、を備え、前記骨格体が、互いに連通する通路を有し、前記ヘテロポリ酸が、前記骨格体の少なくとも前記通路に存在していることを特徴とする機能性構造体。
［２］前記通路は、拡径部を有し、かつ、前記ヘテロポリ酸は、少なくとも前記拡径部に包接されていることを特徴とする、［１］に記載の機能性構造体。
［３］前記ヘテロポリ酸は、触媒機能を有する微粒子であり、前記骨格体は、前記ヘテロポリ酸を担持する担体であることを特徴とする、［１］又は［２］に記載の機能性構造体。
［４］前記微粒子の平均粒径が、前記通路の平均内径よりも大きく、かつ、前記拡径部の内径以下であることを特徴とする、［３］に記載の機能性構造体。
［５］前記微粒子の平均粒径が、０．１０ｎｍ〜５０．０ｎｍであることを特徴とする、［３］又は［４］に記載の機能性構造体。
［６］前記微粒子の平均粒径が、０．４５ｎｍ〜１４．０ｎｍであることを特徴とする、［５］に記載の機能性構造体。
［７］前記通路の平均内径に対する前記微粒子の平均粒径の割合が、０．０６〜５００であることを特徴とする、［３］〜［６］のいずれか１つに記載の機能性構造体。
［８］前記通路の平均内径に対する前記微粒子の平均粒径の割合が、０．１０〜３６であることを特徴とする、［７］に記載の機能性構造体。
［９］前記通路の平均内径に対する前記微粒子の平均粒径の割合が、１．７０〜４．５０であることを特徴とする、［８］に記載の機能性構造体。
［１０］前記ヘテロポリ酸が金属元素（Ｍ）を含有し、金属元素（Ｍ）が、前記機能性構造体に対して０．５〜２．５質量％で含有されていることを特徴とする、請求項［１］から［９］のいずれか１項に記載の機能性構造体。
［１１］前記通路は、前記ゼオライト型化合物の骨格構造によって画定される一次元孔、二次元孔及び三次元孔のうちのいずれかと、前記一次元孔、前記二次元孔及び前記三次元孔のうちのいずれとも異なる拡径部を有し、前記通路の平均内径は、０．１ｎｍ〜１．５ｎｍであり、前記拡径部の内径は、０．５ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする、［１］〜［１０］いずれか１つに記載の機能性構造体。
［１２］前記拡径部は、前記一次元孔、前記二次元孔及び前記三次元孔のうちのいずれかを構成する複数の孔同士を連通している、［１１］に記載の機能性構造体。
［１３］前記骨格体の外表面に保持された少なくとも１つの機能性物質を更に備えることを特徴とする、［１］から［１２］のいずれか１つに記載の機能性構造体。
［１４］前記ゼオライト型化合物は、ケイ酸塩化合物であることを特徴とする、［１］〜［１３］のいずれか１つに記載の機能性構造体。
［１５］ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体を得るための前駆体材料（Ａ）にヘテロポリ酸含有溶液が含浸された前駆体材料（Ｂ）を乾燥する乾燥工程と、前記前駆体材料（Ｂ）を乾燥して得られた前駆体材料（Ｃ）を水熱処理する水熱処理工程と、を有することを特徴とする機能性構造体の製造方法。
［１６］前記乾燥工程の前に、非イオン性界面活性剤を、前記前駆体材料（Ａ）に対して５０〜５００質量％添加することを特徴とする、［１５］に記載の機能性構造体の製造方法。
［１７］前記乾燥工程の前に、前記ヘテロポリ酸含有溶液に前記前駆体材料（Ａ）を加えて撹拌することで、前記前駆体材料（Ａ）に前記ヘテロポリ酸含有溶液を含浸させることを特徴とする、［１５］又は［１６］に記載の機能性構造体の製造方法。
［１８］前記乾燥工程において、乾燥前の前記前駆体材料（Ａ）への前記ヘテロポリ酸含有溶液の含浸は、前記前駆体材料（Ａ）に添加する前記ヘテロポリ酸含有溶液の添加量を、前記前駆体材料（Ａ）に添加する前記ヘテロポリ酸含有溶液中に含まれる金属元素（Ｍ）に対する、前記前駆体材料（Ａ）を構成するケイ素（Ｓｉ）の比（原子数比Ｓｉ／Ｍ）に換算して、１０〜１０００となるように調整して行なうことを特徴とする、［１５］〜［１７］のいずれか１つに記載の機能性構造体の製造方法。
［１９］前記水熱処理工程において、前記前駆体材料（Ｃ）と構造規定剤とを混合することを特徴とする、［１５］〜［１８］のいずれか１つに記載の機能性構造体の製造方法。
［２０］前記水熱処理工程が塩基性雰囲気下で行われることを特徴とする、［１５］〜［１９］のいずれか１つに記載の機能性構造体の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、固体酸であるヘテロポリ酸の機能低下を抑制して長寿命化を実現することができ、煩雑な交換作業を要せず、省資源化を図ることができる機能性構造体及び機能性構造体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る機能性構造体の内部構造が分かるように概略的に示したものであって、図１（ａ）は斜視図（一部を横断面で示す。）、図１（ｂ）は部分拡大断面図である。
【図２】図２は、図１の機能性構造体の機能の一例を説明するための部分拡大断面図であり、図２（ａ）は篩機能、図２（ｂ）は触媒機能を説明する図である。
【図３】図３は、図１の機能性構造体の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、図１の機能性構造体の変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
［機能性構造体の構成］
図１は、本発明の実施形態に係る機能性構造体の構成を概略的に示す図であり、（ａ）は斜視図（一部を横断面で示す。）、（ｂ）は部分拡大断面図である。なお、図１における機能性構造体は、その一例を示すものであり、本発明に係る各構成の形状、寸法等は、図１のものに限られないものとする。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、機能性構造体１は、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体１０と、該骨格体１０に内在する、少なくとも１つのヘテロポリ酸２０とを備える。このヘテロポリ酸２０は、固体状にて存在するものであり、固体酸の一種である。
