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JP2020029394A - Porous silica, functional material and method for manufacturing porous silica - Google Patents

Porous silica, functional material and method for manufacturing porous silica Download PDF

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JP2020029394A JP2019130800A JP2019130800A JP2020029394A JP 2020029394 A JP2020029394 A JP 2020029394A JP 2019130800 A JP2019130800 A JP 2019130800A JP 2019130800 A JP2019130800 A JP 2019130800A JP 2020029394 A JP2020029394 A JP 2020029394A
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洋人 渡辺
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正一 染川
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Hiroaki Imai
宏明 今井
陸 北村
Riku Kitamura
陸 北村
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Abstract

【課題】特性を向上させた多孔質シリカおよびその製造方法の提供。【解決手段】第1細孔P1と第2細孔P2とを有し、第1細孔の平均細孔直径は、100〜1000nmであり、第2細孔の平均細孔直径は、0.5〜3nmである、多孔質シリカPS。多孔質シリカを有する、機能材料。アルコキシシランの加水分解により多孔質シリカを製造する方法であって、(a)界面活性剤、アルコキシシランおよび水を有する第1液を調整する工程、(b)第1液と塩基性液とを接触させることにより、第1液の脱水縮合反応により、第1液をゲル化させる工程、を有する、多孔質シリカの製造方法。(b)工程の後、(c)第1液をゲル化させたゲル化物を熱処理する工程、を有する、多孔質シリカの製造方法。(a)工程において、アルコキシシランと水との化学量論比をアルコキシシラン:水=1:nとした場合、nが20以下である、多孔質シリカの製造方法。【選択図】図2The present invention provides porous silica with improved properties and a method for producing the same. The present invention has a first pore P1 and a second pore P2, the first pore has an average pore diameter of 100 to 1000 nm, and the second pore has an average pore diameter of 0. Porous silica PS, which is 5-3 nm. A functional material containing porous silica. A method for producing porous silica by hydrolysis of an alkoxysilane, comprising: (a) preparing a first liquid containing a surfactant, an alkoxysilane, and water; (b) combining the first liquid and a basic liquid. A method for producing porous silica, comprising the step of gelling a first liquid by a dehydration condensation reaction of the first liquid by contacting the first liquid. A method for producing porous silica, which comprises, after step (b), (c) heat-treating a gelled product obtained by gelling the first liquid. In the step (a), when the stoichiometric ratio of alkoxysilane and water is alkoxysilane:water=1:n, n is 20 or less, a method for producing porous silica. [Selection diagram] Figure 2

Description

本発明は、多孔質シリカおよび多孔質シリカの製造方法に関し、特に、階層的多孔構造を有する多孔質シリカ、階層的多孔構造を有する多孔質シリカを用いた機能材料および階層的多孔構造を有する多孔質シリカの製造方法に関する。   The present invention relates to porous silica and a method for producing porous silica, and in particular, porous silica having a hierarchical porous structure, a functional material using porous silica having a hierarchical porous structure, and a porous material having a hierarchical porous structure. The present invention relates to a method for producing porous silica.

メソ孔を有する多孔質シリカは、一般的に界面活性剤のミセルを鋳型に製造される。このような多孔質シリカは、吸着剤等として用いられている。   Porous silica having mesopores is generally produced using micelles of a surfactant as a template. Such porous silica is used as an adsorbent or the like.

例えば、非特許文献1には、メソ孔を有する多孔質シリカについての開示がある。特に、非特許文献1には、メソ孔を有する多孔質シリカを数ミクロンの粒子状で得る技術が開示されている。   For example, Non-Patent Document 1 discloses a porous silica having mesopores. In particular, Non-Patent Document 1 discloses a technique for obtaining porous silica having mesopores in the form of particles of several microns.

また、特許文献1には、アルコキシシランに、疎水部に炭素数2〜7の基を有する界面活性剤を分散させ、pH0〜2に調整した水をアルコキシシランに対して2〜4等量添加し、アルコキシシランの加水分解を温和に進行させ、細孔直径が0.5nm以上2nm未満のモノリス状メソポーラスシリカを得る技術が開示されている。特に、この技術では、非特許文献1において、疎水部に炭素数6の基を有するカチオン性界面活性剤を用いた場合はアモルファス状のシリカしか得られていないのに対し、疎水部の炭素数の小さいカチオン性界面活性剤をミセル(鋳型)とし、細孔を小さくすることに成功している。   Also, in Patent Document 1, a surfactant having a group having 2 to 7 carbon atoms in a hydrophobic part is dispersed in alkoxysilane, and water adjusted to pH 0 to 2 is added in an amount of 2 to 4 equivalents to alkoxysilane. There is disclosed a technique in which hydrolysis of alkoxysilane proceeds gently to obtain a monolithic mesoporous silica having a pore diameter of 0.5 nm or more and less than 2 nm. In particular, in this technique, in Non-Patent Document 1, only amorphous silica was obtained when a cationic surfactant having a group having 6 carbon atoms in the hydrophobic portion was used, whereas the number of carbon atoms in the hydrophobic portion was small. We have succeeded in reducing the pore size by using a cationic surfactant with a small size as a micelle (template).

