(57)【要約】【課題】  広範な湿度領域において多様な物質を迅速に吸着及び脱着できる優れた新規なアルミニウムケイ酸塩を安価に提供する。【解決手段】  酸化物のモル比で次の組成：ＳｉＯ２・ｘＡｌ２Ｏ３・ｙＨ２Ｏ（式中、ｘ＝０．５〜２．０、ｙ＝０〜１５）からなり、かつ粉末Ｘ線回折スペクトルにおいて、ブラッグ角（２θ±０．５°）３．５°、８．５°、２６°及び４０°に比較的大きいブロードなピークを有するアルミニウムケイ酸塩である。  この塩は、多量の微細孔を持つ新規な多孔体であって、その優れた吸着性などの特性を活用することにより、物質の回収や貯蔵、除湿、水分の乾燥、有害物質の除去、可燃性物質の貯蔵及び脱臭などに利用でき、特に生活環境において最適な湿度に調整する自律的調湿材料として有効である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物のモル比で次の組成：ＳｉＯ２・ｘＡｌ２Ｏ３・ｙＨ２Ｏ（式中、ｘ＝０．５〜２．０、ｙ＝０〜１５）からなり、かつ粉末Ｘ線回折スペクトルにおいて、ブラッグ角（２θ±０．５°）３．５°、８．５°、２６°及び４０°に大きいブロードなピークを有することを特徴とするアルミニウムケイ酸塩。
【請求項２】
さらにブラッグ角（２θ±０．５°）１６．５°、３３．５°、４４．５°、５４°及び６６°に小さいブロードなピークを有することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウムケイ酸塩。
【請求項３】
無機ケイ素化合物溶液と無機アルミニウム化合物溶液を混合してアルミニウムケイ酸塩を形成させ、これを脱塩処理して得られるアルミニウムケイ酸塩の分散溶液をエージングさせた後、１００℃以下の温度で乾燥させることを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウムケイ酸塩の合成方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載のアルミニウムケイ酸塩からなることを特徴とする吸着剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着能に優れたアルミニウムケイ酸塩及びその合成法に関するものである。より詳しくは、本発明は、高い表面活性による吸着能、水との親和性、イオン交換能に優れ、高比表面積と多量の微細孔及びその形態を利用して、熱交換材、天然ガス等の貯蔵、湿度を自律的に制御する湿度調節剤、デシカント剤、香料等の吸着媒体や化粧品、有害汚染物質の吸・脱臭剤または速乾性乾燥剤等に応用可能なチューブ状アルミニウムケイ酸塩、その合成法及びその塩を用いる吸着剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非晶質あるいは低結晶性のアルミニウムケイ酸塩は、天然においてアロフェンまたはイモゴライトとして産出するものである。天然のアロフェンは火山灰土壌からなる多くの地域において産出されるが、天然のイモゴライトを産出する土壌の地域は限られているばかりでなく、産出量も極めて少ない。そのうえ、天然アロフェンや天然イモゴライトは、表面に酸化鉄の皮膜が形成されているため、脱鉄処理を施しても鉄を含まない純物質を得ることが難しい。このような背景から、特定の無機物質溶液を用いて高純度のアロフェンやイモゴライトを合成する方法が検討され、すでに提案されている（例えば、参考文献１〜３参照）。
【０００３】
現在、上記の合成法は確立されているものの、高比表面積を有するアロフェンやイモゴライトを得るには、無機ケイ素化合物溶液と無機アルミニウム化合物溶液を混合して調整した溶液中から、それらの生成阻害要因となる共存イオンを取り除いた後、１００℃前後で加熱処理を行う必要があるという問題があった。
【０００４】
また従来の加熱合成により得られたアロフェンやイモゴライトは、その水蒸気吸着特性において、相対湿度が３０％から８０％の中湿度領域において吸着量の差異が約１０％程度に過ぎず吸着量が非常に小さいという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２３６８１８号公報
【特許文献２】特開２００１−６４０１０号公報
【特許文献３】特開２００１−２２０１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来の技術における上記した課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、広範な湿度領域において多様な物質を迅速に吸着及び脱着できる優れたアルミニウムケイ酸塩を提供すること、及びその塩をテンプレート剤を使用することなく、低温で、かつ低コストで合成する方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、高い表面活性により吸着能や水との親和性あるいはイオン交換能に優れており、かつ高比表面積と多量の微細孔を有するアルミニウムケイ酸塩からなる吸着剤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、良好な吸着能を有するアルミニウムケイ酸塩を低コストで合成する方法の開発に向けて鋭意研究を重ねた結果、合成により得られたアルミニウムケイ酸塩の前駆体溶液を特定の条件下で処理することにより、微細孔を有する良好な吸着能を持つアルミニウムケイ酸塩が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明のアルミニウムケイ酸塩は、酸化物のモル比で次の組成：ＳｉＯ２・ｘＡｌ２Ｏ３・ｙＨ２Ｏ（式中、ｘ＝０．５〜２．０、ｙ＝０〜１５）からなり、かつ粉末Ｘ線回折スペクトルにおいて、ブラッグ角（２θ±０．５°）３．５°、８．５°、２６°及び４０°に比較的大きいブロードなピークを有することを特徴とするものである。