【００１５】
ヘテロポリ酸２０は、単独で、又は骨格体１０と協働することで、一又は複数の機能を発揮する物質である。ヘテロポリ酸２０は、例えば触媒機能を有する触媒物質であり、微粒子であることが好ましい。なお、ヘテロポリ酸２０が触媒物質であるとき、骨格体１０は、触媒物質を担持する担体である。機能性構造体１において、複数のヘテロポリ酸２０，２０，・・・は、骨格体１０の多孔質構造の内部に包接されている。
【００１６】
骨格体１０は、多孔質構造であり、図１（ｂ）に示すように、好適には複数の孔１１ａ，１１ａ，・・・が形成されることにより、互いに連通する通路１１を有する。ここでヘテロポリ酸２０は、骨格体１０の少なくとも通路１１に存在しており、好ましくは骨格体１０の少なくとも通路１１に保持されている。
【００１７】
このような構成により、骨格体１０内でのヘテロポリ酸２０の移動が規制され、ヘテロポリ酸２０、２０同士の凝集が有効に防止されている。その結果、ヘテロポリ酸２０としての有効表面積の減少を効果的に抑制することができ、ヘテロポリ酸２０の機能は長期にわたって持続する。すなわち、機能性構造体１によれば、ヘテロポリ酸２０の凝集による機能の低下を抑制でき、機能性構造体１としての長寿命化を図ることができる。また、機能性構造体１の長寿命化により、機能性構造体１の交換頻度を低減でき、使用済みの機能性構造体１の廃棄量を大幅に低減することができ、省資源化を図ることができる。
【００１８】
通常、機能性構造体を、流体（例えば、重質油や、ＮＯｘ等の改質ガス等）の中で用いる場合、流体から外力を受ける可能性がある。この場合、ヘテロポリ酸が、骨格体１０の外表面に付着されているのみであると、流体からの外力の影響で骨格体１０の外表面から離脱しやすいという問題がある。これに対し、機能性構造体１では、ヘテロポリ酸２０は骨格体１０の少なくとも通路１１に存在しているため、流体から外力を受けたとしても、骨格体１０からヘテロポリ酸２０が離脱しにくい。すなわち、機能性構造体１が流体内にある場合、流体は骨格体１０の孔１１ａから、通路１１内に流入するため、通路１１内を流れる流体の速さは、流路抵抗（摩擦力）により、骨格体１０の外表面を流れる流体の速さに比べて、遅くなると考えられる。このような流路抵抗の影響により、通路１１内に存在しているヘテロポリ酸２０が流体から受ける圧力は、骨格体１０の外部においてヘテロポリ酸が流体から受ける圧力に比べて低くなる。そのため、骨格体１１に内在するヘテロポリ酸２０が離脱することを効果的に抑制でき、ヘテロポリ酸２０の機能を長期的に安定して維持することが可能となる。なお、上記のような流路抵抗は、骨格体１０の通路１１が、曲がりや分岐を複数有し、骨格体１０の内部がより複雑で三次元的な立体構造となっているほど、大きくなると考えられる。
【００１９】
また、通路１１は、ゼオライト型化合物の骨格構造によって画定される一次元孔、二次元孔及び三次元孔のうちのいずれかと、上記一次元孔、上記二次元孔及び上記三次元孔のうちのいずれとも異なる拡径部１２とを有していることが好ましく、このとき、ヘテロポリ酸２０は、少なくとも拡径部１２に存在していることが好ましく、少なくとも拡径部１２に包接されていることが好ましい。ここでいう一次元孔とは、一次元チャンネルを形成しているトンネル型またはケージ型の孔、もしくは複数の一次元チャンネルを形成しているトンネル型またはケージ型の複数の孔（複数の一次元チャンネル）を指す。また、二次元孔とは、複数の一次元チャンネルが二次元的に連結された二次元チャンネルを指し、三次元孔とは、複数の一次元チャンネルが三次元的に連結された三次元チャンネルを指す。
【００２０】
これにより、ヘテロポリ酸２０の骨格体１０内での移動がさらに規制され、ヘテロポリ酸２０の離脱や、ヘテロポリ酸２０、２０同士の凝集をさらに有効に防止することができる。包接とは、ヘテロポリ酸２０が骨格体１０に内包されている状態を指す。このとき、ヘテロポリ酸２０と骨格体１０とは、必ずしも直接的に互いが接触している必要はなく、ヘテロポリ酸２０と骨格体１０との間に他の物質（例えば、界面活性剤等）が介在した状態で、ヘテロポリ酸２０が骨格体１０に間接的に保持されていてもよい。
【００２１】
図１（ｂ）ではヘテロポリ酸２０が拡径部１２に包接されている場合を示しているが、この構成だけには限定されず、ヘテロポリ酸２０は、その一部が拡径部１２の外側にはみ出した状態で通路１１に保持されていてもよい。また、ヘテロポリ酸２０は、拡径部１２以外の通路１１の部分（例えば通路１１の内壁部分）に部分的に埋設され、又は固着等によって保持されていてもよい。
【００２２】
また、拡径部１２は、上記一次元孔、上記二次元孔及び上記三次元孔のうちのいずれかを構成する複数の孔１１ａ，１１ａ同士を連通しているのが好ましい。これにより、骨格体１０の内部に、一次元孔、二次元孔又は三次元孔とは異なる別途の通路が設けられるので、ヘテロポリ酸２０の機能をより発揮させることができる。
【００２３】
また、通路１１は、骨格体１０の内部に、分岐部又は合流部を含んで三次元的に形成されており、拡径部１２は、通路１１の上記分岐部又は合流部に設けられることが好ましい。
【００２４】
骨格体１０に形成された通路１１の平均内径ＤＦは、上記一次元孔、二次元孔及び三次元孔のうちのいずれかを構成する孔１１ａの短径及び長径の平均値から算出され、例えば０．１ｎｍ〜１.５ｎｍであり、好ましくは０．５ｎｍ〜０．８ｎｍである。また、拡径部１２の内径ＤＥは、例えば０．５ｎｍ〜５０ｎｍであり、好ましくは１．１ｎｍ〜４０ｎｍ、より好ましくは１．１ｎｍ〜３．３ｎｍである。拡径部１２の内径ＤＥは、例えば後述する前駆体材料（Ａ）の細孔径、及び包接されるヘテロポリ酸２０の平均粒径ＤＣに依存する。拡径部１２の内径ＤＥは、ヘテロポリ酸２０を包接し得る大きさである。
【００２５】
骨格体１０は、ゼオライト型化合物で構成される。ゼオライト型化合物としては、例えば、ゼオライト（アルミノケイ酸塩）、陽イオン交換ゼオライト、シリカライト等のケイ酸塩化合物、アルミノホウ酸塩、アルミノヒ酸塩、ゲルマニウム酸塩等のゼオライト類縁化合物、リン酸モリブデン等のリン酸塩系ゼオライト類似物質等が挙げられる。中でも、ゼオライト型化合物はケイ酸塩化合物であることが好ましい。