また、特許文献2には、界面活性剤、アルコキシシランおよび水に加え、水溶性高分子の存在下において、アルコキシシランを加水分解し、界面活性剤、アルコキシシラン、水および水溶性高分子を有する混合液を、塩基性溶液と接触させることにより、モノリス状メソポーラスシリカをナノ粒子化することに成功している。   Patent Document 2 discloses that in addition to a surfactant, an alkoxysilane, and water, an alkoxysilane is hydrolyzed in the presence of a water-soluble polymer to have a surfactant, an alkoxysilane, water, and a water-soluble polymer. By bringing the mixed solution into contact with a basic solution, the monolithic mesoporous silica was successfully converted into nanoparticles.

また、特許文献3には、多孔質シリカの孔内に金属または金属を元素組成として有する化合物を含有する液を含浸させ、熱処理を施すことにより、多孔質シリカの孔内に金属または金属化合物を含有する微細粒子を内包させる技術が開示されている。特に、多孔質シリカを鋳型とすることで、バルクの状態では見られない特異な性質を示す粒子(例えば、W、Cu、Cr、Mn、Fe、CoまたはNiやこれらの金属酸化物)の形成に成功している。   Patent Document 3 discloses that a metal or a metal compound is impregnated in pores of porous silica by impregnating a liquid containing a metal or a compound having a metal as an elemental composition in pores of porous silica and performing heat treatment. A technique for encapsulating contained fine particles is disclosed. In particular, by using porous silica as a template, formation of particles (for example, W, Cu, Cr, Mn, Fe, Co or Ni, and metal oxides thereof) exhibiting unique properties not seen in a bulk state. Have been successful.

また、特許文献4には、規則配列した細孔が縦、横4個×4個以上の範囲で理想三角格子状に配列されている陽極酸化ポーラスアルミナが開示されている。また、非特許文献2には、氷晶をテンプレートにした径が数十μmのマクロ孔を有する多孔質シリカの製造方法が開示されている。   Patent Literature 4 discloses an anodized porous alumina in which regularly arranged pores are arranged in an ideal triangular lattice in a range of 4 × 4 or more in the vertical and horizontal directions. Non-Patent Document 2 discloses a method for producing porous silica having macropores of several tens of μm in diameter using ice crystals as a template.

特許第5827735号公報Japanese Patent No. 5827735 特許第5647669号公報Japanese Patent No. 5647669 特許第6165937号公報Japanese Patent No. 6165937 特開2018−3048号公報JP 2018-3048 A

J. S. Beck, J. C. Vartuli, G. J. Kennedy, C.T.Kresge, W.J.Roth, S. E. Schramm, Chem. Mater., 1994, 6, 1816.J. S. Beck, J. C. Vartuli, G. J. Kennedy, C.T.Kresge, W.J.Roth, S. E. Schramm, Chem. Mater., 1994, 6, 1816. H. Nishihara, S. R. Mukai, D. Yamashita, H. Tamon, Chem. Mater Commun., 2005, 17, 683.H. Nishihara, S. R. Mukai, D. Yamashita, H. Tamon, Chem. Mater Commun., 2005, 17, 683.

本発明者は、多孔質シリカ、特に、細孔径が2〜50nm未満のメソ孔を有する多孔質シリカ(メソポーラスシリカ)の合成についての研究・開発に従事し、各種の成果を挙げている。   The present inventor has been engaged in research and development on the synthesis of porous silica, particularly porous silica having mesopores having a pore diameter of less than 2 to 50 nm (mesoporous silica), and has achieved various results.

中でも、疎水部に炭素数が小さい基を有する界面活性剤を鋳型として細孔径が2nm以下のミクロ孔を有する多孔質シリカの合成に成功している(特許文献1等参照)。   In particular, the synthesis of porous silica having micropores having a pore diameter of 2 nm or less has been successfully performed using a surfactant having a group having a small number of carbon atoms in a hydrophobic part as a template (see Patent Document 1 and the like).

