JP4160348B2 - Silica and method for producing silica - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリカに関し、詳しくは、特に触媒担体や吸着剤として好適な、シリカに関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリカは、古くから乾燥剤として広く用いられてきたが、最近ではその用途が触媒担体，分離剤，吸着剤等へと広がっており、こうした用途の広がりに応じて、シリカの性能に対する要求も多様化している。シリカの性能は、シリカの表面積、細孔径、細孔容積、細孔径分布等の物性によって決定されるが、これらの物性はシリカの製造条件によって大きく影響される。
【０００３】
シリカは、ＳｉＯ₂・ｎＨ₂Ｏの示性式で表される物質であり、無水ケイ酸と含水ケイ酸の両方を示す。例えば無水ケイ酸としては、石英、トリディマイト、クリストバル石、コーサイト、スティショフ石、石英ガラスなどが挙げられる。そして含水ケイ酸としては、シリカヒドロゾルをゲル化し乾燥させて得られる、いわゆる非晶質の「シリカゲル」以外に、コロイダルシリカ、シリケートオリゴマー、そして有機物等を鋳型として形成された、例えばモービル社製：ＭＣＭ−４１のようなタイプのシリカ（いわゆる、ミセルテンプレート型シリカ）等が挙げられる。また「シリカゲル」の原料としては、水ガラスやアルコキシシラン類が挙げられる。
【０００４】
シリカゲルの一般的な製造方法は、原料として水ガラスを使用する方法とシリコンアルコキシドを使用する方法とに大別される（何れも当業者にとっては周知の方法である）が、シリコンアルコキシドを使用する方法は、原料のシリコンアルコキシドを蒸留などにより精製でき、金属不純物の含有量の少ないシリカゲルを比較的容易に得られる利点がある。
【０００５】
原料としてアルコキシドを使用する方法は、基本的には、触媒の存在下にシリコンアルコキシドを加水分解すると共に得られたシリカヒドロゾルを縮合してシリカヒドロゲルを形成する加水分解・縮合工程と、得られたシリカヒドロゲルを水熱処理する物性調節工程とを包含する方法より成る。
【０００６】
そして、上記の加水分解・縮合工程では、酸（硫酸、塩酸または硝酸）が触媒として使用され、また、上記の物性調節工程（水熱処理）の前には熟成工程が設けられ、斯かる熟成工程により、シリカゲルの強度が高められる等の物性の改善が図られるとされている。斯かる方法は、ゾル−ゲル法と呼ばれて当業者にとっては周知の方法である。
【０００７】
ところで、シリカゲルのマクロ的構造は、周知であり、シリカコロイドの球状粒子が互いに密着した緊密な連続三次元構造を有することが知られているが、そのミクロ的な構造については、未だ十分に解明されていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ミクロ構造的に従来知られていない新規な構造のシリカを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、ミクロ構造的に高い均質性を有するシリカを得た。シリカのミクロ構造の均質性は、シリカのＸ線透過率Ｔ（％）とシリカの細孔の最頻直径（Ｄ_max）との関係によって評価することが出来る。以下、シリカのミクロ構造の均質性とシリカのＸ線透過率Ｔ（％）との関連について、詳しく説明する。
すなわち、シリカの細孔はシリカコロイドの球状粒子に囲まれて形成されるが、その際、球状粒子を形成するシリカコロイドのクラスターの集合状態に差異が生じる。斯かる差異は、シリカの製造方法に依存して生じ、均質性が高い場合と低い場合（凝集状態）とがある。そして、斯かるクラスターの集合状態の均質性は、シリカのＸ線透過率によって評価することが出来るが、クラスターの集合状態の均質性は最頻直径（Ｄ_max）に依存するため、上記の評価は一定の最頻直径（Ｄ_max）の条件下で行なう必要がある。
【００１０】
本発明は、上記の知見を基に更に研究を重ねて完成されたものであり、その要旨は、シリカのＸ線透過率をＴ（％）、シリカの細孔の最頻直径をＤ_max（ｎｍ：ナノメートル）とした際、上記のＸ線透過率Ｔが、零よりも大きく（Ｔ＞０）、且つ、以下の式（Ｉ）で示される所定値Ｆよりも大きく（Ｔ＞Ｆ）、比表面積が２００〜１０００ｍ ^２ ／ｇであり、細孔容積が０．６〜１．６ｍｌ／ｇであり、最頻直径（Ｄ _ｍａｘ ）が２０ｎｍ以下であることを特徴とする、シリカに存する。
Ｆ＝４．９８ｌｎ（Ｄ_max）−７．５０・・・・・（Ｉ）
このような条件を満足するシリカは、従来のシリカよりもミクロ構造的に高い均質性を有すると判断される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
（１）本発明のシリカの特徴
本発明のシリカは、含水ケイ酸であり、ＳｉＯ₂・ｎＨ₂Ｏの示性式で表される。本発明においては、シリカの中でも特に「シリカゲル」やミセルテンプレート型シリカにおいて、その効果が顕著である。
そして、本発明のシリカの最大の特徴は、シリカのＸ線透過率をＴ（％）、シリカの細孔の最頻直径をＤ_max（ｎｍ：ナノメートル）とした際、上記のＸ線透過率Ｔ（％）が、零よりも大きく（Ｔ＞０）、且つ、前記の式（Ｉ）で示される所定値Ｆよりも大きい（Ｔ＞Ｆ）ことにある。
【００１２】
すなわち、本発明のシリカは、球状粒子を形成するシリカコロイドのクラスターの集合状態の均質性が高いことから、ミクロ構造的に高度の均質性を有するものと推定される。本発明において、シリカのＸ線透過率Ｔ（％）は、好ましくは、上記の式（Ｉ）の所定値Ｆ（＝４．９８ｌｎ（Ｄ_max）−７．５０）よりも、通常３％以上大きい値であり（Ｔ≧１．０３×Ｆ）、好ましくは５％以上大きい値である（Ｔ≧１．０５×Ｆ）。
なお、本発明のシリカにおいては、そのＸ線透過率Ｔ（％）の最大値は通常２０％程度である。
【００１３】
このように、本発明のシリカは、ミクロ構造的に高度の均質性を有することから、特に、耐熱性、耐水熱性などの点で優れた性能を発揮する。また、製品ロットにおける品質のバラツキがないという特性をも有する。斯かる特性が発揮される理由は必ずしも明らかではないが、次の様に推定される。すなわち、ミクロ構造的に高度の均質性は、加水分解・縮合工程における反応速度（特に縮合反応の速度）が適切であることに起因していると考えられるが、適切な反応速度で加水分解・縮合工程が行われる場合は、例えば反応器内の場所による撹拌速度の変化などによる影響を受けることなく、性質の安定したシリカが形成されるからであると推定される。
【００１４】
なお、上記のＸ線透過率Ｔ（％）は、例えば、理学電気社製ＲＡＤ−Ｂ装置を使用し、ＣｕＫα線を線源とする方法で測定することが出来る。この場合、乳鉢でシリカを２分間すりつぶし、セル厚み（光路長）２ｍｍ、セル窓材がＰＥＴ樹脂フィルムの溶液セルに充填して体積減少が無くなるまでタッピングした後、測定時間５００秒で透過光強度を測定する。この透過光強度を空セルの透過光強度で規格化して透過率とする。各サンプルについて異なる場所で３回透過率を測定し、３回の平均値を測定値とする。
【００１５】
また、上記の最頻直径（Ｄ_max）は、窒素ガス吸脱着によるＢＥＴ法で測定した等温脱着曲線から、Ｅ． Ｐ． Ｂａｒｒｅｔｔ， Ｌ． Ｇ． Ｊｏｙｎｅｒ， Ｐ． Ｈ． Ｈａｋｌｅｎｄａ， Ｊ． Ａｍｅｒ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．， ｖｏｌ．７３， ３７３ （１９５１） に記載のＢＪＨ法により算出される細孔分布曲線をプロットして求められる。ここで、細孔分布曲線とは、微分細孔容積、すなわち、細孔直径ｄ（ｎｍ）に対する微分窒素ガス吸着量（ΔＶ／Δ（ｌｏｇｄ）を言う。なお、上記のＶは窒素ガス吸着容積を表す。
【００１６】
本発明のシリカは、さらに、その好ましい態様として、従来のゾル−ゲル法によるシリカとは異なった次の▲１▼〜▲５▼に記載した特性を備えている。
【００１７】
▲１▼比表面積と細孔容積とが通常のシリカより大きい。具体的には、細孔容積の値は、通常０．６ｍｌ／ｇ以上、好ましくは０．７ｍｌ／ｇ以上であり、通常１．６ｍｌ／ｇ以下である。比表面積の値は、通常２００ｍ²／ｇ以上、好ましくは３００ｍ²／ｇ以上、更に好ましくは４００ｍ²／ｇ以上、特に好ましくは５００ｍ²／ｇ以上であり、通常１０００ｍ²／ｇ以下、好ましくは９５０ｍ²／ｇ以下、更に好ましくは９００ｍ²／ｇ以下である。これらの細孔容積及び比表面積の値は、窒素ガス吸脱着によるＢＥＴ法で測定される。
【００１８】
▲２▼最頻直径（Ｄ_max）が通常のシリカより小さい。最頻直径（Ｄ_max）は、気体や液体の吸着や吸収に影響を与える特性であり、最頻直径（Ｄ_max）が小さいほど吸着や吸収の性能が高い。従って、種々の特性の中でも最頻直径（Ｄ_max）は、特に触媒担体や吸着剤として使用するシリカにとって重要な物性である。具体的に、本発明のシリカの最頻直径（Ｄ_max）は、通常は２０ｎｍ以下、好ましくは１７ｎｍ以下、更に好ましくは１５ｎｍ以下である。下限は特に制限されないが、通常は２ｎｍ以上である。
【００１９】
▲３▼細孔の径が最頻直径（Ｄ_max）の近辺に揃っているといった多孔特性を有する。すなわち、シャープな細孔分布を有する。具体的には、Ｄ_maxの±２０％の範囲にある細孔の容積が全細孔容積の通常５０％以上、好ましくは６０％以上、更に好ましくは７０％以上である。なお、この上限は特に制限されないが、通常は９０％以下である。
【００２０】
▲４▼前述のＤ_max付近に揃っている細孔の絶対量が多い。具体的には、上記のＢＪＨ法により算出された最頻直径（Ｄ_max）における微分細孔容積ΔＶ／Δ（ｌｏｇｄ）が、通常２ｍｌ／ｇ以上、好ましくは３ｍｌ／ｇ以上、更に好ましくは５ｍｌ／ｇ以上であり、通常２０ｍｌ／ｇ以下、好ましくは１２ｍｌ／ｇ以下である（なお、上式において、ｄは細孔直径（ｎｍ）であり、Ｖは窒素ガス吸着容積である）。