【００２６】
ゼオライト型化合物の骨格構造は、ＦＡＵ型（Ｙ型又はＸ型）、ＭＴＷ型、ＭＦＩ型（ＺＳＭ−５）、ＦＥＲ型（フェリエライト）、ＬＴＡ型（Ａ型）、ＭＷＷ型（ＭＣＭ−２２）、ＭＯＲ型（モルデナイト）、ＬＴＬ型（Ｌ型）、ＢＥＡ型（ベータ型）等の中から選択され、好ましくはＭＦＩ型であり、より好ましくはＺＳＭ−５である。ゼオライト型化合物には、各骨格構造に応じた孔径を有する孔が複数形成されており、例えばＭＦＩ型の最大孔径は０．６３６ｎｍ（６．３６Å）、平均孔径０．５６０ｎｍ（５．６０Å）である。
【００２７】
以下、ヘテロポリ酸２０について詳しく説明する。
ヘテロポリ酸２０が微粒子であるとき、微粒子は一次粒子の状態で通路１１に存在している場合と、一次粒子が凝集して形成された二次粒子の状態で通路１１に存在している場合とがある。いずれの場合においても、微粒子の平均粒径ＤＣは、好ましくは通路１１の平均内径ＤＦよりも大きく、且つ拡径部１２の内径ＤＥ以下である（ＤＦ＜ＤＣ≦ＤＥ）。このようなヘテロポリ酸２０は、通路１１内では、好適には拡径部１２に包接されており、骨格体１０内でのヘテロポリ酸２０の移動が規制される。よって、ヘテロポリ酸２０が流体から外力を受けた場合であっても、骨格体１０内でのヘテロポリ酸２０の移動が抑制され、骨格体１０の通路１１に分散配置された拡径部１２、１２、・・のそれぞれに包接されたヘテロポリ酸２０、２０、・・同士が接触するのを有効に防止することができる。
【００２８】
また、ヘテロポリ酸２０が微粒子である場合には、微粒子の平均粒径ＤＣは、一次粒子及び二次粒子のいずれの場合も、好ましくは０．１０ｎｍ〜５０．０ｎｍであり、より好ましくは０．１０ｎｍ〜３０．０ｎｍであり、さらに好ましくは０．４５ｎｍ〜１４．０ｎｍ、特に好ましくは１．０ｎｍ〜３．３ｎｍである。また、通路１１の平均内径ＤＦに対するヘテロポリ酸２０の平均粒径ＤＣの割合（ＤＣ／ＤＦ）は、好ましくは０．０６〜５００であり、より好ましくは０．１０〜３６であり、更に好ましくは１．１０〜３６であり、特に好ましくは１．７０〜４．５０である。
【００２９】
ここで「ヘテロポリ酸」とは、縮合配位元素（ポリ元素）と中心元素（ヘテロ元素）と酸素とから構成される化合物群である。ヘテロポリ酸における縮合配位元素は、Ｍｏ、Ｗ及びＶのうち少なくとも１種を含み、その他の縮合配位元素として、例えばＮｂ、Ｔａ等を含んでいてもよい。また、ヘテロポリ酸の中心元素はＰ、Ｓｉ、Ａｓ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｔｈ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｅ、Ｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｂ、Ｖ、Ｐｔ、Ｂｅ及びＺｎのうち少なくとも１種であり、縮合配位元素と中心元素の原子比（縮合配位元素）／（中心元素）は２．５〜１２である。そして、ヘテロポリアニオンの組成・構造の具体例としては、例えば以下のものが挙げられる。
・ケギン（Ｋｅｇｇｉｎ）型（Ａ型）：［ＸＭ１２Ｏ４０］ｎ−
・ケギン（Ｋｅｇｇｉｎ）型（分解）：［ＸＭ１１Ｏ３９］ｎ−
・ドーソン（Ｄａｗｓｏｎ）型：［Ｘ２Ｍ１８Ｏ６２］ｎ−
・シルバートーン（Ｓｉｌｖｅｒｔｏｎ型）（Ｂ型）：［ＸＭ１２Ｏ４２］ｎ−
・ストランドベルグ（Ｓｔｒａｎｄｂｅｒｇ）型：［Ｘ２Ｍ５Ｏ２３］ｎ−
・アンダーソン（Ａｎｄｅｒｓｏｎ）型（Ａ型）：［ＸＭ６Ｏ２４］ｎ−
・アンダーソン（Ａｎｄｅｒｓｏｎ）型（Ｂ型）：［ＸＭ６Ｏ２４Ｈ６］ｎ−
・リンドビスト（Ｌｉｎｄｑｖｉｓｔ）型：［ＸＭ６Ｏ２４］ｎ−
このようなヘテロポリ酸は、強いブレンステッド酸点を有し、熱的・化学的にも安定である。
【００３０】
ヘテロポリ酸２０としては、具体的に、リンタングステン酸（タングストリン酸）、ケイタングステン酸（タングストケイ酸）、リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、リンモリブドバナジン酸、リンモリブドタングストバナジン酸、リンタングストバナジン酸、リンタングストモリブデン酸、リンモリブドニオブ酸、ケイモリブドタングステン酸、ケイモリブドタングストバナジン酸、ホウタングステン酸、ホウモリブデン酸、ホウモリブドタングステン酸、ホウモリブドバナジン酸、ホウモリブドタングストバナジン酸、コバルトモリブデン酸、コバルトタングステン酸、砒素タングステン酸、砒素モリブデン酸、ゲルマニウムタングステン酸、ゲルマニウムモリブデン酸等が挙げられる。その中でも、入手の容易性の観点から、リンタングステン酸、ケイタングステン酸、リンモリブデン酸、リンタングストモリブデン酸が好ましい。
【００３１】
また、ヘテロポリ酸２０の金属元素（Ｍ）は、機能性構造体１に対して０．５〜２．５質量％で含有されているのが好ましく、機能性構造体１に対して０．５〜１．５質量％で含有されているのがより好ましい。例えば、金属元素（Ｍ）の含有量（質量％）は、（金属元素（Ｍ）の質量）／（機能性構造体１の全元素の質量）×１００で表される。
【００３２】
また、ヘテロポリ酸２０を構成する金属元素（Ｍ）に対する、骨格体１０を構成するケイ素（Ｓｉ）の割合（原子数比Ｓｉ／Ｍ）は、１０〜１０００であることが好ましく、５０〜２００であるのがより好ましい。上記割合が１０００より大きいと、活性が低く、固体酸としての作用が十分に得られない可能性がある。一方、上記割合が１０よりも小さいと、ヘテロポリ酸２０の割合が大きくなりすぎて、骨格体１０の強度が低下する傾向がある。なお、ここでいうヘテロポリ酸２０は、骨格体１０の内部に保持され、又は担持されたヘテロポリ酸をいい、骨格体１０の外表面に付着したヘテロポリ酸を含まない。
【００３３】
［機能性構造体の機能］