このようなメソ孔やミクロ孔を有する多孔質シリカは、吸着剤、種々の触媒担持体、分離膜、センサ等の分野に用いることができる。   Such porous silica having mesopores or micropores can be used in the fields of adsorbents, various catalyst carriers, separation membranes, sensors and the like.

しかしながら、多孔質シリカを大きな粒子として形成した場合、内在しているメソ孔やミクロ孔に効率的に物質を吸着させたり、また、触媒などの機能性材料を担持させたりすることができない。このため、多孔質シリカを小さくするなどして、その表面積を大きくすることで、表面に露出したメソ孔やミクロ孔を効率的に機能させることが考えられる。   However, when the porous silica is formed as large particles, it is not possible to efficiently adsorb a substance to intrinsic mesopores or micropores or to carry a functional material such as a catalyst. Therefore, it is conceivable that the mesopores or micropores exposed on the surface function efficiently by increasing the surface area, for example, by reducing the size of the porous silica.

そこで、本発明の目的は、多孔質シリカの特性を向上させることができる技術を提供することにある。特に、多孔質シリカにマクロ孔を設け、マクロ孔の側面にメソ孔やミクロ孔を露出させることにより、多孔質シリカの特性を向上させることにある。また、そのような多孔質シリカの製造方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of improving the characteristics of porous silica. In particular, it is to improve the characteristics of the porous silica by providing macropores in the porous silica and exposing mesopores and micropores on the side surfaces of the macropores. Another object of the present invention is to provide a method for producing such porous silica.

本発明の上記目的およびその他の目的と新規な特徴は、本願明細書の記載および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される多孔質シリカは、第1細孔と第2細孔とを有し、前記第1細孔の平均細孔直径は、100nm以上2000nm以下であり、前記第2細孔の平均細孔直径は、0.5nm以上3nm以下である。   Among the inventions disclosed in the present application, the porous silica shown in a typical embodiment has a first pore and a second pore, and the average pore diameter of the first pore is 100 nm. And the average pore diameter of the second pores is 0.5 nm or more and 3 nm or less.

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される機能材料は、前記多孔質シリカを有する。   Among the inventions disclosed in the present application, the functional material described in the representative embodiment has the porous silica.

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される多孔質シリカの製造方法は、アルコキシシランの加水分解により多孔質シリカを製造する方法であって、(a)界面活性剤、アルコキシシランおよび水を有する第1液を調整する工程、(b)前記第1液と塩基性液とを接触させることにより、前記第1液の脱水縮合反応により、前記第1液をゲル化させる工程、を有する。   Among the inventions disclosed in the present application, a method for producing porous silica described in a typical embodiment is a method for producing porous silica by hydrolysis of an alkoxysilane, wherein (a) a surfactant, A step of preparing a first liquid having an alkoxysilane and water, (b) gelling the first liquid by a dehydration-condensation reaction of the first liquid by contacting the first liquid with a basic liquid; Process.

本願において開示される発明のうち、以下に示す代表的な実施の形態に示される多孔質シリカによれば、多孔質シリカの特性を向上させることができる。   Among the inventions disclosed in the present application, according to the porous silica described in the following representative embodiments, the characteristics of the porous silica can be improved.

また、本願において開示される発明のうち、以下に示す代表的な実施の形態に示される多孔質シリカの製造方法によれば、特性の良好な多孔質シリカを製造することができる。   Further, according to the method for producing porous silica described in the representative embodiment described below among the inventions disclosed in the present application, porous silica having good characteristics can be produced.