【００２１】
▲５▼高い熱安定性を有する。具体的には、固体Ｓｉ−ＮＭＲでのＱ⁴／Ｑ³の値が通常１．３以上、好ましくは１．５以上である。また、上限は特に規定されないが通常１０以下である。以下、Ｑ⁴／Ｑ³について説明する。
【００２２】
本発明のシリカは前記の示性式で表されるが、構造的には、Ｓｉの四面体の各頂点にＯが結合され、これらのＯに更にＳｉが結合してネット状に広がった構造を有する。そして、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−の繰り返し単位において、Ｏの一部が他の成員（例えば−ＯＨ、−ＯＣＨ₃など）で置換されているものもあり、一つのＳｉに注目した場合、下記式（Ａ）に示す様に４個の−ＯＳｉを有するＳｉ（Ｑ⁴）、下記式（Ｂ）に示す様に３個の−ＯＳｉを有するＳｉ（Ｑ³）等が存在する（下記式（Ａ）及び（Ｂ）では、上記の四面体構造を無視し、Ｓｉ−Ｏのネット構造を平面的に表わしている）。
【００２３】
【化１】

【００２４】
そして、上記Ｑ⁴／Ｑ³の値とは、シリカの、−ＯＳｉが３個結合したＳｉと−ＯＳｉが４個結合したＳｉとのモル比を意味し、この値が高い程、シリカの熱安定性が高いことが知られており、ここから本発明のシリカは、熱安定性に極めて優れていることが判る。対して、結晶性のミセルテンプレートシリカは、Ｑ⁴／Ｑ³の値が１．３を下回ることが多く、熱安定性、特に水熱安定性が低い。
【００２５】
ところで、シリカは、高温条件や吸水条件下において、触媒担体、分離剤、吸着剤などの用途に使用される場合、耐熱性、耐水熱性などの点で優れていることが要求される。本発明のシリカは、ミクロ構造的に高度の均質性を有し、耐熱性、耐水熱性などの点で優れた性能を発揮することが期待される。従って、本発明のシリカは、触媒担体、分離剤、吸着剤などとして特に高温条件や吸水条件下で使用される用途に好適である。
【００２６】
（２）本発明のシリカの製法
本発明のシリカは、従来のゾル−ゲル法とは異なり、シリコンアルコキシドを加水分解すると共に得られたシリカヒドロゾルを縮合してシリカヒドロゲルを形成する加水分解・縮合工程と、当該加水分解・縮合工程に引き続きシリカヒドロゲルを熟成することなく水熱処理する物性調節工程とを包含する方法で製造される。この場合、本発明においては、加水分解・縮合工程で触媒を使用しなくても何ら問題がないため、加水分解・縮合工程は、触媒の不存在下に行なうのが好ましい。
【００２７】
原料のシリコンアルコキシドとしては、炭素数１〜４の低級アルキル基を有するトリまたはテトラアルコキシシランが挙げられる。これらの具体例としては、トリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、トリエトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等が挙げられる。また、これらのオリゴマーも使用することが出来る。シリコンアルコキシドの好ましい例は、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン及びそれらのオリゴマーである。
【００２８】
上記の様なシリコンアルコキシドは、蒸留により容易に精製し得るので、本願のシリカような高純度のシリカの原料として好適である。シリコンアルコキシド中の金属元素（不純物元素）の総含有率は、通常１００ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下である。このようなシリコンアルコキシドを使用して製造することにより、本願のシリカを高純度のものとすることができ、具体的には、シリカの金属不純物の含有率は、通常１００ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下、更に好ましくは１０ｐｐｍ以下、特に好ましくは１ｐｐｍ以下である。
【００２９】
本発明においては、先ず、加水分解・縮合工程において、触媒の不存在下にシリコンアルコキシドを加水分解すると共に得られたシリカヒドロゾルを縮合してシリカヒドロゲルを形成する。
【００３０】
シリコンアルコキシドの加水分解は、シリコンアルコキシド１モルに対して、通常２モル以上、好ましくは３モル以上、特に好ましくは４モル以上、通常２０モル以下、好ましくは１０モル以下、特に好ましくは８モル以下の水を用いて行なう。加水分解により、シリカヒドロゾルとアルコールが生成し、生成したシリカヒドロゾルは逐次縮合してシリカヒドロゲルとなる。
また、加水分解反応の温度は、通常室温以上、好ましくは３０℃以上、中でも好ましくは４０℃以上、更に好ましくは５０℃以上、通常１００℃以下、好ましくは９０℃以下、中でも好ましくは８０℃以下、更に好ましくは７０℃以下である。この加水分解反応は、加圧下で液相を維持することで、より高い温度で行なうことも可能である。
【００３１】
また、加水分解時には必要に応じて、水と相溶性のあるアルコール類等の溶媒の存在下で行なっても良い。具体的には、炭素数１〜３の低級アルコール類、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトン、テトラヒドロフラン、メチルセロルブ、エチルセロルブ、メチルエチルケトン、その他の水と任意に混合できる有機溶媒を任意に用いることができるが、中でも強い酸性や塩基性を示さないものが、均一なシリカヒドロゲルを生成できる理由から好ましい。
【００３２】
これらの溶媒を使用しない場合、本発明のシリカの製造のためには、特に加水分解の際の攪拌速度が重要である。すなわち、シリコンアルコキシドと加水分解用の水は初期には分液しているため、攪拌によりエマルジョン化し、反応を促進させる。
係る条件を満足しない場合には、本発明のシリカを得るのが困難になる。なお、加水分解によりアルコールが生成して液が均一液となり、発熱が収まった後には、均一なヒドロゲルを形成させるために攪拌を停止することが好ましい。
【００３３】
結晶性を示すシリカは、水中熱安定性に乏しくなる傾向にあり、シリカ中に細孔を形成するのに用いられる界面活性剤等のテンプレートの存在下でシリコンアルコキシドを加水分解すると、シリカは容易に結晶構造を含むものとなる。従って、本発明においては、界面活性剤等のテンプレートの非存在下で、すなわち、これらがテンプレートとしての機能を発揮するほどの量は存在しない条件下で加水分解するのが好ましい。
【００３４】
加水分解の反応時間は、反応液組成（シリコンアルコキシドの種類や、水とのモル比）並びに反応温度に依存し、ゲル化するまでの時間が異なるので、一概には規定されないが、シリカヒドロゲルの破壊応力が６ＭＰａを超えない時間である。なお、反応系に触媒として、酸、アルカリ、塩類などを添加することで加水分解を促進させることができる。しかしながら、かかる添加物の使用は、生成したヒドロゲルの熟成を引き起こすことになるので、本発明のシリカの製造においてはあまり好ましくない。
【００３５】
上記のシリコンアルコキシドの加水分解反応では、シリコンアルコキシドが加水分解してシリケートが生成するが、引き続いて該シリケートの縮合反応が起こり、反応液の粘度が上昇し、最終的にゲル化してシリカヒドロゲルとなる。
【００３６】
次いで、本発明では、物性調節工程として、上記の加水分解・縮合工程に引き続きシリカヒドロゲルを実質的に熟成することなく水熱処理する。すなわち、熟成によりシリカヒドロゲルの硬さは上昇するが、本発明にかかる上記物性調節工程では、上記の加水分解・縮合工程に引続き、直ちに水熱処理するのである。
シリコンアルコキシドを加水分解すると、軟弱なシリカヒドロゲルが生成し、従来のゾル−ゲル法では、この軟弱なシリカヒドロゲルを安定して熟成させたり、乾燥したりしてから水熱処理するが、このような方法では、最終的に細孔特性の制御された、本発明で規定する物性範囲のシリカを製造することは困難である。
【００３７】
上記にある、加水分解により生成したシリカのヒドロゲルを、実質的に熟成することなく、直ちに水熱処理を行なうということは、シリカのヒドロゲルが生成した直後の軟弱な状態が維持されたままで、次の、水熱処理に供するようにするということを意味する。
具体的には、シリカヒドロゲルが生成した時点から、一般的には１０時間以内に水熱処理することが好ましく、中でも８時間以内、更には６時間以内、特に４時間以内にシリカヒドロゲルを水熱処理することが好ましい。
【００３８】
また工業用プラント等に於いては、大量に生成したシリカヒドロゲルを一旦サイロ等に貯蔵し、その後水熱処理を行う場合が考えられる。この様な場合、シリカヒドロゲルは、シリカヒドロゲルが生成してから水熱処理に供されるまでの時間、いわゆる放置時間が、上述の範囲を超える場合が考えられる。この様な場合には、熟成が実質的に生じないように、サイロ内での静置中に、例えばシリカヒドロゲル中の液体成分が乾燥しないようにすればよい。
【００３９】
具体的には例えば、サイロ内を密閉したり、湿度を調節すればよい。また、水やその他の溶媒にシリカヒドロゲルを浸した状態で、シリカヒドロゲルを静置してもよい。
静置の際の温度はできるだけ低くすることが好ましく、例えば５０℃以下、中でも３５℃以下、特に３０℃以下で静置することが好ましい。また熟成が実質的に生じないようにする別の方法としては、シリカヒドロゲル中のシリカ濃度が低くなるように、予め原料組成を制御してシリカヒドロゲルを調製する方法が挙げられる。
【００４０】
シリカヒドロゲルを実質的に熟成せずに水熱処理することにより奏する効果と、この効果が得られる理由を考察すると、以下のことが考えられる。