機能性構造体１は、上記のとおり、多孔質構造の骨格体１０と、骨格体に内在する少なくとも１つのヘテロポリ酸２０とを備える。機能性構造体１は、骨格体１０に内在するヘテロポリ酸２０が流体と接触することにより、ヘテロポリ酸２０の機能に応じた機能を発揮する。具体的に、機能性構造体１の外表面１０ａに接触した流体は、外表面１０ａに形成された孔１１ａから骨格体１０内部に流入して通路１１内に誘導され、通路１１内を通って移動し、他の孔１１ａを通じて機能性構造体１の外部へ出る。流体が通路１１内を通って移動する経路において、通路１１に存在しているヘテロポリ酸２０と接触することによって、ヘテロポリ酸２０の機能に応じた反応（例えば、触媒反応）が生じる。また、機能性構造体１は、骨格体が多孔質構造であることにより、分子篩能を有する。
【００３４】
まず、機能性構造体１の分子篩能について、図２（ａ）を用いて、流体がベンゼン、プロピレン及びメシチレンを含む液体である場合を例として説明する。図２（ａ）に示すように、孔１１ａの孔径以下、言い換えれば、通路１１の内径以下の大きさを有する分子で構成される化合物（例えば、ベンゼン、プロピレン）は、骨格体１０内に浸入することができる。一方、孔１１ａの孔径を超える大きさを有する分子で構成される化合物（例えば、メシチレン）は、骨格体１０内へ浸入することができない。このように、流体が複数種類の化合物を含んでいる場合に、骨格体１０内に浸入することができない化合物の反応は規制され、骨格体１０内に浸入することができる化合物を反応させることができる。
【００３５】
反応によって骨格体１０内で生成した化合物のうち、孔１１ａの孔径以下の大きさを有する分子で構成される化合物のみが孔１１ａを通じて骨格体１０の外部へ出ることができ、反応生成物として得られる。一方、孔１１ａから骨格体１０の外部へ出ることができない化合物は、骨格体１０の外部へ出ることができる大きさの分子で構成される化合物に変換させれば、骨格体１０の外部へ出すことができる。このように、機能性構造体１を用いることにより、特定の反応生成物を選択的に得ることができる。
【００３６】
機能性構造体１では、図２（ｂ）に示すように、好適には通路１１の拡径部１２にヘテロポリ酸２０が包接されている。ヘテロポリ酸２０が微粒子であるとき、ヘテロポリ酸２０の平均粒径ＤＣが、通路１１の平均内径ＤＦよりも大きく、拡径部１２の内径ＤＥよりも小さい場合には（ＤＦ＜ＤＣ＜ＤＥ）、ヘテロポリ酸２０と拡径部１２との間に小通路１３が形成される。そこで、図２（ｂ）中の矢印に示すように、小通路１３に浸入した流体がヘテロポリ酸２０と接触する。各ヘテロポリ酸２０は、拡径部１２に包接されているため、骨格体１０内での移動が制限されている。これにより、骨格体１０内におけるヘテロポリ酸２０同士の凝集が防止される。その結果、ヘテロポリ酸２０と流体との大きな接触面積を安定して維持することができる。
【００３７】
次に、ヘテロポリ酸２０が触媒機能を有する場合について説明する。具体的に、ヘテロポリ酸２０が１２−タングストリン酸（Ｈ３ＰＷ１２Ｏ４０・ｎＨ２Ｏ）微粒子であり、機能性構造体１の骨格体１０内に、イソブタン及び１−ブテンを浸入させた場合を例として説明する。骨格体１０内にイソブタン及び１−ブテンが浸入すると、イソブタンが、アルキル化される。このように、機能性構造体１を用いることにより、イソパラフィンをアルキレートガソリンに変換することができる。従来、アルキレートガソリンを製造するためには、硫酸法プロセスが行われていたが、このようなプロセスにおいては、炭素と酸の分離、廃酸の処理、装置の腐食等の問題があった。これに対して、機能性構造体１を用いれば、これらの課題が生じないクリーンなプロセスを実現することができる。また、通常の固体酸触媒と比較して触媒寿命が長く、低コスト化が期待できる。
【００３８】
［機能性構造体の製造方法］
図３は、図１の機能性構造体１の製造方法を示すフローチャートである。以下、機能性構造体の製造方法の一例を説明する。
【００３９】
（ステップＳ１：準備工程）
図３に示すように、先ず、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体を得るための前駆体材料（Ａ）を準備する。前駆体材料（Ａ）は、好ましくは規則性メソ細孔物質であり、機能性構造体の骨格体を構成するゼオライト型化合物の種類（組成）に応じて適宜選択できる。
【００４０】
ここで、機能性構造体の骨格体を構成するゼオライト型化合物がケイ酸塩化合物である場合には、規則性メソ細孔物質は、細孔径１ｎｍ〜５０ｎｍの細孔が１次元、２次元又は３次元に均一な大きさかつ規則的に発達したＳｉ−Ｏ骨格からなる化合物であることが好ましい。このような規則性メソ細孔物質は、合成条件によって様々な合成物として得られるが、合成物の具体例としては、例えばＳＢＡ−１、ＳＢＡ−１５、ＳＢＡ−１６、ＫＩＴ−６、ＦＳＭ−１６、ＭＣＭ−４１等が挙げられ、中でもＭＣＭ−４１が好ましい。なお、ＳＢＡ−１の細孔径は１０ｎｍ〜３０ｎｍ、ＳＢＡ−１５の細孔径は６ｎｍ〜１０ｎｍ、ＳＢＡ−１６の細孔径は６ｎｍ、ＫＩＴ−６の細孔径は９ｎｍ、ＦＳＭ−１６の細孔径は３ｎｍ〜５ｎｍ、ＭＣＭ−４１の細孔径は１ｎｍ〜１０ｎｍである。また、このような規則性メソ細孔物質としては、例えばメソポーラスシリカ、メソポーラスアルミノシリケート、メソポーラスメタロシリケート等が挙げられる。
【００４１】
前駆体材料（Ａ）は、市販品及び合成品のいずれであってもよい。前駆体材料（Ａ）を合成する場合には、公知の規則性メソ細孔物質の合成方法を採用することができる。例えば、前駆体材料（Ａ）の構成元素を含有する原料と、前駆体材料（Ａ）の構造を規定するための鋳型剤とを含む混合溶液を調製し、必要に応じてｐＨを調整して、水熱処理（水熱合成）を行う。その後、水熱処理により得られた沈殿物（生成物）を回収（例えば、ろ別）し、必要に応じて洗浄及び乾燥し、さらに焼成することで、粉末状の規則性メソ細孔物質である前駆体材料（Ａ）が得られる。ここで、混合溶液の溶媒としては、例えば水、又はアルコール等の有機溶媒、若しくはこれらの混合溶媒等を用いることができる。また、原料は、骨格体の種類に応じて選択されるが、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）等のシリカ剤、フュームドシリカ、石英砂等が挙げられる。また、鋳型剤としては、各種界面活性剤、ブロックコポリマー等を用いることができ、規則性メソ細孔物質の合成物の種類に応じて選択することが好ましく、例えばＭＣＭ−４１を作製する場合にはヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド等の界面活性剤が好適である。水熱処理は、例えば、密閉容器内で、８０〜８００℃、５時間〜２４０時間、０〜２０００ｋＰａの処理条件で行うことができる。焼成処理は、例えば、空気中で、３５０〜８５０℃、２〜３０時間の処理条件で行うことができる。