実施の形態1の多孔質シリカの製造工程を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a process for producing the porous silica according to the first embodiment. 実施の形態1の多孔質シリカの構成を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a porous silica according to the first embodiment. ミセル(鋳型)を模式的に示す図である。It is a figure which shows a micelle (template) typically. 多孔質シリカの生成反応(ゾルゲル化)を示す反応式である。It is a reaction formula showing the formation reaction (sol-gelation) of porous silica. マクロ孔の形成メカニズムを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the formation mechanism of a macropore. 前駆体溶液の基板への塗布方法を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a method of applying a precursor solution to a substrate. C18TACを用いて合成した多孔質シリカ(膜状)のSEM像である。It is a SEM image of porous silica (film form) synthesized using C18TAC. C18TACを用いて合成した多孔質シリカ(膜状)のSEM像である。It is a SEM image of porous silica (film form) synthesized using C18TAC. C18TACを用いて合成した多孔質シリカ(膜状)の窒素吸脱着等温線を示す図である。It is a figure which shows the nitrogen adsorption / desorption isotherm of the porous silica (film form) synthesize | combined using C18TAC. C18TACを用いて合成した多孔質シリカ(膜状)の細孔径分布を示すグラフである。It is a graph which shows the pore diameter distribution of the porous silica (film form) synthesize | combined using C18TAC. C18TACを用いて合成した多孔質シリカ(膜状)の細孔径分布を示すグラフである。It is a graph which shows the pore diameter distribution of the porous silica (film form) synthesize | combined using C18TAC. 膜状の多孔質シリカの断面の拡大SEM像である。5 is an enlarged SEM image of a cross section of a porous silica film. 多孔質シリカの上面の拡大SEM像である。It is an enlarged SEM image of the upper surface of porous silica. C6TABを用いて合成した多孔質シリカ(膜状)の窒素吸脱着等温線を示す図である。It is a figure which shows the nitrogen adsorption / desorption isotherm of the porous silica (film form) synthesize | combined using C6TAB. C6TABを用いて合成した多孔質シリカ(膜状)の細孔径分布を示すグラフである。It is a graph which shows the pore diameter distribution of porous silica (film form) synthesized using C6TAB. 比較例1の多孔質シリカのSEM像である。5 is an SEM image of the porous silica of Comparative Example 1. 比較例2の多孔質シリカのSEM像である。9 is an SEM image of the porous silica of Comparative Example 2. 膜状の多孔質シリカの断面の拡大SEM像である。5 is an enlarged SEM image of a cross section of a porous silica film. ガラスフィルタのSEM像である。It is a SEM image of a glass filter. 膜状の多孔質シリカの断面の拡大SEM像である。5 is an enlarged SEM image of a cross section of a porous silica film. 実施の形態2の多孔質シリカの製造工程を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a process for producing the porous silica according to the second embodiment. 実施の形態2の多孔質シリカの他の製造工程を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating another manufacturing process of the porous silica according to the second embodiment. マクロ孔の形成メカニズムを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the formation mechanism of a macropore. 実施例4の多孔質シリカ(粒状)のSEM像である。8 is an SEM image of porous silica (granular) of Example 4. 実施例5の多孔質シリカ(粒状)のSEM像である。9 is an SEM image of the porous silica (granular) of Example 5. 実施の形態3の空気清浄器の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the air purifier of Embodiment 3. 実施の形態4のガラスフィルタと多孔質シリカの膜との合成膜の製造工程を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a process of manufacturing a synthetic film of the glass filter and the porous silica film according to the fourth embodiment. 実施の形態4のガラスフィルタと多孔質シリカの膜との合成膜の製造工程を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a process of manufacturing a synthetic film of the glass filter and the porous silica film according to the fourth embodiment. 得られた表面に多孔質シリカの膜が形成されたガラスフィルタのSEM像である。5 is an SEM image of a glass filter having a porous silica film formed on the obtained surface. 得られた二酸化チタン内包多孔質シリカの透過型電子顕微鏡像(TEM像)である。It is a transmission electron microscope image (TEM image) of the obtained titanium dioxide inclusion porous silica. 二酸化チタン粒子の粒径と数を示す図である。It is a figure which shows the particle size and the number of titanium dioxide particles. イソプロピルアルコールの光触媒分解反応実験の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of a photocatalytic decomposition reaction experiment of isopropyl alcohol. イソプロピルアルコールの光触媒分解反応時の二酸化炭素の発生量を示す図である。It is a figure which shows the amount of carbon dioxide generated at the time of the photocatalytic decomposition reaction of isopropyl alcohol. メチレンブルー水溶液の吸着濾過実験の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the adsorption filtration experiment of a methylene blue aqueous solution. 実施例Dおよび比較例の測定結果(空孔率、除去率および濾過速度)を示す図である。It is a figure which shows the measurement result (porosity, removal rate, and filtration rate) of Example D and a comparative example. 実施例Eの各試料のSEM像である。9 is an SEM image of each sample of Example E. マクロ孔の形成メカニズムを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the formation mechanism of a macropore.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の機能を有するものには同一もしくは関連の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It is to be noted that components having the same function are denoted by the same or related reference numerals, and repeated description thereof will be omitted.

(実施の形態1)…膜状の多孔質シリカ
本実施の形態においては、界面活性剤を鋳型としたゾルゲル法により、多孔質シリカを合成する。このような合成法を分子鋳型法(テンプレート法)ということがある。
(Embodiment 1) Porous silica in film form In this embodiment, porous silica is synthesized by a sol-gel method using a surfactant as a template. Such a synthesis method is sometimes referred to as a molecular template method (template method).

