JP3018183B1 - ケイ素系複合酸化物の製造方法 - Google Patents

ケイ素系複合酸化物の製造方法

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JP3018183B1 JP10378654A JP37865498A JP3018183B1 JP 3018183 B1 JP3018183 B1 JP 3018183B1 JP 10378654 A JP10378654 A JP 10378654A JP 37865498 A JP37865498 A JP 37865498A JP 3018183 B1 JP3018183 B1 JP 3018183B1
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Abstract

【要約】 【課題】ケイ素系複合金属酸化物を非水溶液中で安価に
調製し得る新たな方法を提供することを主な目的とす
る。 【解決手段】ケイ素アルコキシドと、チタン、アルミニ
ウム、バナジウム、ジルコニウム、スズおよびクロムの
少なくとも1種を含む金属−酸素結合含有有機化合物と
を酸無水物の存在下に反応させることを特徴とするケイ
素系複合酸化物の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明に属する技術分野】本発明は、ケイ素とチタン、
アルミニウム、バナジウム、ジルコニウム、スズおよび
クロムの少なくとも1種とを含むケイ素系複合酸化物の
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ケイ素と他の金属により構成される複合
金属酸化物の調製方法としては、ゾル−ゲル法が代表的
なものであり、多くのケイ素系複合酸化物がこの方法に
より製造されている。また、結晶性のケイ素含有複合酸
化物も、類似の方法を加圧下で行うことにより製造され
ている。この様なゾル−ゲル法における反応は、主に酸
(塩酸など)からなる触媒の存在下に、アルコールなど
を含む水溶液中で行うことを特徴としている。
【0003】しかしながら、これらの方法において、得
られる複合金属酸化物に有機基を導入する場合には、酸
に対して強い有機基を使用しなければならない。また、
有機物をテンプレートなどとして、この複合金属酸化物
を高機能化する場合では、水溶液に溶解する有機化合物
(例えば界面活性剤)を用いなくてはならない。従っ
て、従来のゾル−ゲル法およびそれに類似する複合酸化
物製造方法では、有機物を用いて複合金属酸化物を調製
することには、大きな制約があった。
【0004】また、従来のゾル−ゲル法などの金属アル
コキシドを用いる金属複合酸化物製造方法では、金属−
酸素−金属結合を形成させるために、アルコキシドの金
属−酸素結合を水を用いて加水分解させることにより、
金属酸化物を形成させている。近年、金属のカルボン酸
塩と金属アルコキシドとの反応により、金属−酸素−金
属結合を形成させて、非水系で複合金属酸化物を調製さ
せる手法が報告されている(M.Jansen,E.G
uenther,Chem.Mater.,,211
0(1995);B.K.Coltrain,L.W.
Kelts,N.J.Armstromg,J.Sol
−Gel Sci.Tech.,,83(199
4))。しかしながら、これらの方法では、金属のカル
ボン酸塩が高価な場合には(特にケイ素のカルボン酸塩
は、ケイ素アルコキシドよりかなり高価である)、実用
性に欠けるという問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ケイ素系複
合金属酸化物を非水溶液中で安価に製造し得る新たな方
法を提供することを主な目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、反応系中に
金属アルコキシドから金属のカルボン酸塩を形成でき、
かつ活性な水素(プロトン)を含まない酸無水物に着目
して研究を重ねた結果、ケイ素アルコキシドと、チタ
ン、アルミニウム、バナジウム、ジルコニウム、スズお
よびクロムの少なくとも1種を含む金属−酸素結合含有
有機化合物との混合物を酸無水物の存在下に反応させる
場合には、ケイ素とチタン、アルミニウム、バナジウ
ム、ジルコニウム、スズおよびクロムの少なくとも1種
とからなる複合金属酸化物を製造し得ることを見出し、
本発明を完成するに至った。
【0007】すなわち、本発明は、ケイ素アルコキシド
と、チタン、アルミニウム、バナジウム、ジルコニウ
ム、スズおよびクロムの少なくとも1種を含む金属−酸
素結合含有有機化合物とを酸無水物の存在下に反応させ
ることを特徴とするケイ素系複合酸化物の製造方法を提
供するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明において、ケイ素源として
使用するケイ素アルコキシドとしては、オルトケイ酸エ
チル、オルトケイ酸メチル、オルトケイ酸ブチル、フェ
ニルトリエトキシシラン、アリルトリエトキシラン、メ
チルトリエトキシシラン、シクロペンチルトリエトキシ
