JP2639114B2 - 多孔質球状アルミナ粒子の製造方法 - Google Patents

多孔質球状アルミナ粒子の製造方法

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JP2639114B2 JP1176483A JP17648389A JP2639114B2 JP 2639114 B2 JP2639114 B2 JP 2639114B2 JP 1176483 A JP1176483 A JP 1176483A JP 17648389 A JP17648389 A JP 17648389A JP 2639114 B2 JP2639114 B2 JP 2639114B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は多孔質球状アルミナ粒子の製造方法に係り、
特に、触媒担体、液体クロマトグラフ用充填材等として
有用な、微細孔を有し、かつ、真球に近い形状を有する
アルミナ微粒子を提供する多孔質球状アルミナ粒子の製
造方法に関する。
[従来の技術] 多孔質の粒子は、触媒担体、液体クロマトグラフ用充
填材等に広く使用されている。中でも、最近は分取用高
速液体クロマトグラフィの充填材用に用途が広がってお
り、この分野に好適なものとして、数100Åから数1000
Åまでの細孔径を有する多孔質粒子が望まれている。
従来、触媒担体、液体クロマトグラフ用充填材等とし
て用いられる多孔質球状粒子、とりわけ多孔質球状微粒
子の製造には、金属アルコキシドを原料として、その加
水分解液をキシレン、ヘキサン等の有機溶剤中に分散さ
せて球状にゲル化させる方法(特願昭59−34877)等が
知られている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上述のような従来法では、近年その需
要が高められている数100Å以上の細孔径を有する多孔
質微粒子を得ることは困難である。
本発明は上記従来の問題点を解決し、細孔径数100Å
〜数1000Åの範囲の細孔を有する多孔質球状アルミナ粒
子を製造する方法を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明の多孔質球状アルミナ粒子の製造方法は、アル
ミニウム塩0.01〜0.2mol/濃度と加水解離剤0.04〜0.4
mol/濃度とを含む原料溶液を、80〜98℃の範囲で選択
された温度T℃に対して±1℃の範囲内で加熱して得ら
れた球状アルミナ水和物粒子を1000〜1600℃の温度で熱
処理することを特徴とする。
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明の方法においては、まず、所定濃度のアルミニ
ウム塩と加水解離材とを含む原料溶液を加熱して、球状
アルミナ水和物粒子を製造する。
本発明において、アルミニウム塩としては硫酸アルミ
ニウム(Al2(SO4)に硝酸アルミニウム(Al(N
O3)、塩化アルミニウム(AlCl3)等を一部混合し
て用いることができるが、特に硫酸アルミニウムが好適
である。硫酸アルミニウム等のアルミニウム塩は、0.01
〜0.2mol/、特に0.01〜0.1mol/濃度で原料溶液中に
溶解される。アルミニウム塩濃度が0.01mol/未満で
も、0.2mol/を超えても、良好な球状アルミナ水和物
粒子を得ることができない。
また、沈殿剤として用いる加水解離剤としては、尿素
((NH22CO)、アセトアミド、ヘキサメチレンテトラ
ミン等の加水解離によりアルカリを生成するものが用い
られるが、好ましくは尿素が用いられる。その濃度は、
0.04〜0.4mol/となるように原料溶液中に溶解され
る。
本発明において、原料の硫酸アルミニウムと尿素との
割合(モル比)は、1:3〜30の範囲で選択できるが、好
ましくは、この割合は1:3〜10とするのが好適である。
本発明において、原料溶液を調製するには、所定濃度
の硫酸アルミニウム等のアルミニウム塩水溶液と、尿素
等の加水解離剤の水溶液とを、所定割合で混合しても良
く、また、容器内の硫酸アルミニウムと尿素に水を添加
して所定濃度の原料溶液としても良い。なお、水溶液同
志を混合する場合、各々の水溶液は予め混合前に50〜90
℃程度に加熱しておくのが望ましい。
本発明においては、このようにして得られた原料溶液
が均一な混合状態とされたところで加熱して反応させ
る。加熱は80〜98℃、好ましくは90〜98℃の温度にて設
定した温度T℃に対して±1℃の変動範囲、好ましくは
±0.3℃の変動範囲となる、変動幅の非常に少ない反応
温度にて行なう。