つまり、シリカヒドロゲルを熟成させると、−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−結合によるマクロ的網目構造が、シリカヒドロゲル全体に形成されると考えられる。この網目構造がシリカヒドロゲル全体に有ることで、水熱処理の際、この網目構造が障害となり、メソポーラスの形成が困難となることが考えられる。よって本発明では、シリカヒドロゲルを熟成することなく、水熱処理を行うことが重要である。
なお、シリカヒドロゲル中のシリカ濃度が低くなるように、予め原料組成を制御して得られたシリカヒドロゲルは、静置中に生ずるシリカヒドロゲルにおける架橋の進行を抑制できる。その為、シリカヒドロゲルが熟成しないと考える。
【００４１】
シリコンアルコキシドの加水分解反応系に酸、アルカリ、塩類等を添加すること、または該加水分解反応の温度を厳しくし過ぎることなどは、ヒドロゲルの熟成を進行させるため好ましくない。また、加水分解後の後処理における水洗、乾燥、放置などにおいて、必要以上に温度や時間をかけるべきではない。
【００４２】
ヒドロゲルの熟成状態を具体的に確認する手段としては、後述の実施例に示すような方法で測定したヒドロゲルの硬度を参考にすることができる。即ち、破壊応力が、通常６ＭＰａ以下、好ましくは３ＭＰa以下、更に好ましくは２ＭＰａ以下の柔らかい状態のヒドロゲルを水熱処理することで、本発明で規定する物性範囲のシリカを得ることができる。
【００４３】
この水熱処理の条件としては、水の状態が液体、気体のいずれでもよく、溶媒や他の気体によって希釈されていてもよいが、好ましくは液体の水をシリカのヒドロゲルに加えてスラリー状として行なう。使用する水の量は、シリカのヒドロゲルに対して、通常０．１重量倍以上、好ましくは０．５重量倍以上、特に好ましくは１重量倍以上、また、通常１０重量倍以下、好ましくは５重量倍以下、特に好ましくは３重量倍以下である。水熱処理の温度は、通常４０℃以上、好ましくは５０℃以上、また、通常２５０℃以下、好ましくは２００℃以下である。また、水熱処理の時間は、通常０．１時間以上、好ましくは１時間以上、また、通常１００時間以下、好ましくは１０時間以下である。
【００４４】
なお、水熱処理に使用される水には低級アルコール類、メタノール、エタノール、プロパノールや、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）やジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、その他の有機溶媒などが含まれてもよい。また、メンブランリアクターなどを作る目的で、シリカを膜状あるいは層状に粒子、基板、あるいは管などの基体上に形成させた材料の場合にも、この水熱処理方法は適用される。なお、加水分解反応の反応器を用い、続けて温度条件変更により水熱処理を行なうことも可能であるが、加水分解反応とその後の水熱処理では最適条件が通常は異なっているため、この方法で本発明のシリカを得ることは一般的には難しい。
【００４５】
以上の水熱処理条件において温度を高くすると、得られるシリカの細孔径、細孔容積が大きくなる傾向がある。水熱処理温度としては、１００〜２００℃の範囲であることが好ましい。また、処理時間とともに、得られるシリカの比表面積は、一度極大に達した後、緩やかに減少する傾向がある。以上の傾向を踏まえて、所望の物性値に応じて条件を適宜選択する必要があるが、水熱処理は、シリカの物性を変化させる目的なので、通常、前記の加水分解の反応条件より高温条件とすることが好ましい。
【００４６】
水熱処理の温度、時間を上記範囲外に設定すると本発明のシリカを得ることが困難となる。例えば、水熱処理の温度が高すぎると、シリカの細孔径、細孔容積が大きくなりすぎ、また、細孔分布も広がる。逆に、水熱処理の温度が低過ぎると、生成するシリカは、架橋度が低く、熱安定性に乏しくなり、細孔分布にピークが発現しなくなったり、前述した固体Ｓｉ−ＮＭＲにおけるＱ⁴／Ｑ³値が極端に小さくなったりする。
【００４７】
なお、水熱処理をアンモニア水中で行なうと、純水中で行なう場合よりも低温で同様の効果が得られる。また、アンモニア水中で水熱処理すると、純水中で処理する場合と比較して、最終的に得られるシリカゲルは一般に疎水性となるが、通常３０℃以上、好ましくは４０℃以上、また、通常２５０℃以下、好ましくは２００℃以下という比較的高温で水熱処理すると、特に疎水性が高くなる。ここでのアンモニア水のアンモニア濃度としては、好ましくは０．００１％以上、特に好ましくは０．００５％以上、または、好ましくは１０％以下、特に好ましくは５％以下である。
【００４８】
ここで、Ｘ線透過率Ｔが前記の式（Ｉ）で示される所定値Ｆ（＝４．９８ｌｎ（Ｄ_max）−７．５０）よりも大きい値（好ましくは３％以上、より好ましくは５％以上大きい値）のシリカ（ミクロ構造的な均質性に優れるシリカ）の製造のためには、特に、水熱処理の際、反応系内の温度が５時間以内に目的温度に達する様に、速い昇温速度条件、具体的には槽に充填して処理される場合、昇温開始から目標温度到達までの平均昇温速度が０．１〜１００℃／ｍｉｎ、中でも０．１〜３０℃／ｍｉｎ、特に０．２〜１０℃／ｍｉｎを採用するのが好ましい。熱交換器などを利用した昇温方法、あらかじめ作っておいた熱水を仕込む方法なども昇温速度を短縮することができて、好ましい。また昇温速度が上記範囲ならば、段階的に昇温を行ってもよい。
【００４９】
反応系内の温度が目的温度に達するまでに長時間を要した場合は、昇温中にシリカヒドロゲルの熟成が進み、ミクロ構造的な均質性が低下する恐れがある。上記の目的温度に達するまでの昇温時間は、好ましくは４時間以内、更に好ましくは３時間以内である。昇温時間の短縮化のため、水熱処理に使用する水を予熱することも出来る。
【００５０】
さて、水熱処理されたシリカヒドロゲルは、通常４０℃以上、好ましくは６０℃以上、また、通常２００℃以下、好ましくは１２０℃以下で乾燥する。乾燥方法は特に限定されるものではなく、バッチ式でも連続式でもよく、且つ、常圧でも減圧下でも乾燥することができる。必要に応じ、原料のシリコンアルコキシドに由来する炭素分が含まれている場合には、通常４００〜６００℃で焼成除去することができる。また、表面状態をコントロールするため、最高９００℃の温度で焼成することもある。更に、必要に応じて粉砕、分級することで、最終的に目的としていた本発明のシリカを得る。
【００５１】
（３）本発明のシリカの用途
本発明のシリカは、従来からのシリカの用途の他、いかなる用途においても利用することができる。このうち従来の用途としては、以下のようなものが挙げられる。
【００５２】
例えば、産業用設備で製品の製造及び処理に用いられる用途分野においては、各種触媒及び触媒担体（酸塩基触媒、光触媒、貴金属触媒等）、廃水・廃油処理剤、臭気処理剤、ガス分離剤、工業用乾燥剤、バイオリアクター、バイオセパレーター、メンブランリアクター等の用途が挙げられる。建材用途では、調湿剤、防音・吸音材、耐火物、断熱材等の用途が挙げられる。また、空調分野の用途では、デシカント空調機用調湿剤、ヒートポンプ用蓄熱剤等が挙げられる。塗料・インク用途分野においては、艶消し剤、粘度調整剤、色度調整剤、沈降防止剤、消泡剤、インク裏抜け防止剤、スタンピングホイル用、壁紙用等の用途が挙げられる。樹脂用添加剤用途分野においては、フィルム用アンチブロッキング剤（ポリオレフィンフィルム等）、プレートアウト防止剤、シリコーン樹脂用補強剤、ゴム用補強剤（タイヤ用・一般ゴム用等）、流動性改良材、パウダー状樹脂の固結防止剤、印刷適性改良剤、合成皮革やコーティングフィルム用の艶消し剤、接着剤・粘着テープ用充填剤、透光性調整剤、防眩性調整剤、多孔性ポリマーシート用フィラー等の用途が挙げられる。また、製紙用途分野においては、感熱紙用フィラー（カス付着防止剤等）、インクジェット紙画像向上用フィラー（インク吸収剤等）、ジアゾ感光紙用フィラー（感光濃度向上剤等）、トレーシングペーパー用筆記性改良剤、コート紙用フィラー（筆記性、インク吸収性、アンチブロッキング性改良剤等）、静電記録用フィラー等の用途が挙げられる。食品用途分野においては、ビール用濾過助剤、醤油・清酒・ワイン等発酵製品のおり下げ剤、各種発酵飲料の安定化剤（混濁因子タンパクや酵母の除去等）、食品添加剤、粉末食品の固結防止剤等の用途が挙げられる。医農薬分野においては、薬品等の打錠助剤、粉砕助剤、分散・医薬用担体（分散・徐放・デリバリー性改善等）、農薬用担体（油状農薬キャリア・水和分散性改善、徐放・デリバリー性改善等）、医薬用添加剤（固結防止剤・粉粒性改良剤等）・農薬用添加剤（固結防止剤・沈降防止剤等）等が挙げられる。分離材料分野では、クロマトグラフィー用充填剤、分離剤、フラーレン分離剤、吸着剤（タンパク質・色素・臭等）、脱湿剤等の用途が挙げられる。農業用分野では、飼料用添加剤、肥料用添加剤が挙げられる。さらにその他の用途として、生活関連分野では、調湿剤、乾燥剤、化粧品添加剤、抗菌剤、消臭・脱臭・芳香剤、洗剤用添加剤（界面活性剤粉末化等）、研磨剤（歯磨き用等）、粉末消火剤（粉粒性改良剤・固結防止剤等）、消泡剤、バッテリーセパレーター等が挙げられる。
【００５３】
特に、本発明のシリカは、同等の細孔径を持つ従来のシリカと比較して細孔容積及び比表面積が大きいため、高い吸着・吸収容量を有し、精密な細孔制御も可能である。従って、上に挙げた用途の中でも、特に優れた耐熱性や耐水熱性が要求されるとともに、制御された細孔特性や、長期にわたって物性変化の少ないことが要求される分野において、好適に用いることができる。
【００５４】
また、本発明のシリカは、５０μｍ以下の粒径が要求され、精密に制御された細孔特性と安定した物性が要求される分野においても、好適に使用される。一般的に、シリカを平均粒径５０μｍ以下にすると、単位重量当たりの外表面積が増加し、且つ粒界にも各種物質を吸着・吸収することができるようになるため、吸着・吸収性能が更に高くなる。すなわち、本発明のシリカの粒径を小さくすることによって、本発明のシリカが既に持つ高細孔容積、高比表面積、シャープな細孔分布、高純度で物性変化が少ない等の各種の特徴を発展させ、更に吸着・吸収性に優れたシリカとすることができる。