また、上記したアルミニウムケイ酸塩は、粉末Ｘ線回折スペクトルにおいて、さらにブラッグ角（２θ±０．５°）１６．５°、３３．５°、４４．５°、５４°及び６６°に小さいブロードなピークを有するものであることが好ましい。
【０００９】
また、本発明のアルミニウムケイ酸塩の合成法は、無機ケイ素化合物溶液と無機アルミニウム化合物溶液を混合してアルミニウムケイ酸塩を形成させ、これを脱塩処理して得られるアルミニウムケイ酸塩の分散溶液をエージングさせた後、１００℃以下の温度で乾燥させることを特徴とするものである。
さらに、本発明の吸着剤は、酸化物のモル比で次の組成：ＳｉＯ２・ｘＡｌ２Ｏ３・ｙＨ２Ｏ（式中、ｘ＝０．５〜２．０、ｙ＝０〜１５）からなり、かつ粉末Ｘ線回折スペクトルにおいて、ブラッグ角（２θ±０．５°）３．５°、８．５°、２６°及び４０°に比較的大きいブロードなピークを有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のアルミニウムケイ酸塩は、ナノメーター径の多量の微細孔を有する多孔質無機物質からなるものであって、水分子、低分子量の無機物質及び有機物質などを、多量に素早く吸着及び脱着する吸着剤として使用できることから、湿度調節などの水分の調整、有害物質の除去、吸着される物質の貯蔵および乾燥剤などとして有用であり、特に相対湿度３０〜８０％の中湿度領域における吸着剤として有益なものである。
また、本発明の製法によれば、上記した優れた吸着特性等を有するアルミニウムケイ酸塩を安価に合成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のアルミニウムケイ酸塩は、新たな合成法により得られ、水分子などの出入りできる多量の微細孔を有するチューブ状多孔体であるうえに、表面活性が高く、表面積が大きいことなどから良好な吸着能及び脱着能を有し、また水との親和性及びイオン交換能に優れていることから、生活環境の湿度を自律的に制御する湿度調節材、天然ガスの貯蔵、有害汚染物質の吸着材、脱臭材及び速乾性乾燥剤等などの多様な分野に応用可能なものである。
【００１２】
本発明のアルミニウムケイ酸塩の合成原料としては、無機ケイ素化合物と無機アルミニウム化合物が用いられる。ケイ素源として使用される試剤は、モノケイ酸化合物であればよく、具体的にはオルトケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、無定形コロイド状二酸化ケイ素（エアロジルなど）などが好適なものとして挙げられる。一方、上記ケイ酸塩分子と結合させるアルミニウム源としては、アルミニウムイオンであればよく、具体的には、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウムなどのアルミニウム化合物が挙げられる。これらのケイ素源及びアルミニウム源は、上記の化合物に限定されるものではなく、それらと同効のものであれば同様に使用可能である。
【００１３】
本発明においては、これらの原料をそれぞれ適切な水溶液に溶解させ、所定の濃度の溶液を調整する。次に、これらの溶液を混合して反応させるが、その際、任意の比率で混合しても前駆体の形成に問題はないが、好適にはケイ素／アルミニウム比は０．３〜０．７になるように混合する。ケイ素化合物溶液及びアルミニウム化合物溶液の濃度は、如何なる濃度からの合成でも前駆体は生成するが、好適な濃度としては、１〜５００ｍｍｏｌ／ｌのケイ素化合物溶液と１〜１０００ｍｍｏｌ／ｌのアルミニウム化合物溶液を混合することが好ましい。
このアルミニウム化合物溶液にケイ素化合物溶液を混合した後、アルカリ性溶液を滴下し、弱酸性から中性付近にｐＨを調整し、前駆体を形成させる。
【００１４】
前駆体の生成工程において、中和反応に用いるアルカリ性溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニアなどの溶液が挙げられる。また、前駆体を分散させる酸性溶液としては、塩酸、硝酸、過塩素酸などが挙げられる。本発明のアルミニウムケイ酸塩を得るには、好適には溶液のｐＨが３〜７程度の範囲で合成される。
【００１５】
次に、その前駆体を含む溶液を、遠心分離、濾過または膜分離等の適宜の手段を用いて、溶液中の共存イオンを取り除く脱塩処理を施した後、回収した前駆体を純水あるいは酸性水溶液に分散させる。このときのｐＨは３〜７であるが、好適には４〜５．５の範囲である。その後、得られた前駆体の分散溶液を室温にて攪拌させながら一定時間のエージングを行う。その室温におけるエージングとしては、通常２０〜３０℃において５分〜４８時間、好ましくは１０分〜６時間である。