【００４２】
（ステップＳ２：含浸工程）
次に、準備した前駆体材料（Ａ）に、ヘテロポリ酸含有溶液を含浸させ、前駆体材料（Ｂ）を得る。
【００４３】
ヘテロポリ酸含有溶液は、目的とする機能性構造体の骨格体に内在させるヘテロポリ酸を含有する溶液であればよく、例えば、溶媒に、ヘテロポリ酸またはその前駆体を溶解させることにより調製できる。溶媒としては、例えば水、アルコール等の有機溶媒、これらの混合溶媒などを用いることができる。
【００４４】
前駆体材料（Ａ）にヘテロポリ酸含有溶液を含浸させる方法は、特に限定されないが、例えば、後述する乾燥工程の前に、ヘテロポリ酸含有溶液に前駆体材料（Ａ）を加えて撹拌することで、前駆体材料（Ａ）にヘテロポリ酸含有溶液を含浸させることが好ましい。また、前駆体材料（Ａ）の細孔内部にヘテロポリ酸含有溶液がより浸入し易くなる観点から、前駆体材料（Ａ）に、ヘテロポリ酸含有溶液を添加する前に予め、添加剤として界面活性剤を添加しておくことが好ましい。このような添加剤は、前駆体材料（Ａ）の外表面を被覆する働きがあり、その後に添加されるヘテロポリ酸含有溶液が前駆体材料（Ａ）の外表面に付着することを抑制し、ヘテロポリ酸含有溶液が前駆体材料（Ａ）の細孔内部により浸入し易くなると考えられる。
【００４５】
このような添加剤としては、例えばポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルなどの非イオン性界面活性剤が挙げられる。これらの界面活性剤は、分子サイズが大きく前駆体材料（Ａ）の細孔内部には浸入できないため、細孔の内部に付着することは無く、ヘテロポリ酸含有溶液が細孔内部に浸入することを妨げないと考えられる。非イオン性界面活性剤の添加方法としては、例えば、後述する乾燥工程の前に、非イオン性界面活性剤を、前駆体材料（Ａ）に対して５０〜５００質量％添加するのが好ましい。非イオン性界面活性剤の前駆体材料（Ａ）に対する添加量が５０質量％未満であると上記の抑制作用が発現し難く、非イオン性界面活性剤を前駆体材料（Ａ）に対して５００質量％よりも多く添加すると粘度が上がりすぎるので好ましくない。よって、非イオン性界面活性剤の前駆体材料（Ａ）に対する添加量を上記範囲内の値とする。
【００４６】
また、前駆体材料（Ａ）に添加するヘテロポリ酸含有溶液の添加量は、前駆体材料（Ａ）に含浸させるヘテロポリ酸含有溶液中に含まれる金属元素（Ｍ）の量（すなわち、前駆体材料（Ｂ）に内在させるヘテロポリ酸に含まれる金属元素（Ｍ）の量）を考慮して、適宜調整することが好ましい。例えば、後述する乾燥工程の前に、前駆体材料（Ａ）に添加するヘテロポリ酸含有溶液の添加量は、前駆体材料（Ａ）に添加するヘテロポリ酸含有溶液中に含まれる金属元素（Ｍ）に対する、前駆体材料（Ａ）を構成するケイ素（Ｓｉ）の比（原子数比Ｓｉ／Ｍ）に換算して、１０〜１０００となるように調整することが好ましく、５０〜２００となるように調整することがより好ましい。例えば、前駆体材料（Ａ）にヘテロポリ酸含有溶液を添加する前に、添加剤として界面活性剤を前駆体材料（Ａ）に添加した場合、前駆体材料（Ａ）に添加するヘテロポリ酸含有溶液の添加量を、原子数比Ｓｉ／Ｍに換算して５０〜２００とすることで、ヘテロポリ酸の金属元素（Ｍ）を、機能性構造体に対して０．５〜２．５質量％で含有させることができる。前駆体材料（Ｂ）の状態で、その細孔内部に存在する金属元素（Ｍ）の量は、ヘテロポリ酸含有溶液の金属濃度や、上記添加剤の有無、その他温度や圧力等の諸条件が同じであれば、前駆体材料（Ａ）に添加するヘテロポリ酸含有溶液の添加量に概ね比例する。また、前駆体材料（Ｂ）に内在する金属元素（Ｍ）の量は、機能性構造体の骨格体に内在するヘテロポリ酸微粒子を構成する金属元素の量と比例関係にある。したがって、前駆体材料（Ａ）に添加するヘテロポリ酸含有溶液の添加量を上記範囲に制御することにより、前駆体材料（Ａ）の細孔内部にヘテロポリ酸含有溶液を十分に含浸させることができ、ひいては、機能性構造体の骨格体に内在させるヘテロポリ酸微粒子の量を調整することができる。
【００４７】
前駆体材料（Ａ）にヘテロポリ酸含有溶液を含浸させた後は、必要に応じて、洗浄処理を行ってもよい。洗浄溶液として、水、アルコール等の有機溶媒、これらの混合溶媒などを用いることができる。
【００４８】
（ステップＳ３：乾燥工程）
次に、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体を得るための前駆体材料（Ａ）にヘテロポリ酸含有溶液が含浸された前駆体材料（Ｂ）を乾燥して、前駆体材料（Ｃ）を得る。
【００４９】
乾燥処理は、例えば、空気中で、８０〜２００℃、２〜３０時間の処理条件で行うことが好ましい。なお、前駆体材料（Ａ）に、ヘテロポリ酸含有溶液に含まれる水分や、洗浄処理を行った場合には洗浄溶液の水分が多く残った状態であると、後述の水熱処理工程の前に、前駆体材料（Ａ）の規則性メソ細孔物質としての骨格構造が壊れる恐れがあるので、十分に乾燥させることが好ましい。このような乾燥処理により、規則性メソ細孔物質の孔内に含浸されたヘテロポリ酸が、微粒子として形成される。
【００５０】
（ステップＳ４：水熱処理工程）
次いで、前駆体材料（Ｃ）と構造規定剤とを混合した混合溶液を調製し、前記前駆体材料（Ｂ）を乾燥して得られた前駆体材料（Ｃ）を水熱処理して、機能性構造体を得る。
【００５１】
構造規定剤は、機能性構造体の骨格体の骨格構造を規定するための鋳型剤であり、例えば界面活性剤を用いることができる。構造規定剤は、機能性構造体の骨格体の骨格構造に応じて選択することが好ましく、例えばテトラメチルアンモニウムブロミド（ＴＭＡＢｒ）、テトラエチルアンモニウムブロミド（ＴＥＡＢｒ）、テトラプロピルアンモニウムブロミド（ＴＰＡＢｒ）等の界面活性剤が好適である。