一般的には、溶液中に界面活性剤を溶解させると、界面活性剤の種類と濃度に応じて例えば筒状のミセル(鋳型)が形成される。ここで溶液中にシリカ源となるアルコキシシランなどを加えると、ミセルの隙間でシリケートイオンの吸着および成長反応が進行し、シリカゲル骨格が形成される。このシリケートイオンの吸着および成長反応により、ゾル状態からゲル状態へ変化するためゾルゲル反応と呼ばれる(図4参照)。この後、シリカゲル骨格(ゲル化物)を焼成(熱処理)すると、鋳型とした界面活性剤が分解・除去されて多孔質シリカが得られる。言い換えれば、複数の孔(細孔、微細孔)を有するシリカ骨格が得られる。   Generally, when a surfactant is dissolved in a solution, for example, cylindrical micelles (templates) are formed in accordance with the type and concentration of the surfactant. Here, when an alkoxysilane or the like serving as a silica source is added to the solution, the adsorption and growth reaction of silicate ions proceeds in the gaps of the micelles, and a silica gel skeleton is formed. The silicate state is changed from a sol state to a gel state by the silicate ion adsorption and growth reaction, and is called a sol-gel reaction (see FIG. 4). Thereafter, when the silica gel skeleton (gelled product) is calcined (heat treated), the surfactant used as the template is decomposed and removed, and porous silica is obtained. In other words, a silica skeleton having a plurality of pores (pores, micropores) is obtained.

以下に、本実施の形態の多孔質シリカの合成方法について詳細に説明する。図1は、本実施の形態の多孔質シリカの製造工程を示す図である。   Hereinafter, the method for synthesizing the porous silica of the present embodiment will be described in detail. FIG. 1 is a diagram showing a process for producing the porous silica of the present embodiment.

図1(A)に示すように、多孔質シリカの前駆体溶液(ゾル、ゾル状態液)L1を形成する。   As shown in FIG. 1A, a precursor solution (sol, sol-state liquid) L1 of porous silica is formed.

まず、シリカ源となるシリコン化合物と界面活性剤とを混合し、攪拌する。この混合液中に、水を添加し攪拌することで前駆体溶液L1を形成する。なお、この前駆体溶液L1は、ゾル(Sol)状態であり、後述するように、塩基性水溶液との接触によりゲル化(固化)する。また、この前駆体溶液L1は、攪拌(時間経過)とともにゲル化する。   First, a silicon compound serving as a silica source and a surfactant are mixed and stirred. The precursor solution L1 is formed by adding water and stirring in the mixed solution. The precursor solution L1 is in a sol state, and gels (solidifies) by contact with a basic aqueous solution as described later. In addition, the precursor solution L1 gels with stirring (elapse of time).

シリカ源となるシリコン化合物としては、アルコキシシランを用いることができる。アルコキシシランは、ケイ素に結合したアルコキシ基を有する化合物である。アルコキシシランとしては、例えば、テトラエトキシシラン(TEOS)を用いることができる。シリカ源となるシリコン化合物としては、アルコキシシランの他、ケイ酸ナトリウムなどを用いることができる。   An alkoxysilane can be used as the silicon compound serving as a silica source. Alkoxysilane is a compound having an alkoxy group bonded to silicon. As the alkoxysilane, for example, tetraethoxysilane (TEOS) can be used. As a silicon compound serving as a silica source, sodium silicate or the like can be used in addition to alkoxysilane.

界面活性剤としては、カチオン性界面活性剤を用いる。このカチオン性界面活性剤としては、一般式R1234+-で示される界面活性剤を用いることができる(図3参照)。R1は、疎水部であり、例えば、炭素数1〜24のアルキル基、ベンジル基、フェニル基であり、R234は、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基である。また、Xは、例えば、F、Cl、Br、Iなどのハロゲンイオンである。カチオン性界面活性剤としては、4級のカチオン性界面活性剤を用いることが好ましい。また、R1のアルキル基は直鎖型でも分岐型でもよい。 As the surfactant, a cationic surfactant is used. Examples of the cationic surfactant of the general formula R 1 R 2 R 3 R 4 N + X - can be used surfactant represented by (see FIG. 3). R 1 is a hydrophobic part, for example, an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, a benzyl group, or a phenyl group; and R 2 R 3 R 4 is, for example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or a butyl group. is there. X is, for example, a halogen ion such as F, Cl, Br, and I. It is preferable to use a quaternary cationic surfactant as the cationic surfactant. Further, the alkyl group of R 1 may be linear or branched.