このような変動幅の非常に少ない反応温度となるよう
に加熱反応を行なうためには、溶液からの熱の放出をで
きるだけ少なくする目的で、反応容器の全方向より加熱
するのが好ましい。例えば、蓋状部を有する反応容器の
全表面をヒーター等の加熱体で覆うか、反応容器を定温
高温槽内に設置するか、或いは反応容器をウォーターバ
ス中に浸漬するなどの方法を採用することができる。更
に、反応容器を適当な保温材で被覆するのが好ましい。
反応時間は、通常の場合、4〜24時間程度である。
このような反応により球状のアルミナ水和物粒子が沈
殿する。この沈殿物を分離することにより容易に球状ア
ルミナ水和物粒子を回収することができる。
得られる球状アルミナ水和物粒子の粒径は、原料溶液
中のアルミニウム塩濃度等によっても異なるが、一般に
は平均粒径0.8〜15μmといった小径から比較的大径の
ものまで様々な粒径を有し、かつ、真球に近い良好な球
状アルミナ水和物粒子が合成される。
このようにして製造された球状アルミナ水和物粒子
は、90〜120℃にて好ましくは絶乾まで乾燥した後、100
0〜1600℃の温度で熱処理する。熱処理温度は得られる
多孔質球状アルミナ粒子の細孔径の大きさに影響し、熱
処理温度が低く1000℃程度であると100〜数100Åの細孔
径が得られ、熱処理温度が高く1500〜1600℃程度である
と数1000Åの細孔径が得られる。従って、熱処理温度
は、目的とする細孔径に応じて、1000〜1600℃の範囲で
適宜選定する。
このような熱処理により、アルミナ水和物粒子は球状
のアルミナ粒子集合体となるが、これは軽い粉砕(解
砕)を行なうことにより容易に単離することができ、多
孔質の球状アルミナ粒子が得られる。この多孔質球状ア
ルミナ粒子の粒径は、前述の球状アルミナ水和物粒子の
製造条件や分級手段(湿式分級、気流分級等)を選定す
ることにより、数μm〜数10μmまでの範囲に任意に調
整することができる。
[作用] 従来の金属アルコキシドの加水分解で得られたアルミ
ナ水和物球状粒子は、1000℃までの熱処理により安定な
アルミナとなるが、この間に、水和物の脱水や残存する
未反応の硫酸根の分解、ガス化によると思われる気孔が
生じる。この程度の熱処理温度では、粒子間の付着は殆
どないが、その細孔径は高々100Å程度までである。
これ以上の細孔径を得ようと、更に高温で熱処理する
と、通常、粒子内と粒子間で焼結が進み、粒子間は強固
に結合し、粒子内は緻密になり、数100Å以上の細孔径
をもつ単一の多孔質粒子は従来法では得られないと判断
される。
これに対して、本発明の方法に従って、所定濃度のア
ルミニウム塩と加水解離剤とを含む原料溶液を、所定の
温度にて、±1℃以内の極めて少ない温度変動範囲にて
均一加熱して反応させることにより得られた球状アルミ
ナ水和物粒子を用いることにより、1600℃に達する高温
の熱処理によっても、粒子間での焼結は進行せず、個々
の球状粒子に容易に単離でき、しかも粒子内では熱処理
温度の上昇に従って、気孔が成長し、数100Å〜数1000
Åの細孔を有する多孔質球状アルミナ粒子を容易に得る
ことができる。
即ち、本発明方法で採用する均一沈殿法により製造さ
れた真球形状アルミナ水和物は、 かなりの高温までの熱処理において球状粒子間の焼
結が殆ど進まず、粒子間は軽い粉砕(解砕)で容易に個
々の粒子に単離できるくらいの付着力しか持たない。
粒子内においては、逆に熱処理温度が高くなるに従
って焼結が進むが、気孔も同時に生成する。
という特性を有する。
この理由については、定かでないが次の事が考えられ
る。
熱処理のために充填された球状粒子は、真球形状のた
めにお互いの接触が点接触であり粒子間の接触が小さ
く、他形状の粒子のように接触面積の大きいものはみら
れない。その結果、特に良好な真球形状を有する本発明
に係る粒状アルミナ水和物粒子では、粒子間の接触が著
しく小さいため、高温度の熱処理によっても、接触面積
に比例すると思われる粒子間の焼結が進みにくい。
一方、球状粒子自体では、熱処理によるα−アルミナ
化までの過程で水和物の脱水や残存する未反応の硫酸根
等の分解ガス化等による微粒子化とその再配列による密
集化が生じ、密接な凝集粒になっていると思われた。そ
こで粒子間と粒子内の焼結性を比較すると、密集化によ
り密接に微粒子が集合している粒子内での焼結がより速
く進むと考えられる。特に、焼結が粒子表面より内部に
向かっていると仮定すると、他場所に比べて粒子表面は
いち速く安定となり、その焼結力も減少し、粒子間の焼
結は益々進みにくくなる。
更に、球状粒子自体の内部に気孔を成長させながら進