【００１６】
次にエージングした前駆体分散溶液を乾燥させることにより、目的としたアルミニウムケイ酸塩を得ることができる。またこのときの乾燥温度は１００℃以下であるが、好適には０〜８０℃である。
【００１７】
上記の方法で得られたアルミニウムケイ酸塩は、多量の微細孔を持つチューブ状多孔体であって、各種物質の吸着剤として使用できるものであり、その優れた吸着性などの特性を活用することにより、物質の回収や貯蔵、除湿、水分の乾燥、有害物質の除去、可燃性物質の貯蔵及び脱臭などに利用できるものであり、例えば、ヒートポンプ熱交換材、天然ガス等の貯蔵、湿度を自律的に制御する湿度調節剤、デシカントローター作成のためのデシカント剤、香料等の吸着媒体や化粧品、有害汚染物質の吸着剤や脱臭剤または速乾性乾燥剤等に応用可能であり、特に生活環境において最適な湿度に調整する自律的調湿材料として有効に利用できるものである。
【００１８】
実施例
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００１９】
ＳｉＯ２濃度が７５ｍｍｏｌ／ｌになるように、純水で希釈したオルトケイ酸ナトリウム水溶液２５０ｍｌを調整した。またこれとは別に、塩化アルミニウムを純水に溶解させ、１５０ｍｍｏｌ／ｌ水溶液２５０ｍｌを調整した。
次に、塩化アルミニウム水溶液にオルトケイ酸ナトリウム水溶液を混合し、マグネティックスターラーで撹拌した。このときのケイ素／アルミニウム比は０．５である。さらにこの混合溶液に１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液４３ｍｌを滴下し、ｐＨが６になるように調整した。
この溶液から遠心分離により前駆体を回収し、さらに純水で前駆体を３回遠心分離により洗浄した後、２ｌの純水中に分散させた。
この前駆体の懸濁液２ｌに１Ｎ塩酸を８ｍｌ加えた後、室温で攪拌させながら１時間のエージングを行った。その後、５０℃で約３日間乾燥させることによりアルミニウムケイ酸塩を得た。
【００２０】
得られたアルミニウムケイ酸塩は、図１に示したように、粉末Ｘ線回折において、２θ＝３．５°、８．５°、２６°、４０°付近に比較的大きいブロードなピークを示し、さらに２θ＝１６．５°、３３．５°、４４．５°、５４°、６６°付近に僅かではあるが小さいブロードなピークを示した。またその水蒸気吸着等温線は、図２に見られるように、相対湿度３０％において約１８重量％、相対湿度８０％において約４３重量％の水蒸気を吸着していた。
これに対し、従来の加熱合成イモゴライト（特開2004-59330号公報の実施例１で得られたもの）は、図２に見られるように、相対湿度３０％において約２２重量％、相対湿度８０％において約３４重量％の水蒸気を吸着している。
相対湿度３０％と相対湿度８０％における吸着量の差は、本実施例のアルミニウムケイ酸塩の方が、従来公知の加熱合成イモゴライトよりも約２倍の値を有していた。
【実施例２】
【００２１】
ＳｉＯ２濃度が６０ｍｍｏｌ／ｌになるように、純水で希釈したオルトケイ酸ナトリウム水溶液２５０ｍｌを調整した。またこれとは別に、塩化アルミニウムを純水に溶解させ、１５０ｍｍｏｌ／ｌ水溶液２５０ｍｌを調整した。
次に、塩化アルミニウム水溶液にオルトケイ酸ナトリウム水溶液を混合し、マグネティックスターラーで撹拌した。このときのケイ素／アルミニウム比は０．４である。さらにこの混合溶液に１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液５２ｍｌを滴下し、ｐＨが６になるように調整した。
この溶液から遠心分離により前駆体を回収し、さらに純水で前駆体を３回遠心分離により洗浄した後、２ｌの純水中に分散させた。
この前駆体の懸濁液２ｌに１Ｎ塩酸を８ｍｌ加えた後、室温で１時間攪拌させることによりエージングを行った。その後、５０℃で約３日間乾燥させることによりアルミニウムケイ酸塩を得た。
【００２２】
得られたアルミニウムケイ酸塩は、図１に示したように、粉末Ｘ線回折において、２θ＝３．５°、８．５°、２６°、４０°付近に比較的大きいブロードなピークを示し、さらに２θ＝１６．５°、３３．５°、４４．５°、５４°、６６°付近に僅かではあるが小さいブロードなピークを示した。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、広範な湿度領域の湿度調節に有用なアルミニウムケイ酸塩からなる高機能な無機質多孔質材料を安価に提供するものであって、水分子のほか、無機物質及び有機物質などを多量にかつ簡易に吸着・脱着できるから、工業的及び家庭的使用に好適な吸着剤として多様な産業分野に利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１及び実施例２で得られたアルミニウムケイ酸塩の粉末Ｘ線回折図である。
【図２】本発明の実施例１で得られたアルミニウムケイ酸塩（■印）と従来の合成イモゴライト（●印）を用いた水蒸気吸着等温線を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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