【００５２】
前駆体材料（Ｃ）と構造規定剤との混合は、本水熱処理工程時に行ってもよいし、水熱処理工程の前に行ってもよい。また、上記混合溶液の調製方法は、特に限定されず、前駆体材料（Ｃ）と、構造規定剤と、溶媒とを同時に混合してもよいし、溶媒に前駆体材料（Ｃ）と構造規定剤とをそれぞれ個々の溶液に分散させた状態にした後に、それぞれの分散溶液を混合してもよい。溶媒としては、例えば水、アルコール等の有機溶媒、これらの混合溶媒などを用いることができる。また、混合溶液は、水熱処理を行う前に、酸又は塩基を用いてｐＨを調整しておくことが好ましい。
【００５３】
水熱処理は、公知の方法で行うことができ、例えば、密閉容器内で、８０〜８００℃、５時間〜２４０時間、０〜２０００ｋＰａの処理条件で行うことが好ましい。また、水熱処理は、塩基性雰囲気下で行われることが好ましい。
【００５４】
ここでの反応メカニズムは必ずしも明らかではないが、前駆体材料（Ｃ）を原料として水熱処理を行うことにより、前駆体材料（Ｃ）の規則性メソ細孔物質としての骨格構造は次第に崩れるが、前駆体材料（Ｃ）の細孔内部でのヘテロポリ酸微粒子の位置は概ね維持されたまま、構造規定剤の作用により、機能性構造体の骨格体としての新たな骨格構造（多孔質構造）が形成される。このようにして得られた機能性構造体は、多孔質構造の骨格体と、骨格体に内在するヘテロポリ酸微粒子を備え、さらに骨格体はその多孔質構造により複数の孔が互いに連通した通路を有し、ヘテロポリ酸微粒子はその少なくとも一部分が骨格体の通路に保持されている。
【００５５】
また、本実施形態では、上記水熱処理工程において、前駆体材料（Ｃ）と構造規定剤とを混合した混合溶液を調製して、前駆体材料（Ｃ）を水熱処理しているが、これに限らず、前駆体材料（Ｃ）と構造規定剤とを混合すること無く、前駆体材料（Ｃ）を水熱処理してもよい。
【００５６】
水熱処理後に得られる沈殿物（機能性構造体）は、回収（例えば、ろ別）後、必要に応じて洗浄処理、乾燥処理及び焼成処理を施すことが好ましい。洗浄溶液としては、水、又はアルコール等の有機溶媒、若しくはこれらの混合溶液を用いることができる。乾燥処理としては、一晩程度の自然乾燥、１５０℃以下の高温乾燥等が挙げられる。なお、沈殿物に水分が多く残った状態で焼成処理を行うと、機能性構造体の骨格体としての骨格構造が壊れる恐れがあるので、十分に乾燥させることが好ましい。また、焼成処理は、例えば、空気中で、３５０〜８５０℃、２〜３０時間の処理条件で行うことができる。このような焼成処理により、機能性構造体に付着していた構造規定剤が焼失する。また、機能性構造体は、使用目的に応じて、回収後の沈殿物に対して焼成処理を施すことなくそのまま用いることもできる。例えば、機能性構造体の使用する環境が、酸化性雰囲気の高温環境である場合には、使用環境に一定時間晒すことで、構造規定剤は焼失する。この場合、焼成処理を施した場合と同様の機能性構造体が得られるので、焼成処理を施す必要がない。
【００５７】
［機能性構造体１の変形例］
図４は、図１の機能性構造体１の変形例を示す模式図である。
図１の機能性構造体１は、骨格体１０と、骨格体１０に内在するヘテロポリ酸２０とを備えるが、この構成だけに限定されず、例えば、図４に示すように、機能性構造体２が、骨格体１０の外表面１０ａに保持された少なくとも１つの機能性物質３０を更に備えていてもよい。
【００５８】
この機能性物質３０は、一又は複数の機能を発揮する物質である。機能性物質３０が有する機能は、ヘテロポリ酸２０が有する機能と同一であってもよいし、異なっていてもよい。機能性物質３０が有する機能の具体例は、ヘテロポリ酸２０について説明したものと同様である。機能性物質３０は触媒機能を有することが好ましく、このとき機能性物質３０は触媒物質である。機能性物質３０は、固体酸であってもよく、機能性物質３０が固体酸である場合に、機能性物質３０はヘテロポリ酸２０と同一の物質であってもよいし、異なる物質であってもよい。特に、機能性物質３０が固体酸である場合、機能性構造体１と比較して、機能性構造体２に保持された固体酸の含有量を増大させることができ、固体酸による触媒反応を更に促進させることができる。
【００５９】
この場合、骨格体１０に内在するヘテロポリ酸２０の含有量は、骨格体１０の外表面１０ａに保持された機能性物質３０の含有量よりも多いことが好ましい。これにより、骨格体１０の内部に保持されたヘテロポリ酸２０による機能が支配的となり、固体酸の機能が安定的に発揮される。
【００６０】
以上、本発明の実施形態に係る機能性構造体について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【実施例】
【００６１】
（実施例１〜９６）
［前駆体材料（Ａ）の合成］
シリカ剤（テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、和光純薬工業株式会社製）と、鋳型剤としての界面活性剤とを混合した混合水溶液を作製し、適宜ｐＨ調整を行い、密閉容器内で、８０〜３５０℃、１００時間、水熱処理を行った。その後、生成した沈殿物をろ別し、水及びエタノールで洗浄し、さらに６００℃、２４時間、空気中で焼成して、表１及び表２に示す種類及び孔径を有する粉末状の前駆体材料（Ａ）を得た。なお、界面活性剤は、前駆体材料（Ａ）の種類に応じて（「前駆体材料（Ａ）の種類：界面活性剤」）以下のものを用いた。
・ＭＣＭ−４１：ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド（ＣＴＡＢ）（和光純薬工業株式会社製）
・ＳＢＡ−１：Ｐｌｕｒｏｎｉｃ  Ｐ１２３（ＢＡＳＦ社製）
【００６２】
［前駆体材料（Ｂ）及び（Ｃ）の作製］
６．８ｇの１２−タングストリン酸（Ｈ３ＰＷ１２Ｏ４０・ｎＨ２Ｏ：含水率１２ｗｔ％）を約２０ｍｌの純水に溶解し、１２−タングストリン酸水溶液を調製した。
【００６３】
次に、この１２−タングストリン酸水溶液に、粉末状の前駆体物質（Ａ）を加え撹拌し、一昼夜放置した。その後、ロータリーエバポレータを用いて５０〜６０℃で水分を除去し、前駆体材料（Ｂ）を得た。