添加する水(H2O)は、アルコキシシランの加水分解のための反応剤として寄与する。また、添加する水のpHは、アルコキシシランの等電点であるpH2程度に調整することが望ましい。等電点においては、アルコキシシランの加水分解、およびシリケートイオンのゲル化速度が最も遅いため、界面活性剤のミセル形成のための時間を十分に確保できるからである。 The added water (H 2 O) serves as a reactant for the hydrolysis of the alkoxysilane. The pH of the water to be added is desirably adjusted to about pH 2, which is the isoelectric point of alkoxysilane. At the isoelectric point, the hydrolysis rate of the alkoxysilane and the gelation rate of the silicate ion are the slowest, so that sufficient time for micelle formation of the surfactant can be secured.

また、水のpH0〜1程度においては加水分解の加速が起こるが、シリケートイオンのゲル化速度が十分に遅いため同様の効果が得られる。そのため、添加する水のpHは、0〜2の範囲に調整することが好ましい。pH3以上では加水分解およびゲル化速度が速すぎるため、界面活性剤の溶解およびミセル形成のための時間が十分に確保できない恐れがある。   Further, when the pH of water is about 0 to 1, hydrolysis is accelerated, but the same effect can be obtained because the gelation rate of silicate ions is sufficiently low. Therefore, it is preferable to adjust the pH of the water to be added to a range of 0 to 2. If the pH is 3 or more, the rate of hydrolysis and gelation is too high, so that sufficient time for dissolving the surfactant and forming micelles may not be secured.

pH調整用の酸としては、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸、または酢酸などの有機酸を使用することができる。   As the acid for pH adjustment, an inorganic acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid, or an organic acid such as acetic acid can be used.

ここで、多孔質シリカの孔となる筒状のミセル(鋳型)の成型性の向上のためには、できるだけ少ない水(溶媒)で加水分解することが好ましい(図4参照)。そのため、アルコキシシランに対する水の添加量(水との化学量論比をアルコキシシラン:水=1:nとした場合のn)は、反応に最低限必要な2等量(eq)以上20等量以下の範囲、より好ましくは、2等量以上10等量以下の範囲、さらに好ましくは、2等量以上4等量以下の範囲とする。このように、少溶媒の系とすることにより、反応系をほぼ純粋なシリケートイオンと界面活性剤との混合物に維持することができ、鋳型となる界面活性剤のミセルの安定性を確保しつつ、ゾルゲル反応を促進することができる。例えば、上記R1(疎水部)として炭素数が8未満の界面活性剤を用いても多孔質シリカを合成することができる。よって、後述する多孔質シリカの第2細孔径(平均孔径、平均孔直径、D2)を小さくすることができる。別の捉え方をすれば、界面活性剤の疎水部の炭素数を調整することで、容易に多孔質シリカの第2細孔径を調整することが可能となる。 Here, in order to improve the moldability of the cylindrical micelle (template) serving as the pores of the porous silica, it is preferable to hydrolyze with as little water (solvent) as possible (see FIG. 4). Therefore, the amount of water added to the alkoxysilane (n when the stoichiometric ratio with water is alkoxysilane: water = 1: n) is at least 2 equivalents (eq) and at least 20 equivalents required for the reaction. The range is as follows, more preferably in the range of 2 to 10 equivalents, and still more preferably in the range of 2 to 4 equivalents. In this way, by using a system with a small amount of solvent, the reaction system can be maintained as a mixture of almost pure silicate ions and a surfactant, and the stability of the micelle of the surfactant serving as a template can be secured. , Can promote the sol-gel reaction. For example, porous silica can be synthesized even when a surfactant having less than 8 carbon atoms is used as R 1 (hydrophobic portion). Therefore, the second pore diameter (average pore diameter, average pore diameter, D2) of the porous silica described below can be reduced. In other words, by adjusting the number of carbon atoms in the hydrophobic portion of the surfactant, the second pore diameter of the porous silica can be easily adjusted.

次いで、図1(B)に示すように、基板SUBに前駆体溶液(ゾル)L1を塗布する。ここでは、基板SUBを前駆体溶液(ゾル)L1に浸漬することにより、基板SUBの表面に前駆体溶液(ゾル)L1の塗布層を形成する。   Next, as shown in FIG. 1B, a precursor solution (sol) L1 is applied to the substrate SUB. Here, a coating layer of the precursor solution (sol) L1 is formed on the surface of the substrate SUB by immersing the substrate SUB in the precursor solution (sol) L1.