【００５５】
本発明のシリカをこうした分野に使用する場合、平均粒径はその分野で要求される値に応じて調整すればよいが、通常５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下、特に好ましくは５μｍ以下として使用される。下限としては特に制限は無いが、好ましくは０．１μｍ以上である。このように粒径の小さなシリカの用途としては、各種吸着剤、樹脂用充填剤、インクジェット紙用インク吸収剤、フィルム用アンチブロッキング剤、飲料用濾過助剤、各種触媒担体など様々なものがある。例えば、平均粒径５μｍ以下の本発明のシリカはインク吸収速度が速く、吸油性能が高いためインクジェット紙用吸収剤として有用である。
【００５６】
一方、本発明のシリカは、平均粒径を大きくしても好ましい。平均粒径を大きくすることによって、本発明のシリカは、上述した高比表面積、高細孔容積、細孔分布がシャープ、高純度で物性変化が少ない等の特徴と、大きな粒子特有の特徴とを併せ持つことになり、その双方を要求される分野において極めて有用となる。例えば、平均粒径が大きなシリカは、光の散乱が小さくなり、光学用途のガラス体として用いることが可能になる。
【００５７】
具体的には、本発明のシリカは、５００μｍ以上の粒径が要求され、精密に制御された細孔特性と安定した物性が要求される分野においても、好適に使用される。本発明のシリカをこうした分野に使用する場合、平均粒径はその分野で要求される値に応じて調整すればよいが、通常５００μｍ以上、好ましくは５ｍｍ以上として使用される。また、上限としては特に制限は無いが、好ましくは５ｃｍ以下である。例えば、平均粒径５００μｍ以上の本発明のシリカは、制御されたナノ細孔を有するため、この細孔を利用して光学的に有用な色素、金属、光触媒、フォトクロミック化合物、その他の光機能性材料を細孔径に応じた一定の大きさで担持することができ、機能性光学材料として有用である。一般に、平均粒径の大きい粒子を、粗大な割れを生じることなくして製造することは難しいが、本発明のシリカは均質な構造を持ち、水熱処理等の体積変化を伴う処理によっても粗大な割れが生じることが少なく、制御された細孔特性を有し、かつ比較的平均粒径の大きな製品を得ることが可能である。
【００５８】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下の例において使用した評価方法は次の通りである。
【００５９】
（１）シリカ分析方法
（１−１） シリカヒドロゲルの硬度測定：
プローブ（直径５ｍｍのステンレス製丸棒）が装着されたデジタルフォースゲージ（株式会社エイ・アンド・ディー社製、型式：ＡＤ−４９３５）を使用して測定した。すなわち、容器中に保持されたシリカヒドロゲル中にプローブを徐々に押し込み、シリカヒドロゲルが圧縮されて破壊される迄の間に示される最大の応力値（破壊応力）を測定し、シリカヒドロゲルの硬度とした。
【００６０】
（１−２）シリカの細孔容積および比表面積：
カンタクローム社製「ＡＳ−１」にてＢＥＴ窒素吸着等温線を測定し、細孔容積および比表面積を求めた。細孔容積は相対圧Ｐ／Ｐ₀＝０．９８のときの値を採用した。また、比表面積は、Ｐ／Ｐ₀＝０．１，０．２，０．３の３点の窒素吸着量よりＢＥＴ多点法を使用して算出した。
【００６１】
（１−３）シリカのＤ_maxにおける微分細孔容積：
上述したＢＪＨ法により細孔分布曲線及び最頻直径（Ｄ_max）における微分細孔容積を求めた。測定する相対圧の各点の間隔は０．０２５とした。
【００６２】
（１−４）固体Ｓｉ−ＮＭＲ（Ｑ⁴ ／Ｑ³ 値）：
Ｂｒｕｋｅｒ社製固体ＮＭＲ装置（「ＭＳＬ３００」）を使用し、共鳴周波数５９．２ＭＨｚ（７．０５テスラ）、７ｍｍのサンプルチューブを使用し、ＣＰ／ＭＡＳ（Ｃｒｏｓｓ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ／ Ｍａｇｉｃ Ａｎｇｌｅ Ｓｐｉｎｎｉｎｇ）プローブの条件で測定した。具体的な測定条件を下の表１に示す。
【表１】

【００６３】
測定データの解析（Ｑ⁴，Ｑ³ピーク位置の決定）は、ピーク分割によって各ピークを抽出する方法で行なう。具体的には、ガウス関数を使用した波形分離解析を行なう。この解析には、サーモガラテック（Thermogalatic）社製の波形処理ソフト「ＧＲＡＭＳ３８６」を使用することが出来る。この様にピーク分割により求めたＱ⁴，Ｑ³の各ピーク面積を用い、その比（Ｑ⁴／Ｑ³）を求めた。
【００６４】
（１−５）金属不純物の含有量：
試料２．５ｇにフッ酸を加えて加熱し、乾涸させた後、水を加えて５０ｍｌとした。この水溶液について誘導結合高周波プラズマ分光分析（ＩＣＰ分析）を行った。なお、ナトリウム及びカリウムはフレーム炎光法で分析した。
【００６５】
（１−６）シリカのＸ線透過率：
理学電気社製ＲＡＤ−Ｂ装置を使用し、上述した方法により測定した。
【００６６】
（１−７）シリカの耐熱性試験：
試料５ｇを石英ビーカーに入れ、電気炉中、空気雰囲気下にて２００℃／時間（ｈｒ）で１０００℃まで昇温させて１時間保持した後、直ちにビーカーを室温に取り出し、放冷した。この試料につきＢＥＴ法で比表面積を測定した。
【００６７】
（１−８）シリカの水中熱安定性試験：
試料に純水を加えて４０重量％のスラリーを調製した。容積６０ｍｌのステンレススチール製のミクロボンベにスラリー約４０ｍｌを入れて密封し、２８０±１℃のオイルバス中に３日間浸漬した。ミクロボンベからスラリーの一部を抜出し、５Ａ濾紙で濾過した。回収した濾滓を１００℃で５時間真空乾燥した。この試料について比表面積を測定した。
【００６８】
実施例１：
上部に大気開放の水冷コンデンサが具備された５Ｌセパラブルフラスコ（ジャケット付き）に、純水１０００ｇを仕込んだ。攪拌翼先端速度２．５ｍ／ｓ（秒）で撹拌しながら、これにテトラメトキシシラン１４００ｇを３分間かけて仕込んだ。水／テトラメトキシシランのモル比は約６である。セパラブルフラスコのジャケットには５０℃の温水を通水した。引き続き撹拌を継続し、内容物が沸点に到達した時点で、撹拌を停止した。引き続き、約０．５時間、ジャケットに５０℃の温水を通水して生成したゾルをゲル化させた。得られたゲルの硬度は１．５ＭＰａであった。
【００６９】
その後、速やかにゲルを取り出し、目開き６００ミクロンのナイロン製網を通してゲルを粉砕し、粉体状のウェットゲル（シリカヒドロゲル）を得た。このヒドロゲル４５０ｇと純水４５０ｇを１Ｌのガラス製オートクレーブに仕込み、３℃／ｍｉｎ．の速度で１３０℃まで昇温し、同温度に３時間保持して水熱処理を行なった。その後、Ｎｏ．５Ａ濾紙で濾過し、濾滓を水洗することなく１００℃で恒量となるまで減圧乾燥した。得られたシリカの金属不純物濃度の測定結果は、ナトリウム０．２ｐｐｍ、カリウム０．１ｐｐｍ、カルシウム０．２ｐｐｍで、マグネシウム、アルミニウム、チタン及びジルコニウムは検出されなかった。その他の諸物性を表２及び表３に示す。
【００７０】
また、本発明のシリカの品質のバラツキを確認するため、上記と同一条件によるシリカの製造を更に２回繰り返して行ない、各シリカの細孔容積を測定し、合計３ロットの測定結果を表４に纏めて示した。
【００７１】
実施例２：
実施例１において、３℃／ｍｉｎ．の速度で１５０℃まで昇温し、同温度に３時間保持して水熱処理を行なった以外は、実施例１と同様にしてシリカを得た。物性測定の結果を表２及び表３に示す。
【００７２】
実施例３：
実施例１において、３℃／ｍｉｎ．の速度で２００℃まで昇温し、同温度に３時間保持して水熱処理を行なった以外は、実施例１と同様にしてシリカを得た。物性測定の結果を表２及び表３に示す。
【００７３】
実施例４：
実施例１において、０．１℃／ｍｉｎ．の速度で１３０℃まで昇温し、同温度に３時間保持して水熱処理を行なった以外は、実施例１と同様にしてシリカを得た。物性測定の結果を表２及び表３に示す。
【００７４】
比較例１及び２
本発明のシリカと通常の市販シリカとの比較のため、通常のシリカとして、富士シリシア化学（株）製の触媒担体用シリカ「ＣＡＲＩＡＣＴ Ｇシリーズ」の「Ｇ−６」及び「Ｇ−１０」（破砕状）を使用し、それぞれ、比較例１及び２とした。これらのシリカの金属不純物濃度の測定結果は、ナトリウム１７０ｐｐｍ、マグネシウム３１ｐｐｍ、アルミニウム１５ｐｐｍ、カリウム２３ｐｐｍ、カルシウム１６０ｐｐｍ、チタン２６０ｐｐｍ、ジルコニウム４４ｐｐｍであった。その他の諸物性を表２及び表３に示す。
【００７５】
また、シリカの品質のバラツキを確認するため、合計３ロットの細孔容積を測定し、その結果を表４に纏めて示した。
【００７６】
【表２】

【００７７】
【表３】

【００７８】
【表４】

【００７９】
【発明の効果】
以上説明した本発明のシリカによれば、そのＸ線透過率Ｔ（％）が、零よりも大きく、且つ、所定値Ｆ（＝４．９８ｌｎ（Ｄ_max）−７．５０、Ｄ_max：シリカの細孔の最頻直径（ｎｍ））よりも大きいので、ミクロ構造的に高度の均質性を有し、したがって、耐熱性、耐水熱性などの点で優れた性能を発揮することが予測され、特に触媒担体や吸着剤として好適に使用することができ、本発明の工業的価値は大きい。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to silica, and particularly relates to silica that is particularly suitable as a catalyst support or an adsorbent.