【００６４】
なお、表１及び表２に示す添加剤の有無の条件が「有り」の場合は、１２−タングストリン酸水溶液を添加する前の前駆体材料（Ａ）に対して、添加剤としてのポリオキシエチレン（１５）オレイルエーテル（ＮＩＫＫＯＬ  ＢＯ−１５Ｖ、日光ケミカルズ株式会社製）の水溶液を添加する前処理を行い、その後、上記のように１２−タングストリン酸水溶液を添加した。なお、添加剤の有無の条件が「無し」の場合については、上記のような添加剤による前処理は行っていない。
【００６５】
また、前駆体材料（Ａ）に添加する１２−タングストリン酸水溶液の添加量は、該１２−タングストリン酸水溶液中に含まれる金属元素（Ｍ）に対する、前駆体材料（Ａ）を構成するケイ素（Ｓｉ）の比（原子数比Ｓｉ／Ｍ）に換算したときの数値が、表１及び表２の値になるように調整した。
【００６６】
次に、上記のようにして得られた１２−タングストリン酸水溶液を含浸させた前駆体材料（Ｂ）を、１２０℃で空気雰囲気で乾燥させて、前駆体材料（Ｃ）を得た。
【００６７】
［機能性構造体の合成］
上記のようにして得られた前駆体材料（Ｃ）と、表１及び表２に示す構造規定剤とを混合して混合水溶液を作製し、密閉容器内で、８０〜３５０℃、表１及び表２に示すｐＨ及び時間の条件で、水熱処理を行った。その後、生成した沈殿物をろ別し、水洗し、１００℃で１２時間以上乾燥させ、さらに６００℃、２４時間、空気中で焼成して、表１及び表２に示す骨格体と固体酸としてのヘテロポリ酸微粒子とを有する機能性構造体を得た（実施例１〜９６）。
【００６８】
（比較例１）
比較例１では、ＭＦＩ型シリカライトに１２−タングストリン酸（Ｈ３ＰＷ１２Ｏ４０・ｎＨ２Ｏ：含水率１２ｗｔ％）を担持させ、骨格体としてのシリカライトの外表面に、機能性物質として１２−タングストリン酸を付着させた機能性構造体を得た。ＭＦＩ型シリカライトは、１２−タングストリン酸水溶液を添加する工程以外は、実施例５２〜５７と同様の方法で合成した。
【００６９】
（比較例２）
比較例２では、ヘテロポリ酸としての１２−タングストリン酸を付着させる工程を省略したこと以外は、比較例１と同様の方法にてＭＦＩ型シリカライトを合成した。
【００７０】
［評価］
実施例１〜９６及び比較例１〜２のシリカライトについて、以下に示す条件で、各種特性評価を行った。
【００７１】
［Ａ］断面観察
実施例１〜９６の機能性構造体及び比較例１〜２のシリカライトについて、粉砕法にて観察試料を作製し、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）（ＴＩＴＡＮ  Ｇ２、ＦＥＩ社製）を用いて、断面観察を行った。
【００７２】
その結果、上記実施例の機能性構造体では、シリカライトからなる骨格体の内部にヘテロポリ酸微粒子が内在し、保持されていることが確認された。一方、比較例１のシリカライトでは、ヘテロポリ酸としての１２−タングストリン酸が骨格体の外表面に付着しているのみで、骨格体の内部には存在していなかった。
【００７３】
また、ＦＩＢ（集束イオンビーム）加工により断面を切り出し、ＳＥＭ(ＳＵ８０２０、日立ハイテクノロジーズ社製)、ＥＤＸ(Ｘ−Ｍａｘ、堀場製作所製)を用いて断面元素分析を行った。その結果、上記実施例の機能性構造体では、骨格体内部からＷ及びＰ元素が検出された。
【００７４】
上記ＴＥＭとＳＥＭ／ＥＤＸによる断面観察の結果から、上記実施例の機能性構造体では、骨格体内部にＨ３ＰＷ１２Ｏ４０が存在していることが確認された。
【００７５】
［Ｂ］骨格体の通路の平均内径及びヘテロポリ酸微粒子の平均粒径
上記評価［Ａ］で行った断面観察により撮影したＴＥＭ画像にて、骨格体の通路を、任意に５００個選択し、それぞれの長径及び短径を測定し、その平均値からそれぞれの内径を算出し（Ｎ＝５００）、さらに内径の平均値を求めて、骨格体の通路の平均内径ＤＦとした。また、ヘテロポリ酸微粒子についても同様に、上記ＴＥＭ画像から、ヘテロポリ酸微粒子を、任意に５００個選択し、それぞれの粒径を測定して（Ｎ＝５００）、その平均値を求めて、ヘテロポリ酸微粒子の平均粒径ＤＣとした。結果を表１及び表２に示す。
【００７６】
また、ヘテロポリ酸微粒子の平均粒径及び分散状態を確認するため、ＳＡＸＳ（小角Ｘ線散乱）を用いて分析した。ＳＡＸＳによる測定は、Ｓｐｒｉｎｇ−８のビームラインＢＬ１９Ｂ２を用いて行った。得られたＳＡＸＳデータは、Ｇｕｉｎｉｅｒ近似法により球形モデルでフィッティングを行い、粒径を算出した。粒径は、固体酸がヘテロポリ酸微粒子である機能性構造体について測定した。また、比較対象として、市販品であるヘテロポリ酸微粒子である１２−タングストリン酸微粒子（Ｗａｋｏ製）をＳＥＭにて観察、測定した。
【００７７】
ＴＥＭ画像から求めた平均粒径が１．２ｎｍ〜２．０ｎｍの各実施例の機能性構造体では、ＳＡＸＳの測定結果においても粒径が１０ｎｍ以下の散乱ピークが検出された。ＳＡＸＳの測定結果とＳＥＭ／ＥＤＸによる断面の測定結果から、骨格体内部に、粒径１０ｎｍ以下のヘテロポリ酸微粒子が、粒径が揃いかつ非常に高い分散状態で存在していることが分かった。
【００７８】
［Ｃ］ヘテロポリ酸含有溶液の添加量と骨格体内部に包接された金属量との関係
原子数比Ｓｉ／Ｍ＝５０，１００，２００，１０００の添加量で、ヘテロポリ酸を骨格体内部に包接させた機能性構造体を作製し、その後、上記添加量で作製された機能性構造体の骨格体内部に包接された金属量（質量％）を測定した。尚、本測定において原子数比Ｓｉ／Ｍ＝１００，２００，１０００の機能性構造体は、それぞれ実施例１〜９６のうちの原子数比Ｓｉ／Ｍ＝１００，２００，１０００の機能性構造体と同様の方法でヘテロポリ酸含有溶液の添加量を調整して作製し、原子数比Ｓｉ／Ｍ＝５０の機能性構造体は、ヘテロポリ酸含有溶液の添加量を異ならせたこと以外は、原子数比Ｓｉ／Ｍ＝１００，２００，１０００の機能性構造体と同様の方法で作製した。
【００７９】