次いで、基板SUBの表面の前駆体溶液(ゾル)L1を塩基性液L2と接触させることにより、ミセルの隙間でシリケートイオンの吸着および成長反応(ゾルゲル反応)が進行し、シリカ(SiO2)が形成される(図4参照)。例えば、図1(C)に示すように、前駆体溶液(ゾル)L1が付着した基板SUBを塩基性液L2に浸漬する。塩基性液L2としては、例えば、アンモニア水溶液を用いることができる。 Next, by bringing the precursor solution (sol) L1 on the surface of the substrate SUB into contact with the basic solution L2, silicate ion adsorption and growth reaction (sol-gel reaction) proceeds in the gaps of the micelles, and silica (SiO 2 ) is formed. Formed (see FIG. 4). For example, as shown in FIG. 1C, the substrate SUB to which the precursor solution (sol) L1 is attached is immersed in the basic liquid L2. As the basic liquid L2, for example, an aqueous ammonia solution can be used.

基板SUBの表面に付着した前駆体溶液(ゾル)L1は、塩基性液L2と接触することで、ゲル化(固化)する(図1(D))。このゲルを、乾燥した後、焼成する。この焼成により、シリカ(SiO2)の内部の界面活性剤が除去され、多孔質シリカPSを得ることができる。 The precursor solution (sol) L1 attached to the surface of the substrate SUB gels (solidifies) by contacting the basic solution L2 (FIG. 1D). The gel is dried and then fired. By this calcination, the surfactant inside silica (SiO 2 ) is removed, and porous silica PS can be obtained.

また、ここでは、基板SUBの表面に塗布された前駆体溶液(ゾル)L1の形状が反映され膜状の多孔質シリカPSが形成される。このように、前駆体溶液(ゾル)L1の塗布形状が多孔質シリカの形状に反映され、成形性が良好となる。膜の厚さは、前駆体溶液(ゾル)L1の粘度により調整することができ、例えば、1000nm〜106nm程度とすることができる。 Further, here, the shape of the precursor solution (sol) L1 applied to the surface of the substrate SUB is reflected, and a film-like porous silica PS is formed. As described above, the shape of the applied precursor solution (sol) L1 is reflected on the shape of the porous silica, and the moldability is improved. The thickness of the film can be adjusted by the viscosity of the precursor solution (sol) L1, for example, it may be about 1000nm~10 6 nm.

そして、この膜状の多孔質シリカには、界面活性剤よりなるミセル(鋳型)に対応する孔が多数形成されている。この孔は、例えば、メソ孔やミクロ孔である。   A large number of pores corresponding to micelles (templates) made of a surfactant are formed in the porous silica in the form of a film. The holes are, for example, mesopores or micropores.

加えて、後述するように、この膜状の多孔質シリカには、膜の延在方向と交差する方向に延在する多数のマクロ孔を有する。本願においては、IUPACの基準に基づき、直径が、2nm以下の細孔をミクロ孔と、2〜50nmの細孔をメソ孔と、50nm以上の細孔をマクロ孔とする。   In addition, as described later, this porous silica film has a large number of macropores extending in a direction intersecting the direction in which the film extends. In the present application, based on IUPAC standards, pores having a diameter of 2 nm or less are defined as micropores, pores having a diameter of 2 to 50 nm are defined as mesopores, and pores having a diameter of 50 nm or more are defined as macropores.

即ち、本実施の形態の膜状の多孔質シリカは、膜の延在方向と交差する方向に延在する多数のマクロ孔(マイクロメートルサイズの孔)を有し、そのマクロ孔の側壁には、ミセル(鋳型)に対応する孔(メソ孔、ミクロ孔)を有する。マクロ孔の直径は、100nm以上2000nm以下である。また、マクロ孔の側壁の厚さは、100nm以上2000nm以下である。   That is, the film-like porous silica of the present embodiment has a large number of macropores (micrometer-sized holes) extending in a direction intersecting with the direction in which the film extends, and the side walls of the macropores have And pores (mesopores, micropores) corresponding to micelles (templates). The diameter of the macropore is 100 nm or more and 2000 nm or less. The thickness of the side wall of the macro hole is 100 nm or more and 2000 nm or less.

