(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良好な微細孔を有するチューブ状アルミニウムケイ酸塩を、低コストで容易に製造する方法を提供する。【解決手段】  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た後、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室温でエージングさせる微細孔を有するチューブ状アルミニウムケイ酸塩の製造方法及びそのチューブ状アルミニウムケイ酸塩からなる吸着剤である。この吸着剤は、特に中湿度領域における調湿に有用である。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
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た後、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室温でエージングさせることを特徴とする微細孔を有するチューブ状アルミニウムケイ酸塩の製造方法。
【請求項２】
チューブ状アルミニウムケイ酸塩が、非晶質チューブ状アルミニウムケイ酸塩である請求項１に記載のチューブ状アルミニウムケイ酸塩の製造方法。
【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た後、脱塩処理して得られたアルミニウムケイ酸塩の分散溶液を室温でエージングさせる際のエージング時間を調節することにより、得られるチューブ状アルミニウムケイ酸塩の長さを制御することを特徴とする微細孔を有するチューブ状アルミニウムケイ酸塩の製造方法。
【請求項４】
請求項１の製造方法で得られた微細孔を有するチューブ状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。
【請求項５】
中湿度領域の吸着に用いることを特徴とする請求項４に記載の吸着剤。
【請求項６】
中湿度領域が、相対湿度３０〜８０％の湿度領域である請求項５に記載の吸着剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着能に優れた微細孔を有するチューブ状アルミニウムケイ酸塩の製造方法及びそれを用いる吸着剤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機能、水との親和性あるいは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することにより、ヒートポンプ熱交換材、天然ガスの貯蔵、生活環境の湿度を自律的に制御する湿度調節材、有害汚染物質の吸着材や脱臭材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からなる吸着剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
チューブ状のアルミニウムケイ酸塩は、天然においてイモゴライトとして産出するが、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ことが知られている。このような背景の下に、特定の無機物質溶液を用いて高純度のチューブ状アルミニウムケイ酸塩、なかでも非晶質なチューブ状アルミニウムケイ酸塩を合成する方法が検討され、すでに開発されている（例えば、参考文献１〜３参照）。
【０００３】
上記の合成法は確立されているものの、チューブ状アルミニウムケイ酸塩を得るには、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、チューブの伸長反応の阻害要因となる共存イオンを取り除いた後、材料形態を前駆体からチューブ状に成長させるには、１００℃で２日間の加熱処理を要す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イモゴライトは、その水蒸気吸着特性において、相対湿度０から２０％の低湿度領域及び９０から１００％の高湿度領域においては、優れた吸着特性を有しているものの、中湿度領域における吸着量の差異が約１０％程度と吸着量は非常に小さいという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−６４０１０号公報
【特許文献２】特開２００１−２２０１２９号公報
【特許文献３】特開２００４−０５９３３０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実状に鑑みて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良好なチューブ状アルミニウムケイ酸塩を、低コストで容易に製造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、特に中湿度領域において吸着量の差が大きいチューブ状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。さらに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チューブ状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チューブ状アルミニウムケイ酸塩の簡易な合成法の開発に向けて鋭意研究を重ねた結果、チューブ状アルミニウムケイ酸塩を合成するには、前駆体溶液を室温でエージングすることにより吸着能に優れたチューブ状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た後、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室温でエージングさせることを特徴とする微細孔を有するチューブ状アルミニウムケイ酸塩の製造方法である。
【０００９】
また、本発明は、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た後、脱塩処理して得られたアルミニウムケイ酸塩の分散溶液を室温でエージングさせる際のエージング時間を調節することにより、得られるチューブ状アルミニウムケイ酸塩の長さを制御することを特徴とする微細孔を有するチューブ状アルミニウムケイ酸塩の製造方法である。
【００１０】
さらに、本発明は、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た後、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室温でエージングさせて得られた微細孔を有するチューブ状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である。この吸着剤は、特に相対湿度３０〜８０％の中湿度領域の吸着に有用である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の微細孔を有するチューブ状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中空状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及び乾燥剤などとして広範な産業分野に利用できるものである。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チューブ状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】
【００１２】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明方法により得られるチューブ状アルミニウムケイ酸塩は、アルミニウムケイ酸塩、特に非晶質のアルミニウムケイ酸塩により形成されている管状構造体であって、通常、外径２．２〜２．８ｎｍ、内径０．５〜１．２ｎｍ、長さ１ｎｍ乃至数μｍのチューブ状中空体、好ましくは１〜２００ｎｍのチューブ状中空体からなり、そのチューブ状体は多量のナノメーター（ｎｍ）径の微細孔を有するものである。その微細孔の直径としては、０．５〜５．０ｎｍ、好ましくは０．５〜２．０ｎｍである。