金属量の定量は、ＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）単体か、或いはＩＣＰとＸＲＦ（蛍光Ｘ線分析）を組み合わせて行った。ＸＲＦ（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置「ＳＥＡ１２００ＶＸ」、エスエスアイ・ナノテクノロジー社製）は、真空雰囲気、加速電圧１５ｋＶ（Ｃｒフィルター使用）或いは加速電圧５０ｋＶ（Ｐｂフィルター使用）の条件で行った。
【００８０】
ＸＲＦは、金属の存在量を蛍光強度で算出する方法であり、ＸＲＦ単体では定量値（質量％換算）を算出できない。そこで、Ｓｉ／Ｍ＝１００で金属を添加した機能性構造体の金属量は、ＩＣＰ分析により定量し、Ｓｉ／Ｍ＝５０および１００超で金属を添加した機能性構造体の金属量は、ＸＲＦ測定結果とＩＣＰ測定結果を基に算出した。
【００８１】
この結果、少なくとも原子数比Ｓｉ／Ｍが５０〜１０００の範囲内で、ヘテロポリ酸含有溶液の添加量の増加に伴って、機能性構造体に包接されたヘテロポリ酸微粒子中に含有する金属量が増大していることが確認された。
【００８２】
［Ｄ］性能評価
実施例及び比較例の機能性構造体について、ヘテロポリ酸微粒子（触媒物質）がもつ触媒能（性能）を評価した。結果を表１及び２に示す。
【００８３】
（１）触媒活性
触媒活性は、以下の条件で評価した。
【００８４】
本発明の触媒活性はイソパラフィンのオレフィンによるアルキル化反応により評価した。具体的には、得られた機能性構造体を反応機に設置し、Ｎ２  １００ｍＬ／ｍｉｎ流通中、１２０℃で０．５ｈ、さらに２５０℃で１ｈ前処理を行った。その後、反応温度５０℃、全圧２５ｋｇ／ｃｍ２Ｇ，イソブタン／１−ブテンのモル比が９５／１になる様にイソブタンと１−ブテンを導入し、アルキル化反応を実施した。
【００８５】
反応開始１ｈ後のＣ５〜１０のパラフィン（アルキレートガソリンの成分）の収率が
１３０ｗｔ％以上を「◎」、
８０ｗｔ％以上、１３０ｗｔ％未満を「○」、
４０ｗｔ％以上、８０ｗｔ％未満を「△」、
４０％未満を「×」とした。
【００８６】
（２）耐久性（寿命）
耐久性は、以下の条件で評価した。
まず、評価（１）で使用した機能性構造体を回収し、３００℃で、１２時間加熱して、加熱後の機能性構造体を作製した。次に、得られた加熱後の機能性構造体を用いて、評価（１）と同様の方法により評価し、生成物成分を分析した。
【００８７】
得られた分析結果に基づき、評価（１）と同様の方法で、パラフィン（アルキレートガソリンの成分）の収率を求めた。そして、加熱前の機能性構造体による上記化合物の収率（評価（１）で求めた収率）に対して、加熱後の機能性構造体による上記化合物の収率が、どの程度維持されているかを評価した。具体的には、加熱前の機能性構造体による上記化合物の収率（評価（１）で求めた収率）に対する、上記加熱後の機能性構造体による上記化合物の収率（評価（２）で求めた収率）の百分率（％）を算出した。
【００８８】
本実施例では、加熱後の機能性構造体による上記化合物の収率（評価（２）で求めた収率）が、加熱前の機能性構造体による上記化合物の収率（評価（１）で求めた収率）と比較して、８０％以上維持されている場合を耐久性（耐熱性）が優れていると判定して「◎」、６０％以上８０％未満維持されている場合を耐久性（耐熱性）が良好であると判定して「○」、４０％以上６０％未満維持されている場合を耐久性（耐熱性）が良好ではないものの合格レベル（可）でありと判定して「△」、そして４０％未満に低下している場合を耐久性（耐熱性）が劣る（不可）と判定して「×」とした。
【００８９】
なお、比較例２についても、評価（１）及び（２）の性能評価を行った。比較例２は、骨格体そのものであり、ヘテロポリ酸微粒子を有していない。そのため、上記性能評価では、機能性構造体に替えて、比較例２の骨格体のみを充填した。結果を表２に示す。
【００９０】
【表１】
2020018958.tif 000003
【００９１】
【表２】
2020018958.tif 000004
【００９２】
表１及び２から明らかなように、断面観察により骨格体の内部にヘテロポリ酸微粒子が保持されていることが確認された機能性構造体（実施例１〜９６）は、単にヘテロポリ酸微粒子が骨格体の外表面に付着しているだけの機能性構造体（比較例１）またはヘテロポリ酸微粒子を何ら有していない骨格体そのもの（比較例２）と比較して、アルキル化反応において優れた触媒活性を示し、触媒としての耐久性にも優れていることが分かった。
【００９３】
また、上記評価［Ｃ］で測定された機能性構造体の骨格体内部に包接された金属量（質量％）と、生成液中に含まれるＣ５〜１０のパラフィン（アルキレートガソリンの成分）の収率（ｍｏｌ％）との関係を評価した。評価方法は、上記[Ｄ]「性能評価」における「（１）触媒活性」で行った評価方法と同じとした。
【００９４】
その結果、各実施例において、前駆体材料（Ａ）に添加するヘテロポリ酸含有溶液の添加量が、原子数比Ｓｉ／Ｍ（Ｍ＝Ｚｒ）に換算して５０〜２００（機能性構造体に対するヘテロポリ酸の金属元素（Ｍ）の含有量が０．５〜２．５質量％）であると、生成液中に含まれるＣ５〜１０のパラフィン（アルキレートガソリンの成分）の収率が、１３０ｗｔ％以上となり、アルキル化反応における触媒活性が合格レベル以上であることが分かった。
【００９５】
一方、骨格体の外表面にのみヘテロポリ酸微粒子を付着させた比較例１の機能性構造体は、ヘテロポリ酸微粒子を何ら有していない比較例２の骨格体そのものと比較して、アルキル化反応における触媒活性は改善されるものの、実施例１〜９６の機能性構造体に比べて、触媒としての耐久性は劣っていた。
【００９６】
また、ヘテロポリ酸等の機能性物質を何ら有していない比較例２の骨格体そのものは、アルキル化反応において触媒活性は殆ど示さず、実施例１〜９６の機能性構造体と比較して、触媒活性および耐久性の双方が劣っていた。
【符号の説明】
【００９７】
１、２  機能性構造体
１０  骨格体
１０ａ  外表面
１１  通路
１１ａ  孔
１２  拡径部
２０  ヘテロポリ酸
３０  機能性物質
【図１】
2020018958.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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