[0002]
[Prior art]
Silica has been widely used as a desiccant for a long time, but recently its use has expanded to catalyst carriers, separating agents, adsorbents, etc., and the demands on the performance of silica vary according to the spread of such applications. It has become. The performance of silica is determined by physical properties such as the surface area, pore diameter, pore volume, and pore size distribution of silica, but these physical properties are greatly influenced by the production conditions of silica.
[0003]
Silica is a substance represented by the characteristic formula of SiO ₂ · nH ₂ O, and shows both silicic anhydride and hydrous silicic acid. Examples of silicic acid anhydride include quartz, tridymite, cristobalite, corsite, stishovite, and quartz glass. In addition to the so-called amorphous “silica gel” obtained by gelling and drying the silica hydrosol, the hydrous silicic acid is formed using colloidal silica, silicate oligomer, and organic matter as a template, for example, manufactured by Mobil Corporation. : Silica of a type such as MCM-41 (so-called micelle template type silica). Examples of the raw material for “silica gel” include water glass and alkoxysilanes.
[0004]
A general method for producing silica gel is roughly divided into a method using water glass as a raw material and a method using silicon alkoxide (both are methods well known to those skilled in the art), but silicon alkoxide is used. The method has an advantage that silica alkoxide having a low content of metal impurities can be obtained relatively easily because the raw material silicon alkoxide can be purified by distillation or the like.
[0005]
The method of using an alkoxide as a raw material basically includes a hydrolysis / condensation step of hydrolyzing silicon alkoxide in the presence of a catalyst and condensing the obtained silica hydrosol to form a silica hydrogel. And a physical property adjusting step of hydrothermally treating the silica hydrogel.
[0006]
In the hydrolysis / condensation step, an acid (sulfuric acid, hydrochloric acid or nitric acid) is used as a catalyst, and an aging step is provided before the physical property adjustment step (hydrothermal treatment). Therefore, it is said that physical properties such as silica gel strength can be improved. Such a method is called a sol-gel method and is known to those skilled in the art.
[0007]
By the way, the macroscopic structure of silica gel is well known, and it is known that silica colloidal spherical particles have a close and continuous three-dimensional structure in close contact with each other, but the microscopic structure is still fully elucidated. It has not been.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a silica having a novel structure which is not conventionally known in terms of microstructure.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors have obtained silica having a high microstructural homogeneity. The homogeneity of the microstructure of silica can be evaluated by the relationship between the X-ray transmittance T (%) of silica and the mode diameter (D _max ) of silica pores. Hereinafter, the relationship between the homogeneity of the silica microstructure and the X-ray transmittance T (%) of the silica will be described in detail.
That is, the pores of silica are formed by being surrounded by spherical particles of silica colloid, but at this time, a difference occurs in the aggregated state of clusters of silica colloid forming the spherical particles. Such a difference occurs depending on the silica production method, and there are cases where the homogeneity is high and low (aggregation state). And the homogeneity of the clustered state of such clusters can be evaluated by the X-ray transmittance of silica. However, the homogeneity of the clustered state of clusters depends on the mode diameter (D _max ), and thus the above evaluation. Must be performed under conditions of a constant mode diameter (D _max ).
[0010]
The present invention has been completed by further research based on the above findings. The gist of the present invention is that the X-ray transmittance of silica is T (%), and the mode diameter of silica pores is D _max ( nm: when a nanometer), the above X-ray transmittance T is greater than zero (T> 0), and, much larger than the predetermined value F represented by the following formula (I) (T> F ) , Having a specific surface area of 200 to 1000 m ² / g, a pore volume of 0.6 to 1.6 ml / g, and a mode diameter (D _max ) of 20 nm or less. Exist.
F = 4.98ln ( _Dmax ) -7.50 (I)
Silica satisfying such conditions is judged to have a higher microstructural homogeneity than conventional silica.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
(1) Features of the silica of the present invention The silica of the present invention is hydrous silicic acid, and is represented by the SiO ₂ .nH ₂ O characteristic formula. In the present invention, the effect is particularly remarkable in “silica gel” or micelle template type silica among silica.
The greatest feature of the silica of the present invention is that the above X-ray transmission is obtained when the X-ray transmittance of silica is T (%) and the mode diameter of silica pores is D _max (nm: nanometer). The rate T (%) is larger than zero (T> 0) and larger than the predetermined value F shown in the above formula (I) (T> F).
[0012]
That is, the silica of the present invention is presumed to have a high degree of homogeneity in terms of microstructure because of the high homogeneity of the cluster state of silica colloid clusters forming spherical particles. In the present invention, the X-ray transmittance T (%) of silica is preferably 3% or more than the predetermined value F (= 4.98 ln (D _max ) -7.50) of the above formula (I). It is a large value (T ≧ 1.03 × F), and preferably 5% or more (T ≧ 1.05 × F).
In the silica of the present invention, the maximum value of the X-ray transmittance T (%) is usually about 20%.
[0013]
Thus, since the silica of the present invention has a high degree of homogeneity in terms of microstructure, it exhibits particularly excellent performance in terms of heat resistance and hydrothermal resistance. In addition, there is also a characteristic that there is no quality variation in the product lot. The reason why such characteristics are exhibited is not necessarily clear, but is estimated as follows. In other words, the high degree of homogeneity in terms of microstructure is thought to be due to the fact that the reaction rate in the hydrolysis / condensation process (especially the rate of the condensation reaction) is appropriate. When the condensation step is performed, it is presumed that silica having stable properties is formed without being affected by, for example, a change in stirring speed depending on the location in the reactor.
[0014]
The X-ray transmittance T (%) can be measured by a method using, for example, a RAD-B apparatus manufactured by Rigaku Corporation and using CuKα rays as a radiation source. In this case, silica is ground for 2 minutes in a mortar, the cell thickness (optical path length) is 2 mm, the cell window material is filled in the solution cell of the PET resin film, and tapped until the volume does not decrease, and then the transmitted light intensity is measured in 500 seconds. Measure. The transmitted light intensity is normalized by the transmitted light intensity of the empty cell to obtain the transmittance. The transmittance is measured three times at different locations for each sample, and the average of the three times is taken as the measured value.
[0015]
The mode diameter (D _max ) is calculated from the isothermal desorption curve measured by the BET method by nitrogen gas adsorption / desorption from E.E. P. Barrett, L.M. G. Joyner, P.M. H. Hacklenda, J.H. Amer. Chem. Soc. , Vol. 73, 373 (1951), the pore distribution curve calculated by the BJH method is plotted. Here, the pore distribution curve means the differential pore volume, that is, the differential nitrogen gas adsorption amount (ΔV / Δ (logd)) with respect to the pore diameter d (nm), where V is the nitrogen gas adsorption volume. Represents.
[0016]
The silica of the present invention further has, as a preferred embodiment, the characteristics described in the following (1) to (5), which are different from those of the conventional sol-gel method.
[0017]
(1) Specific surface area and pore volume are larger than ordinary silica. Specifically, the value of the pore volume is usually 0.6 ml / g or more, preferably 0.7 ml / g or more, and usually 1.6 ml / g or less. The value of the specific surface area is usually 200 m ² / g or more, preferably 300 m ² / g or more, more preferably 400 m ² / g or more, particularly preferably 500 m ² / g or more, and usually 1000 m ² / g or less, preferably It is 950 m < ² > / g or less, More preferably, it is 900 m < ² > / g or less. These pore volume and specific surface area values are measured by the BET method by nitrogen gas adsorption / desorption.
[0018]
(2) The mode diameter (D _max ) is smaller than that of ordinary silica. The mode diameter (D _max ) is a characteristic that affects the adsorption and absorption of gases and liquids. The smaller the mode diameter (D _max ), the higher the performance of adsorption and absorption. Therefore, the mode diameter (D _max ) among the various characteristics is an important physical property particularly for silica used as a catalyst support or an adsorbent. Specifically, the mode diameter (D _max ) of the silica of the present invention is usually 20 nm or less, preferably 17 nm or less, more preferably 15 nm or less. Although a minimum in particular is not restrict | limited, Usually, it is 2 nm or more.
[0019]
(3) It has a porous characteristic that the diameters of the pores are aligned in the vicinity of the most frequent diameter (D _max ). That is, it has a sharp pore distribution. Specifically, the volume of pores in the range of ± 20% of D _max is usually 50% or more, preferably 60% or more, more preferably 70% or more of the total pore volume. The upper limit is not particularly limited, but is usually 90% or less.
[0020]
(4) The absolute amount of pores arranged in the vicinity of D _max described above is large. Specifically, the differential pore volume ΔV / Δ (logd) at the mode diameter (D _max ) calculated by the BJH method is usually 2 ml / g or more, preferably 3 ml / g or more, more preferably 5 ml. / G or more, usually 20 ml / g or less, preferably 12 ml / g or less (where, d is the pore diameter (nm) and V is the nitrogen gas adsorption volume).
[0021]
(5) High thermal stability. Specifically, the value of Q ⁴ / Q ^{3 in} solid-state Si-NMR is usually 1.3 or more, preferably 1.5 or more. The upper limit is not particularly specified, but is usually 10 or less. Hereinafter, Q ⁴ / Q ³ will be described.
[0022]
The silica of the present invention is represented by the above-described formula, but structurally, O is bonded to each vertex of the Si tetrahedron, and Si is further bonded to these Os to expand in a net shape. Have In some repeating units of Si—O—Si—O—, some of O is substituted with other members (for example, —OH, —OCH _3, etc.). As shown in the following formula (A), there are Si (Q ⁴ ) having ⁴ —OSi, Si (Q ³ ) having 3 —OSi as shown in the following formula (B), etc. In (A) and (B), the above tetrahedral structure is ignored, and the Si—O net structure is represented in a plane).
[0023]
[Chemical 1]

[0024]
The value of Q ⁴ / Q ³ means the molar ratio of Si in which three —OSi bonds are bonded to Si in which four —OSi bonds are bonded. The higher this value, the higher the heat of silica. It is known that the stability is high, and it can be seen from this that the silica of the present invention is extremely excellent in thermal stability. On the other hand, crystalline micelle template silica often has a Q ⁴ / Q ³ value of less than 1.3 and has low thermal stability, particularly hydrothermal stability.