シランなどが例示される。
【0009】本発明において、「チタン、アルミニウ
ム、バナジウム、ジルコニウム、スズおよびクロムの少
なくとも1種を含む金属−酸素結合含有有機化合物」と
は、これら金属のアルコキシド、カルボン酸塩、アセチ
ルアセトナート、カーバマート、フェノキシドなどの
「金属に酸素が結合した有機化合物」を意味する。この
様な有機化合物(以下特に必要でない限り、単に「金属
−酸素結合含有有機化合物」という)としては、以下の
様なものが例示される。 (1)チタン系有機化合物:チタンテトライソプロポキ
シド、チタンテトラエトキシド、チタンテトラブトキシ
ド、シクロペンタジエニルチタントリイソプロポキシ
ド、チタンジイソプロポキシドビス(2,4−ペンタン
ジオナート)など。 (2)アルミニウム系有機化合物:アルミニウムテトラ
イソプロポキシド、アルミニウムトリイソプロポキシ
ド、アルミニウムトリエトキシド、アルミニウムアセト
ナート、アルミニウムアセチルアセトナートなど。 (3)バナジウム系有機化合物:バナジウムアセチルア
セトナート、バナジウムオキシトリエトキシド、バナジ
ウムトリイソプロポキシドなど。 (4)ジルコニウム系有機化合物:ジルコニウムエトキ
シド、ジルコニウムテトラエトキシド、ジルコニウムテ
トラプロポキシド、ジルコニウムテトラブトキシド、ジ
ルコニウムアセチルアセトナート、ジルコニウムアセテ
ートなど。 (5)スズ系有機化合物:スズジアセテート、テトラブ
トキシスズ、ジブトキシジブチルスズなど。 (6)クロム系有機化合物:クロムアセチルアセトナー
ト、クロムアセテートヒドロキシドなど。
【0010】上記の金属−酸素結合含有有機化合物の中
では、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラエ
トキシド、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミ
ニウムトリエトキシド、アルミニウムテトライソプロポ
キシド、バナジウムオキシトリエトキシド、バナジウム
トリイソプロポキシド、ジルコニウムエトキシド、ジル
コニウムテトラエトキシド、ジルコニウムテトラプロポ
キシド、スズジアセテート、テトラブトキシスズ、クロ
ムアセチルアセトナート、クロムアセテートヒドロキシ
ドなどが好ましく、さらにはチタンテトライソプロポキ
シド、アルミニウムトリイソプロポキシド、バナジウム
オキシトリエトキシド、ジルコニウムテトラエトキシ
ド、スズジアセテート、クロムアセチルアセトナートな
どがより好ましい。
【0011】本発明で使用する酸無水物としては、液状
のものであれば、制限されない。具体的には、無水酢
酸、無水プロピオン酸、無水酪酸、無水トリフルオロ酢
酸、無水トリクロロ酢酸などの液状の酸無水物が例示さ
れる。これらの中では、無水酢酸、無水プロピオン酸、
無水酪酸などが好ましく、さらには無水酢酸、無水プロ
ピオン酸などがより好ましい。
【0012】本発明方法においては、ケイ素アルコキシ
ドと所定の金属−酸素結合含有有機化合物とからなる液
状混合物に酸無水物を添加し、加熱して反応させること
により、所望のケイ素含有複合金属酸化物を得る。
【0013】ケイ素アルコキシドと金属−酸素結合含有
有機化合物からなる原料中の両者の混合比は、特に限定
されないが、原料100重量部中ケイ素アルコキシドが
通常60〜98重量部程度、より好ましくは80〜90
重量程度となるようにする。
【0014】酸無水物の使用量は、理論的には、ケイ素
アルコキシドに対し2当量以上であり、実用的には、ケ
イ素アルコキシド重量を基準として、1〜3倍程度、よ
り好ましくは1.2〜1.8倍程度とすれば良い。
【0015】原料は、必要ならば、非プロトン性有機溶
媒に溶解させた状態で反応に供しても良い。この様な非
プロトン性有機溶媒としては、強い配位性を持たない有
機溶媒であるベンゼン、トルエン、キシレン、アセト
ン、ジエチルエーテル、クロロホルム、ジクロロメタ
ン、アセトニトリル、ヘキサンなどが例示される。この
様な溶媒を使用する場合には、原料濃度、反応速度など
を調整することが可能となり、得られる酸化物の性質を
変えることができる。
【0016】反応温度は、通常50〜150℃程度であ
り、より好ましくは60〜120℃程度である。また、
反応時間は、通常3〜30時間程度であり、より好まし
くは12〜24時間程度である。なお、反応温度および
時間は、原料の種類、溶媒の種類および原料溶液濃度と
関連する生成物の比表面積および細孔容積などを総合的
に考慮して、上記の範囲外とすることも可能である。
【0017】反応終了後、反応溶液をろ別することによ
り、生成した沈殿物を収得することが出来る。また、金
属−酸素結合含有有機化合物として用いる金属の種類、
反応条件(温度、時間、原料の配合比、溶媒の有無な
ど)によっては(例えば、金属がアルミニウム、ジルコ
ニウム、バナジウムなどである場合;反応温度が60℃
程度である場合;ケイ素アルコキシドの割合が90%以
上である場合;トルエンなどを溶媒として使用する場合
など)、室温で放置したろ液が、1〜7日間程度の間に