この管状構造体は、水分子などが出入りできる多量の微細孔を有する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、ヒートポンプ熱交換材、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、脱臭材及び速乾性の乾燥剤等に応用可能である。
【００１３】
本発明のチューブ状アルミニウムケイ酸塩の製法において、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。
【００１４】
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チューブ状アルミニウムケイ酸塩の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０．５〜１．０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。
【００１５】
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、チューブ状アルミニウムケイ酸塩の前駆体を形成させる。その後、遠心分離、ろ過などの機械的あるいは化学的手段を用いて溶液中に共存するイオン類を除去する脱塩処理を行う。
【００１６】
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、硫酸、硝酸、過塩素酸などが挙げられる。チューブ状アルミニウムケイ酸塩は、好適には溶液のｐＨが３〜６程度の範囲で合成される。
【００１７】
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いた（脱塩処理した）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。その後、得られた前駆体の分散溶液を室温において攪拌させながら一定時間のエージング（熟成）を行うことにより、
固形分として目的とするチューブ状アルミニウムケイ酸塩を得ることができる。
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〜２４時間、好ましくは１０分〜６時間である。
このエージング時間の長さを調節することにより、得られるチューブ状アルミニウムケイ酸塩の長さを制御することができる。例えば、エージング時間を長くすると、チューブ長（管状体の長さ）を延長することができ、またその反対に、エージング時間を短くすると、短いチューブを得ることができることから、エージング時間を調節することにより、所望のチューブ長のものを適宜得ることができる。
【００１８】
上記の方法で得られたチューブ状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中空体であるから、各種物質の吸着剤として利用できるものであって、その優れた吸着性などの特性を活用し、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の広範な分野に使用可能である。
【００１９】
そのうえ、本発明のチューブ状アルミニウムケイ酸塩は、相対湿度３０から８０％の中湿度領域において、相対湿度が高くなるにつれて吸着量が大きく増大するという吸着特性を有するものであり、具体的には、相対湿度８０％と相対湿度３０％における吸着量の差異は、約３０％であり、かつ従来の加熱合成イモゴライトに比べて約２．５倍を吸着できる多量の微細孔を持つ管状構造体であって、例えば、生活環境において最適な湿度に調整する自律的調質材料等として有効に利用できるものである。
【００２０】
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】
【００２１】
ＳｉＯ２濃度が１００ｍｍｏｌ／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１２５ｍｌ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１２５ｍｌ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０．６７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２２ｍｌを滴下し、ｐＨが６前後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５Ｎ塩酸を６ｍｌ加えた後、室温で２時間攪拌させることによりエージングを行った。その後、室温で約３日間乾燥させることによりチューブ状の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（室温合成イモゴライト）は、図１に示したように、粉末Ｘ線回折において、イモゴライト特有のＸ線回折パターンを示した。また、その水蒸気吸着等温線は、図２に示したように、相対湿度３０％において約１４重量％、相対湿度８０％において約４２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、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、室温合成イモゴライトの方が、従来公知の加熱合成イモゴライトよりも約２.５倍の値を有していた。
【実施例２】
【００２３】
ＳｉＯ２濃度が１００ｍｍｏｌ／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１２５ｍｌ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１２５ｍｌ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０．６７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２２ｍｌを滴下し、ｐＨが６前後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５Ｎ塩酸を６ｍｌ加えた後、室温で１０分間攪拌させることによりエージングを行った。その後、室温で約３日間乾燥させることにより非晶質なチューブ状のアルミニウムケイ酸塩を得た。
【００２４】
得られたアルミニウムケイ酸塩（室温合成イモゴライト）は、図３に示したように、粉末Ｘ線回折において、イモゴライト特有のＸ線回折パターンを示した。また、その水蒸気吸着等温線は、図４に示したように、相対湿度２０％において約９重量％、相対湿度９５％において約１３重量％の水蒸気を吸着していた。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
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容易に提供するものであって、工業的利用及び家庭的利用に好適な吸着剤として多様な分野に使用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１で得られたチューブ状アルミニウムケイ酸塩のＸ線回折図である。
【図２】実施例１と比較例で得られたチューブ状アルミニウムケイ酸塩（合成イモゴライト）の相対湿度と吸着量との関係を示すグラフである。
【図３】実施例２で得られたチューブ状アルミニウムケイ酸塩のＸ線回折図である。
【図４】実施例２で得られたチューブ状アルミニウムケイ酸塩の相対湿度と吸着量との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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