[0025]
By the way, silica is required to be excellent in terms of heat resistance and hydrothermal resistance when used in applications such as a catalyst carrier, a separating agent, and an adsorbent under high temperature conditions and water absorption conditions. The silica of the present invention has a high degree of homogeneity in terms of microstructure, and is expected to exhibit excellent performance in terms of heat resistance and hydrothermal resistance. Accordingly, the silica of the present invention is particularly suitable for applications that are used as a catalyst carrier, a separating agent, an adsorbent, etc., under high temperature conditions or water absorption conditions.
[0026]
(2) Production method of silica of the present invention Unlike the conventional sol-gel method, the silica of the present invention hydrolyzes silicon alkoxide and condenses the obtained silica hydrosol to form a silica hydrogel. It is produced by a method including a condensation step and a physical property adjusting step of hydrothermally treating the silica hydrogel without aging following the hydrolysis / condensation step. In this case, in the present invention, there is no problem even if a catalyst is not used in the hydrolysis / condensation step. Therefore, the hydrolysis / condensation step is preferably performed in the absence of the catalyst.
[0027]
Examples of the raw material silicon alkoxide include tri- or tetraalkoxysilane having a lower alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Specific examples thereof include trimethoxysilane, tetramethoxysilane, triethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetrabutoxysilane. Moreover, these oligomers can also be used. Preferred examples of the silicon alkoxide are tetramethoxysilane, tetraethoxysilane and oligomers thereof.
[0028]
Since the silicon alkoxide as described above can be easily purified by distillation, it is suitable as a raw material for high-purity silica such as silica of the present application. The total content of metal elements (impurity elements) in the silicon alkoxide is usually 100 ppm or less, preferably 10 ppm or less. By using such a silicon alkoxide, the silica of the present application can be made to have a high purity. Specifically, the content of metal impurities in silica is usually 100 ppm or less, preferably 50 ppm or less. More preferably, it is 10 ppm or less, and particularly preferably 1 ppm or less.
[0029]
In the present invention, first, in the hydrolysis / condensation step, silicon alkoxide is hydrolyzed in the absence of a catalyst and the silica hydrosol obtained is condensed to form a silica hydrogel.
[0030]
The hydrolysis of the silicon alkoxide is usually 2 mol or more, preferably 3 mol or more, particularly preferably 4 mol or more, usually 20 mol or less, preferably 10 mol or less, particularly preferably 8 mol or less with respect to 1 mol of silicon alkoxide. Of water. By hydrolysis, silica hydrosol and alcohol are produced, and the produced silica hydrosol is sequentially condensed into a silica hydrogel.
The temperature of the hydrolysis reaction is usually room temperature or higher, preferably 30 ° C. or higher, particularly preferably 40 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. or higher, usually 100 ° C. or lower, preferably 90 ° C. or lower, particularly preferably 80 ° C. or lower. More preferably, it is 70 degrees C or less. This hydrolysis reaction can be performed at a higher temperature by maintaining the liquid phase under pressure.
[0031]
Further, the hydrolysis may be performed in the presence of a solvent such as alcohol having compatibility with water, if necessary. Specifically, lower alcohols having 1 to 3 carbon atoms, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, acetone, tetrahydrofuran, methyl cellolbu, ethyl cellolb, methyl ethyl ketone, and other organic solvents that can be arbitrarily mixed with water can be arbitrarily used. Among them, those that do not exhibit strong acidity or basicity are preferable because a uniform silica hydrogel can be produced.
[0032]
When these solvents are not used, the stirring speed at the time of hydrolysis is particularly important for the production of the silica of the present invention. That is, since silicon alkoxide and water for hydrolysis are separated at the initial stage, they are emulsified by stirring to promote the reaction.
When such a condition is not satisfied, it becomes difficult to obtain the silica of the present invention. In addition, after alcohol produces | generates by hydrolysis and a liquid turns into a uniform liquid and heat_generation | fever stops, it is preferable to stop stirring in order to form a uniform hydrogel.
[0033]
Silica that exhibits crystallinity tends to have poor thermal stability in water, and when silicon alkoxide is hydrolyzed in the presence of a template such as a surfactant used to form pores in silica, silica is easily Includes a crystal structure. Therefore, in the present invention, it is preferable to hydrolyze in the absence of a template such as a surfactant, that is, in a condition where there is no such an amount that it functions as a template.
[0034]
The reaction time of hydrolysis depends on the composition of the reaction solution (type of silicon alkoxide and molar ratio with water) and the reaction temperature, and the time until gelation differs. This is the time when the fracture stress does not exceed 6 MPa. In addition, hydrolysis can be accelerated | stimulated by adding an acid, an alkali, salts, etc. to a reaction system as a catalyst. However, the use of such additives is less preferred in the production of the silica of the present invention because it causes aging of the resulting hydrogel.
[0035]
In the above silicon alkoxide hydrolysis reaction, the silicon alkoxide is hydrolyzed to produce a silicate. Subsequently, a condensation reaction of the silicate occurs, the viscosity of the reaction solution rises, and finally gelates to form a silica hydrogel. Become.
[0036]
Next, in the present invention, as a physical property adjusting step, hydrothermal treatment is performed without substantially aging the silica hydrogel following the hydrolysis / condensation step. That is, the hardness of the silica hydrogel is increased by aging, but in the physical property adjusting step according to the present invention, the hydrothermal treatment is immediately performed following the hydrolysis / condensation step.
Hydrolysis of the silicon alkoxide produces a soft silica hydrogel. In the conventional sol-gel method, the soft silica hydrogel is aged and dried, and then hydrothermally treated. In the method, it is difficult to produce silica having a physical property range defined in the present invention, which is finally controlled in pore characteristics.
[0037]
The hydrothermal treatment of the silica hydrogel formed by hydrolysis, as described above, is performed immediately without substantially aging. This means that the soft state immediately after the formation of the silica hydrogel is maintained and the following conditions are maintained. It means to be subjected to hydrothermal treatment.
Specifically, it is preferable that the hydrothermal treatment is generally performed within 10 hours from the time when the silica hydrogel is formed, and the hydrothermal treatment is preferably performed within 8 hours, more preferably within 6 hours, particularly within 4 hours. It is preferable.
[0038]
In an industrial plant or the like, a case where a large amount of silica hydrogel is temporarily stored in a silo or the like and then hydrothermally treated is considered. In such a case, the silica hydrogel is considered to have a case where the time from when the silica hydrogel is formed to when it is subjected to hydrothermal treatment, the so-called standing time, exceeds the above range. In such a case, for example, the liquid component in the silica hydrogel may be prevented from drying during standing in the silo so that aging does not substantially occur.
[0039]
Specifically, for example, the inside of the silo may be sealed or the humidity may be adjusted. Alternatively, the silica hydrogel may be allowed to stand in a state where the silica hydrogel is immersed in water or another solvent.
The temperature at the time of standing is preferably as low as possible, for example, 50 ° C. or less, particularly 35 ° C. or less, particularly preferably 30 ° C. or less. Further, as another method for preventing aging substantially from occurring, a method of preparing a silica hydrogel by controlling the raw material composition in advance such that the silica concentration in the silica hydrogel is lowered can be mentioned.
[0040]
Considering the effect obtained by hydrothermal treatment without substantially aging the silica hydrogel and the reason why this effect is obtained, the following can be considered.
That is, when the silica hydrogel is aged, it is considered that a macroscopic network structure due to —Si—O—Si— bonds is formed in the entire silica hydrogel. It is considered that this network structure is present in the entire silica hydrogel, so that this network structure becomes an obstacle during hydrothermal treatment, and it becomes difficult to form mesoporous materials. Therefore, in the present invention, it is important to perform hydrothermal treatment without aging the silica hydrogel.
In addition, the silica hydrogel obtained by previously controlling the raw material composition so that the silica concentration in the silica hydrogel is low can suppress the progress of crosslinking in the silica hydrogel that occurs during standing. Therefore, it is considered that the silica hydrogel does not age.
[0041]
It is not preferable to add acid, alkali, salt, or the like to the silicon alkoxide hydrolysis reaction system, or to make the temperature of the hydrolysis reaction too strict, since the aging of the hydrogel proceeds. Also, temperature and time should not be taken more than necessary in washing, drying, leaving, etc. in post-treatment after hydrolysis.
[0042]
As a means for specifically confirming the aging state of the hydrogel, the hardness of the hydrogel measured by a method as shown in the examples described later can be referred to. That is, silica having a physical property range defined in the present invention can be obtained by hydrothermally treating a soft hydrogel having a fracture stress of usually 6 MPa or less, preferably 3 MPa or less, more preferably 2 MPa or less.
[0043]
As conditions for this hydrothermal treatment, the state of water may be either liquid or gas, and it may be diluted with a solvent or other gas. Preferably, liquid water is added to silica hydrogel to form a slurry. . The amount of water used is usually at least 0.1 times by weight, preferably at least 0.5 times by weight, particularly preferably at least 1 times by weight, and usually at most 10 times by weight, preferably 5 times by weight relative to the silica hydrogel. The weight is not more than 3 times, particularly preferably not more than 3 times by weight. The temperature of the hydrothermal treatment is usually 40 ° C or higher, preferably 50 ° C or higher, and usually 250 ° C or lower, preferably 200 ° C or lower. The hydrothermal treatment time is usually 0.1 hour or longer, preferably 1 hour or longer, and usually 100 hours or shorter, preferably 10 hours or shorter.
[0044]
The water used for the hydrothermal treatment may include lower alcohols, methanol, ethanol, propanol, dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), and other organic solvents. The hydrothermal treatment method is also applied to a material in which silica is formed on a substrate such as a particle, a substrate, or a tube in the form of a film or a layer for the purpose of making a membrane reactor or the like. It is also possible to perform hydrothermal treatment by changing the temperature conditions using a hydrolysis reaction reactor, but the optimum conditions are usually different between the hydrolysis reaction and the subsequent hydrothermal treatment. It is generally difficult to obtain the silica of the present invention.
[0045]
When the temperature is increased under the above hydrothermal treatment conditions, the pore diameter and pore volume of the resulting silica tend to increase. The hydrothermal treatment temperature is preferably in the range of 100 to 200 ° C. Further, with the treatment time, the specific surface area of the obtained silica tends to gradually decrease after reaching a maximum once. Based on the above tendency, it is necessary to appropriately select the conditions according to the desired physical property values, but since hydrothermal treatment is the purpose of changing the physical properties of silica, it is usually at a higher temperature than the hydrolysis reaction conditions described above. It is preferable to do.