む焼結についても、粒子表面より内部に向って進んでお
れば、焼結による強度の付与も粒子表面で、いち速く進
み強固になり、その為に、その後の内部での焼結の進行
に伴う粒子自体の収縮を妨げる。その結果、収縮により
粒子の外に気孔が追い出されることなく残存するものと
考えられる。
即ち、球状粒子内部の焼結は、構成する微粒子同志が
焼結により互いに合一し、微粒子間に存在する空隙を追
い出すが、この焼結による合一を繰り返すことにより、
微粒子は粒成長して大きくなる。この粒成長に比例して
追い出される微粒子間に存在する空隙も増え、球状粒子
が収縮すれば粒子の外に出て行くが、収縮できない場合
は、その空隙は気孔として粒子内に残る。
このような焼結による粒成長は加熱条件により制御可
能であり、その結果、それに伴う気孔の成長(細孔径の
大きさ)も同様に制御可能であると思われる。
なお、本発明においては、1000〜1600℃といった高温
での熱処理を行なうため、得られる多孔質球状アルミナ
粒子が高強度であるという効果も奏される。
[実施例] 以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体
的に説明する。
実施例1 試薬特級硫酸アルミニウム14〜16水塩13gと試薬特級
尿素4.8gとをビーカーに計量し、容積200mlまで純水を
加えて撹拌溶解後、樹脂フィルムにて蓋をして90±0.3
℃の高温定温槽中に24時間静置した。その結果、真球形
状の粒子が沈殿物として得られ、その平均粒子径は約10
μmであった。これを、濾過し120℃にて絶乾まで乾燥
後、白金ルツボに採り大気中1200℃の電気炉中に2時間
置いて熱処理した後、取り出した、熱処理後も粒子は真
球形状を有し、粒子同志の付着はなかった。このもの
は、X線回折の結果、α−アルミナであることが確認さ
れた(第3図)。この粒子の細孔径を水銀圧入法にてポ
ロシメータで測定したところ、細孔径分布は第1図に示
す通りであり、100Å付近に細孔径を有することが確認
された。
実施例2 実施例1と同様にして硫酸アルミニウムと尿素との反
応を行なって得られた平均粒子径約10μmの真球形状の
粒子を、濾過し120℃にて絶乾まで乾燥後、高純度アル
ミナルツボに採り大気中1550℃のカンタルスーパー炉中
に2時間置いて熱処理した後、取り出した。熱処理物は
僅かに粒子同志の付着がみられた。これはジェットミル
にて容易にもとの真球形状粒子に単離できた。この粒子
の細孔径を実施例1と同様にして測定したところ、細孔
径分布は第1図に示す通りであり、数1000Å付近に細孔
径を有することが確認された。なお、得られた粒子のSE
M写真(2000倍)を第2図に示す。
以上の結果から、本発明の方法において、熱処理温度
を上げることにより、粒子内の細孔径が大きくなり、熱
処理温度を1000〜1600℃の範囲で選定することにより、
数100Å〜数1000Åの任意の細孔径を得ることができる
ことが明らかである。
[発明の効果] 以上詳述した通り、本発明の多孔質球状アルミナ粒子
の製造方法によれば、従来法では得ることが困難であっ
た、触媒担体、液体クロマトグラフ用充填剤等として有
用な細孔径数100Å〜数1000Åの範囲の細孔を有する、
真球状の多孔質球状アルミナ粒子を容易かつ効率的に製
造することができる。
しかも、本発明の方法によれば、 熱処理温度を選定することにより、数100Å〜数100
0Åの細孔径を任意に形成することができる。
高温熱処理を行なうため、得られる粒子は安定かつ
高強度の粒子である。
製造条件や分級手段を選択することにより、数μm
〜数100μmまでの範囲で任意の粒径分布のものを得る
ことができる。
等の効果も奏され、工業的に極めて有利である。
【図面の簡単な説明】 第1図は実施例1及び実施例2で得られた多孔質球状ア
ルミナ粒子の細孔径分布を示すグラフ、第2図は実施例
2で得られた多孔質球状アルミナ粒子の粒子構造を示す
SEM写真、第3図は実施例1で得られた多孔質球状アル
ミナ粒子のX線回折線図である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミニウム塩0.01〜0.2mol/濃度と加
    水解離剤0.04〜0.4mol/濃度とを含む原料溶液を、80
    〜98℃の範囲で選択された温度T℃に対して±1℃の範
    囲内で加熱して得られた球状アルミナ水和物粒子を1000
    〜1600℃の温度で熱処理することを特徴とする多孔質球
    状アルミナ粒子の製造方法。
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