ゲル化することがある。次いで、これらの沈殿およびゲ
ルをアルコール(イソプロパノール、エタノール、ブタ
ノールなど)により洗浄し、100〜200℃程度の温
度で乾燥する。有機物を含まないケイ素系複合酸化物を
得る場合には、乾燥物をさらに300〜500℃程度で
焼成処理すれば良い。必要な有機物(例えば、ケイ素と
結合した有機基)を複合酸化物中に残したい場合には、
焼成処理を行うことなく、乾燥物を過剰量のエタノー
ル、イソプロパノールなどで煮沸処理(通常8〜15時
間程度)することにより、複合酸化物に吸着されたある
いは混入した有機物を除去することができる。
【0018】なお、上記の反応において、沈殿として得
られる複合酸化物とゲルとして得られる複合酸化物中の
金属の組成比は、原料中の金属の組成比とほぼ一致す
る。
【0019】本発明により製造されるケイ素系複合酸化
物は、種々の用途に使用することができ、例えば、触
媒、触媒担体などとして有用である。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、ケイ素系複合金属酸化
物を非水溶液中で安価に製造することができる。
【0021】
【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれら実施例により限定されるもので
はない。 実施例1 *ケイ素−チタン複合酸化物の製造 磁気攪拌種を入れ、冷却管を取り付けた50mlのガラ
ス反応容器をよく乾燥し、これにオルトケイ酸エチル
{Si(OEt)}6.25gとチタンテトライソプ
ロポキシド{Ti(OPri)}0.85gの混合液
を入れ、さらに無水酢酸7.15gを加え、攪拌下にオ
イルバスで110℃に加熱して、12時間反応させた。
【0022】反応終了後、反応容器を室温に放冷し、生
成した白色沈殿をろ別し、イソプロパノールでよく洗浄
した後、空気中で150℃で乾燥し、ケイ素−チタン複
合酸化物1.7gを得た。 実施例2 *ケイ素−チタン複合酸化物の製造 実施例1と同様な手法により、オルトケイ酸エチル6.
25g、チタンテトライソプロポキシド4.25gおよ
び無水酢酸9.70gを用いて、反応を行い、沈殿を得
た。この沈殿を実施例1と同様に処理した後、空気中で
500℃で焼成処理し、ケイ素−チタン複合酸化物2.
6gを得た。 実施例3 *ケイ素−チタン複合酸化物の製造 実施例1と同様の原料混合物にトルエン20mlを加え
る以外は実施例1と同様の手法により、反応を行った
後、実施例1と同様な方法で反応溶液から沈殿物をろ別
して、空気中150℃で乾燥して、ケイ素−チタン複合
酸化物0.8gを得た。た。
【0023】また、ろ液をさらに室温で5日間放置し、
ゲル化したろ液をイソプロパノールで十分に洗浄し、空
気中150℃で乾燥し、ケイ素−チタン複合酸化物1.
0gを得た。 実施例4 *ケイ素−アルミニウム複合酸化物の製造 実施例1と同様な手法により、オルトケイ酸エチル6.
25g、アルミニウムイソプロポキシド{Al(OPr
i)}0.61g、無水酢酸7.15gを用いて、反
応を行い、沈殿を得た。この沈殿を実施例1と同様に処
理するとともに、ろ液は実施例3と同様な方法で処理す
ることにより、合計1.6gのケイ素−アルミニウム複
合酸化物を得た。 実施例5 *ケイ素−ジルコニウム複合酸化物の製造 実施例1と同様な手法により、オルトケイ酸エチル6.
25g、ジルコニウムエトキシド{Zr(OEt)
0.81gおよび無水酢酸7.15gを用いて、反応を
行い、沈殿を得た。この沈殿を実施例1と同様に処理す
ることにより、ケイ素−ジルコニウム複合酸化物1.6
gを得た。 実施例6 *ケイ素−バナジウム複合酸化物の製造 実施例1と同様な手法により、オルトケイ酸エチル6.
25g、バナジウムオキシトリエトキシド{VO(OE
t)}0.61gおよび無水酢酸7.30gを用い
て、反応を行い、沈殿を得た。この沈殿を実施例1と同
様に処理することにより、ケイ素−バナジウム複合酸化
物1.4gを得た。 実施例7 *ケイ素−チタン−ジルコニウム複合酸化物の製造 実施例1と同様な手法により、オルトケイ酸エチル6.
25g、チタンテトライソプロポキシド{Ti(OPr
i)}0.85g、ジルコニウムエトキシド0.81
gおよび無水酢酸8.10gを用いて、反応を行い、沈
殿を得た。この沈殿を実施例1と同様に処理することに
より、ケイ素−チタン−ジルコニウム複合酸化物1.8
gを得た。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ケイ素アルコキシドと、チタン、アルミニ
    ウム、バナジウム、ジルコニウム、スズおよびクロムの
    少なくとも1種を含む金属−酸素結合含有有機化合物と
    を酸無水物の存在下に反応させることを特徴とするケイ
    素系複合酸化物の製造方法。
  2. 【請求項2】反応を非プロトン性有機溶媒中で行う請求
    項1に記載のケイ素系複合酸化物の製造方法。
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