[0046]
If the hydrothermal treatment temperature and time are set outside the above ranges, it will be difficult to obtain the silica of the present invention. For example, if the hydrothermal treatment temperature is too high, the pore diameter and pore volume of silica become too large, and the pore distribution is also widened. On the other hand, if the hydrothermal treatment temperature is too low, the resulting silica has a low degree of crosslinking, poor thermal stability, no peaks in the pore distribution, or Q ⁴ / Q ³ value may become extremely small.
[0047]
When the hydrothermal treatment is performed in ammonia water, the same effect can be obtained at a lower temperature than in pure water. In addition, when hydrothermal treatment is performed in ammonia water, the silica gel finally obtained is generally hydrophobic as compared with the case of treatment in pure water, but is usually 30 ° C. or higher, preferably 40 ° C. or higher, and usually 250 Hydrophobic treatment at a relatively high temperature of not higher than ° C., preferably not higher than 200 ° C., particularly increases hydrophobicity. The ammonia concentration here is preferably 0.001% or more, particularly preferably 0.005% or more, or preferably 10% or less, particularly preferably 5% or less.
[0048]
Here, the X-ray transmittance T is larger than the predetermined value F (= 4.98 ln (D _max ) −7.50) represented by the above formula (I) (preferably 3% or more, more preferably 5). %) (Silica with excellent microstructural homogeneity), especially during hydrothermal treatment, the reaction system is fast so that the temperature in the reaction system reaches the target temperature within 5 hours. When the temperature rise rate condition, specifically, when the tank is filled and processed, the average temperature rise rate from the start of temperature rise to the arrival of the target temperature is 0.1 to 100 ° C./min, especially 0.1 to 30 ° C./min. It is preferable to employ min, particularly 0.2 to 10 ° C./min. A temperature raising method using a heat exchanger or the like, or a method of charging hot water prepared in advance, is preferable because the temperature raising rate can be shortened. Further, if the temperature raising rate is in the above range, the temperature may be raised stepwise.
[0049]
When it takes a long time for the temperature in the reaction system to reach the target temperature, the aging of the silica hydrogel progresses during the temperature rise, and the microstructural homogeneity may decrease. The temperature raising time to reach the target temperature is preferably within 4 hours, more preferably within 3 hours. In order to shorten the temperature raising time, water used for hydrothermal treatment can be preheated.
[0050]
The hydrothermally treated silica hydrogel is usually dried at 40 ° C. or higher, preferably 60 ° C. or higher, and usually 200 ° C. or lower, preferably 120 ° C. or lower. The drying method is not particularly limited, and it may be a batch type or a continuous type, and can be dried under normal pressure or reduced pressure. If necessary, when a carbon component derived from the raw material silicon alkoxide is contained, it can be usually removed by baking at 400 to 600 ° C. Moreover, in order to control a surface state, it may bake at the temperature of a maximum of 900 degreeC. Furthermore, the final silica of the present invention is obtained by pulverizing and classifying as necessary.
[0051]
(3) Use of silica of the present invention The silica of the present invention can be used in any application other than the conventional use of silica. Among these, conventional applications include the following.
[0052]
For example, in application fields used for manufacturing and processing products in industrial facilities, various catalysts and catalyst carriers (acid-base catalysts, photocatalysts, noble metal catalysts, etc.), wastewater / waste oil treatment agents, odor treatment agents, gas separation agents, Applications include industrial desiccants, bioreactors, bioseparators, membrane reactors and the like. Examples of building materials include humidity control agents, soundproofing / absorbing materials, refractories, and heat insulating materials. Moreover, in applications in the air conditioning field, desiccant air conditioners, heat pump heat storage agents, and the like. In the paint / ink application field, matting agents, viscosity adjusting agents, chromaticity adjusting agents, anti-settling agents, antifoaming agents, ink back-through preventing agents, stamping foils, and wallpapering applications may be mentioned. In the field of resin additives, anti-blocking agents for films (polyolefin films, etc.), plate-out inhibitors, silicone resin reinforcing agents, rubber reinforcing agents (for tires, general rubbers, etc.), fluidity improvers, Anti-caking agent for powdered resin, printability improver, matting agent for synthetic leather and coating film, filler for adhesive / adhesive tape, translucency adjuster, antiglare adjuster, porous polymer sheet Uses for fillers and the like. In the papermaking field, thermal paper fillers (such as residue adhesion inhibitors), ink jet paper image enhancement fillers (ink absorbers, etc.), diazo photosensitive paper fillers (sensitivity density improvers, etc.), and tracing paper Uses such as a writing property improving agent, a filler for coated paper (writing property, ink absorbability, anti-blocking property improving agent, etc.), a filler for electrostatic recording and the like can be mentioned. In food applications, beer filter aids, soy sauce, sake, wine and other fermented product lowering agents, various fermented beverage stabilizers (such as turbidity factor protein and yeast removal), food additives, and powdered foods Uses such as anti-caking agents are mentioned. In the medical and agrochemical field, tableting aids for pharmaceuticals, grinding aids, dispersion / pharmaceutical carriers (dispersion, sustained release, improved delivery, etc.), agrochemical carriers (oily agrochemical carrier, improved hydration dispersibility, sustained release) -Delivery improvement etc.), Additives for medicine (anti-caking agent / powdering improver, etc.), additives for agricultural chemicals (anti-caking agent, anti-settling agent, etc.), etc. In the field of separation materials, there are applications such as chromatographic fillers, separation agents, fullerene separation agents, adsorbents (proteins, dyes, odors, etc.), and dehumidifiers. In the agricultural field, feed additives and fertilizer additives can be mentioned. As other applications, in life-related fields, humidity control agent, desiccant, cosmetic additive, antibacterial agent, deodorant / deodorant / fragrance, detergent additive (surfactant powder, etc.), abrasive (toothpaste) Etc.), powder fire extinguishing agents (powdering property improver, anti-caking agent, etc.), antifoaming agents, battery separators and the like.
[0053]
In particular, the silica of the present invention has a large pore volume and specific surface area as compared with conventional silica having the same pore diameter, and thus has a high adsorption / absorption capacity and enables precise pore control. Therefore, among the applications listed above, it is particularly suitable for use in fields that require particularly excellent heat resistance and hydrothermal resistance, as well as controlled pore characteristics and little change in physical properties over a long period of time. Can do.
[0054]
Further, the silica of the present invention is suitably used also in a field where a particle size of 50 μm or less is required, and precisely controlled pore characteristics and stable physical properties are required. Generally, when silica has an average particle size of 50 μm or less, the outer surface area per unit weight increases and various substances can be adsorbed and absorbed also at the grain boundary. Get higher. That is, by reducing the particle size of the silica of the present invention, various characteristics such as the high pore volume, high specific surface area, sharp pore distribution, high purity and little physical property change that the silica of the present invention already has are provided. It is possible to develop silica that is further excellent in adsorption and absorption.
[0055]
When the silica of the present invention is used in such a field, the average particle diameter may be adjusted according to the value required in the field, but is usually 50 μm or less, preferably 30 μm or less, particularly preferably 5 μm or less. . Although there is no restriction | limiting in particular as a minimum, Preferably it is 0.1 micrometer or more. The use of silica having such a small particle size includes various adsorbents, resin fillers, ink absorbents for ink jet paper, antiblocking agents for films, filter aids for beverages, various catalyst carriers, and the like. . For example, the silica of the present invention having an average particle size of 5 μm or less is useful as an absorbent for inkjet paper because of its high ink absorption rate and high oil absorption performance.
[0056]
On the other hand, the silica of the present invention is preferable even if the average particle size is increased. By increasing the average particle size, the silica of the present invention has the above-mentioned characteristics such as high specific surface area, high pore volume, sharp pore distribution, high purity and little change in physical properties, and characteristics unique to large particles. It is extremely useful in fields where both are required. For example, silica having a large average particle size reduces light scattering and can be used as a glass body for optical applications.
[0057]
Specifically, the silica of the present invention is preferably used also in the field where a particle size of 500 μm or more is required, and precisely controlled pore characteristics and stable physical properties are required. When the silica of the present invention is used in such a field, the average particle diameter may be adjusted according to a value required in the field, but is usually 500 μm or more, preferably 5 mm or more. Moreover, although there is no restriction | limiting in particular as an upper limit, Preferably it is 5 cm or less. For example, since the silica of the present invention having an average particle size of 500 μm or more has controlled nanopores, optically useful dyes, metals, photocatalysts, photochromic compounds, and other optical functionalities utilizing the pores. The material can be supported in a certain size according to the pore diameter, and is useful as a functional optical material. In general, it is difficult to produce particles having a large average particle size without causing coarse cracks, but the silica of the present invention has a homogeneous structure and coarse cracks even by treatments involving volume changes such as hydrothermal treatment. It is possible to obtain a product having controlled pore characteristics and a relatively large average particle size.
[0058]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to a following example, unless the summary is exceeded. The evaluation methods used in the following examples are as follows.
[0059]
(1) Silica analysis method (1-1) Hardness measurement of silica hydrogel:
The measurement was carried out using a digital force gauge (manufactured by A & D Co., Ltd., model: AD-4935) equipped with a probe (a stainless steel round bar having a diameter of 5 mm). That is, the probe is gradually pushed into the silica hydrogel held in the container, and the maximum stress value (fracture stress) shown until the silica hydrogel is compressed and broken is measured. did.
[0060]
(1-2) Silica pore volume and specific surface area:
The BET nitrogen adsorption isotherm was measured with “AS-1” manufactured by Cantachrome Co., Ltd., and the pore volume and specific surface area were determined. As the pore volume, a value when the relative pressure P / P ₀ = 0.98 was adopted. Further, the specific surface area was calculated by using the BET multipoint method from three points of nitrogen adsorption amounts of P / P ₀ = 0.1, 0.2, 0.3.
[0061]
(1-3) Differential pore volume at D _max of silica:
The pore distribution curve and the differential pore volume at the mode diameter ( _Dmax ) were determined by the BJH method described above. The interval between each point of the relative pressure to be measured was 0.025.
[0062]
(1-4) Solid state Si-NMR (Q ⁴ / Q ³ value):
Using a Bruker solid-state NMR apparatus (“MSL300”), using a sample tube with a resonance frequency of 59.2 MHz (7.05 Tesla) and 7 mm, under the conditions of a CP / MAS (Cross Polarization / Magic Angle Spinning) probe. It was measured. Specific measurement conditions are shown in Table 1 below.
[Table 1]

[0063]
Analysis of measurement data (determination of Q ⁴ and Q ³ peak positions) is performed by a method of extracting each peak by peak division. Specifically, waveform separation analysis using a Gaussian function is performed. For this analysis, waveform processing software “GRAMS386” manufactured by Thermogalatic can be used. Thus, the ratio (Q ⁴ / Q ³ ) was obtained using the peak areas of Q ⁴ and Q ³ obtained by peak division.
[0064]
(1-5) Metal impurity content:
Hydrofluoric acid was added to 2.5 g of the sample and heated to dryness, and then water was added to make 50 ml. This aqueous solution was subjected to inductively coupled high-frequency plasma spectroscopy (ICP analysis). Sodium and potassium were analyzed by flame flame light method.
[0065]
(1-6) X-ray transmittance of silica:
Using a RAD-B apparatus manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd., measurement was performed by the method described above.
[0066]
(1-7) Silica heat resistance test:
5 g of the sample was placed in a quartz beaker, heated to 1000 ° C. at 200 ° C./hour (hr) in an electric furnace and held for 1 hour, and then immediately removed from the beaker to room temperature and allowed to cool. The specific surface area of this sample was measured by the BET method.
[0067]
(1-8) Thermal stability test of silica in water:
Pure water was added to the sample to prepare a 40 wt% slurry. About 40 ml of slurry was placed in a stainless steel microbomb having a volume of 60 ml, sealed, and immersed in an oil bath at 280 ± 1 ° C. for 3 days. A part of the slurry was extracted from the microbomb and filtered through 5A filter paper. The collected filter cake was vacuum-dried at 100 ° C. for 5 hours. The specific surface area of this sample was measured.
[0068]
Example 1:
To a 5 L separable flask (with a jacket) equipped with a water-cooled condenser open to the atmosphere at the top, 1000 g of pure water was charged. While stirring at a stirring blade tip speed of 2.5 m / s (seconds), 1400 g of tetramethoxysilane was charged over 3 minutes. The water / tetramethoxysilane molar ratio is about 6. Warm water at 50 ° C. was passed through the jacket of the separable flask. Stirring was continued, and the stirring was stopped when the contents reached the boiling point. Subsequently, the sol produced by passing hot water of 50 ° C. through the jacket for about 0.5 hour was gelled. The hardness of the obtained gel was 1.5 MPa.
[0069]
Thereafter, the gel was quickly taken out and pulverized through a nylon net having an opening of 600 microns to obtain a powdery wet gel (silica hydrogel). 450 g of this hydrogel and 450 g of pure water were charged into a 1 L glass autoclave and 3 ° C./min. The temperature was raised to 130 ° C. at a rate of 3 ° C., and hydrothermal treatment was carried out while maintaining the same temperature for 3 hours. Then, no. It filtered with 5A filter paper, and it dried under reduced pressure until it became constant weight at 100 degreeC, without washing with water. Measurement results of metal impurity concentration of the obtained silica were 0.2 ppm sodium, 0.1 ppm potassium, 0.2 ppm calcium, and magnesium, aluminum, titanium, and zirconium were not detected. Other physical properties are shown in Tables 2 and 3.
[0070]
In addition, in order to confirm the variation in the quality of the silica of the present invention, the production of silica under the same conditions as described above was further repeated twice, and the pore volume of each silica was measured. It is summarized in
[0071]
Example 2:
In Example 1, 3 ° C./min. The silica was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature was raised to 150 ° C. at this rate, and the hydrothermal treatment was performed while maintaining the same temperature for 3 hours. The results of physical property measurement are shown in Table 2 and Table 3.
[0072]
Example 3:
In Example 1, 3 ° C./min. The silica was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature was raised to 200 ° C. at a rate of 3 ° C. and the hydrothermal treatment was carried out while maintaining the same temperature for 3 hours. The results of physical property measurement are shown in Table 2 and Table 3.
[0073]
Example 4:
In Example 1, 0.1 ° C./min. The silica was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature was raised to 130 ° C. at a rate of 3 ° C. and the hydrothermal treatment was carried out while maintaining the same temperature for 3 hours. The results of physical property measurement are shown in Table 2 and Table 3.
[0074]
Comparative Examples 1 and 2
For comparison between the silica of the present invention and ordinary commercially available silica, “G-6” and “G-10” of “CARIACT G series” silica for catalyst support manufactured by Fuji Silysia Chemical Co., Ltd. Comparative Example 1 and 2 were used, respectively. The measurement results of the metal impurity concentration of these silicas were sodium 170 ppm, magnesium 31 ppm, aluminum 15 ppm, potassium 23 ppm, calcium 160 ppm, titanium 260 ppm, and zirconium 44 ppm. Other physical properties are shown in Tables 2 and 3.
[0075]
Further, in order to confirm the variation in the quality of the silica, the pore volume of a total of 3 lots was measured, and the results are summarized in Table 4.
[0076]
[Table 2]

[0077]
[Table 3]

[0078]
[Table 4]

[0079]
【The invention's effect】
According to the silica of the present invention described above, the X-ray transmittance T (%) is larger than zero, and the predetermined value F (= 4.98 ln ( _Dmax ) -7.50, _Dmax : silica. It is predicted that it has a high degree of homogeneity in terms of microstructure, and therefore exhibits excellent performance in terms of heat resistance, hydrothermal resistance, and the like. In particular, it can be suitably used as a catalyst carrier or an adsorbent, and the industrial value of the present invention is great.

Claims (14)

シリカのＸ線透過率をＴ（％）、シリカの細孔の最頻直径をＤ_ｍａｘ（ｎｍ）とした際、上記のＸ線透過率Ｔが、零よりも大きく、且つ、以下の式（Ｉ）で示される所定値Ｆよりも大きく、
比表面積が２００〜１０００ｍ ^２ ／ｇであり、
細孔容積が０．６〜１．６ｍｌ／ｇであり、
最頻直径（Ｄ _ｍａｘ ）が２０ｎｍ以下である
ことを特徴とする、シリカ。
Ｆ＝４．９８ｌｎ（Ｄ_ｍａｘ）−７．５０・・・・・（Ｉ）When the X-ray transmittance of silica is T (%) and the mode diameter of the pores of silica is D _max (nm), the above-mentioned X-ray transmittance T is larger than zero and the following formula ( much larger than the predetermined value F represented by I),
The specific surface area is 200 to 1000 m ² / g,
The pore volume is 0.6-1.6 ml / g,
Silica characterized by a mode diameter ( _Dmax ) of 20 nm or less .
F = 4.98ln ( _Dmax ) -7.50 (I) 上記のＸ線透過率Ｔが、上記の所定値Ｆよりも３％以上大きい
ことを特徴とする、請求項１記載のシリカ。The silica according to claim 1, wherein the X-ray transmittance T is 3% or more larger than the predetermined value F. 上記のＸ線透過率Ｔが、上記の所定値Ｆよりも５％以上大きい
ことを特徴とする、請求項２記載のシリカ。 The above X-ray transmittance T is characterized by greater than 5% than the predetermined value F of the claim 2, wherein the silica. 比表面積が３００〜９００ｍ^２／ｇである
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載のシリカ。 The silica according to claim 1 , wherein the specific surface area is 300 to 900 m ² / g . 細孔容積が０．７〜１．６ｍｌ／ｇである
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載のシリカ。 The silica according to any one of claims 1 to 4 , wherein the pore volume is 0.7 to 1.6 ml / g . 最頻直径（Ｄ_ｍａｘ）の±２０％の範囲にある細孔の容積が全細孔容積の５０％以上である
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載のシリカ。The silica according to any one of claims 1 to 5 , wherein the volume of the pores in the range of ± 20% of the mode diameter ( _Dmax ) is 50% or more of the total pore volume. . 最頻直径（Ｄ_ｍａｘ）の±２０％の範囲にある細孔の容積が全細孔容積の６０％以上である
ことを特徴とする、請求項６記載のシリカ。The silica according to claim 6 , wherein the volume of the pores in the range of ± 20% of the mode diameter ( _Dmax ) is 60% or more of the total pore volume. 金属不純物の総含有率が５０ｐｐｍ以下である
ことを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載のシリカ。The silica according to claim 1 , wherein the total content of metal impurities is 50 ppm or less. 最頻直径（Ｄ_ｍａｘ）における微分細孔容積が２〜２０ｍｌ／ｇである
ことを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載のシリカ。Silica according to any one of claims 1 to 8 , characterized in that the differential pore volume at the mode diameter ( _Dmax ) is 2 to 20 ml / g. 固体Ｓｉ−ＮＭＲでのＱ^４／Ｑ^３の値が１．３以上である
ことを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載のシリカ。The silica according to any one of claims 1 to 9 , wherein the value of Q ⁴ / Q ^{3 in} solid-state Si-NMR is 1.3 or more. シリコンアルコキシドを加水分解する工程を経て製造される
こと特徴とする、請求項１〜１０の何れか一項に記載のシリカ。The silica according to any one of claims 1 to 10 , wherein the silica is produced through a step of hydrolyzing silicon alkoxide. シリコンアルコキシドを加水分解すると共に得られたシリカヒドロゾルを縮合してシリカヒドロゲルを形成する加水分解・縮合工程と、
当該加水分解・縮合工程に引き続きシリカヒドロゲルを、その破壊応力が６ＭＰａ以下の状態で水熱処理する物性調節工程とを包含する方法で製造される
ことを特徴とする、請求項１１記載のシリカ。Hydrolysis and condensation step of hydrolyzing silicon alkoxide and condensing silica hydrosol obtained to form silica hydrogel;
The silica according to claim 11 , wherein the silica is produced by a method including a physical property adjusting step of hydrothermally treating a silica hydrogel in a state where the fracture stress is 6 MPa or less following the hydrolysis / condensation step. 加水分解・縮合工程が触媒の不存在下に行なわれる
ことを特徴とする、請求項１２記載のシリカ。The silica according to claim 12 , wherein the hydrolysis / condensation step is performed in the absence of a catalyst. 前記の水熱処理を、平均昇温速度が０．１〜１００℃／ｍｉｎで行なう
ことを特徴とする、請求項１２記載のシリカ。 The silica according to claim 12 , wherein the hydrothermal treatment is performed at an average heating rate of 0.1 to 100 ° C./min .