このように、本実施の形態によれば、配向性を有するマクロ孔と、このマクロ孔の側壁を構成するシリカ(SiO2)の内部のミセル(鋳型)に対応するメソ孔やミクロ孔と、を有する多孔質シリカを形成することができる。このような2種以上の細孔を有する多孔質シリカを、“階層的多孔構造を有する多孔質シリカ”と呼ぶ場合がある。 As described above, according to the present embodiment, macropores having orientation, mesopores and micropores corresponding to micelles (templates) inside silica (SiO 2 ) constituting side walls of the macropores, Can be formed. Such porous silica having two or more kinds of pores may be referred to as “porous silica having a hierarchical porous structure”.

図2は、本実施の形態の多孔質シリカの構成を模式的に示す図である。なお、図2の写真は、後述する実施例1(図7(C))の多孔質シリカ(膜状)のSEM像である。   FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of the porous silica of the present embodiment. The photograph in FIG. 2 is an SEM image of the porous silica (film) of Example 1 (FIG. 7C) described later.

図2に示すように、膜の延在方向(即ち、基板SUBの表面)とほぼ垂直な方向に、複数の柱状の孔(第1細孔)P1が形成されている。この孔の直径(短径、平均細孔直径、柱状の断面の径)D1は、100nm以上である。また、柱状の孔P1の側壁を構成する多孔質シリカPSの内部には、ミセル(鋳型)に対応する第2細孔(メソ孔やミクロ孔)P2が形成されている。この孔の直径(短径、平均細孔直径)をD2とする。この第2細孔(メソ孔やミクロ孔)P2の一部は、柱状の孔P1の側壁から露出している。別の言い方をすれば、第2細孔(メソ孔やミクロ孔)P2の一部は、柱状の孔P1と連結している。   As shown in FIG. 2, a plurality of columnar holes (first pores) P1 are formed in a direction substantially perpendicular to the direction in which the film extends (that is, the surface of the substrate SUB). The diameter (minor diameter, average pore diameter, diameter of the columnar cross section) D1 of this hole is 100 nm or more. Further, inside the porous silica PS constituting the side wall of the columnar hole P1, second pores (mesopores or micropores) P2 corresponding to micelles (templates) are formed. The diameter (minor diameter, average pore diameter) of this hole is defined as D2. Part of the second pores (mesopores or micropores) P2 is exposed from the side wall of the columnar hole P1. In other words, a part of the second pores (mesopores or micropores) P2 is connected to the columnar pores P1.

このように、本実施の形態の多孔質シリカによれば、マクロ孔を設け、その側壁にメソ孔やミクロ孔が露出することで、メソ孔やミクロ孔を効率的に機能させることができる。例えば、多孔質シリカを吸着剤として用いる場合に、物質の吸着効率を向上させることができる。また、多孔質シリカに触媒などの機能性材料を担持させる場合においても基質の拡散性向上による触媒機能の効率化や触媒の担持量を大きくすることができる。このように、多孔質シリカの特性を向上させることができる。   As described above, according to the porous silica of the present embodiment, the macropores are provided, and the mesopores and the micropores are exposed on the side walls thereof, so that the mesopores and the micropores can function efficiently. For example, when porous silica is used as an adsorbent, the efficiency of adsorbing substances can be improved. Further, even when a functional material such as a catalyst is supported on the porous silica, the efficiency of the catalyst function can be improved by improving the diffusivity of the substrate, and the amount of the catalyst supported can be increased. Thus, the characteristics of the porous silica can be improved.

図3は、ミセル(鋳型)を模式的に示す図である。図3からも明らかなように、界面活性剤のR1(疎水部、疎水性アルキル鎖)の炭素数に基づきミセルの直径が決まる。よって、上記炭素数が大きい程、ミセルの直径(即ち、第2細孔の直径)が大きくなり、上記炭素数が小さくなるに伴い、ミセルの直径(即ち、第2細孔の直径)が小さくなる。例えば、界面活性剤のR1(疎水部)の炭素数が8以上の場合には、第2細孔の直径(短径)D2は、50nm以下のメソ孔となるが、界面活性剤のR1(疎水部)の炭素数が8未満(炭素数が2〜7)の場合には、第2細孔の直径(短径)D2は、2nm以下のミクロ孔となる。このように界面活性剤のR1(疎水部)の炭素数を調整することにより、第2細孔の直径(短径)D2を、例えば、0.5nm以上3nm以下に調整することができる。 FIG. 3 is a diagram schematically showing micelles (templates). As is clear from FIG. 3, the micelle diameter is determined based on the carbon number of R 1 (hydrophobic portion, hydrophobic alkyl chain) of the surfactant. Therefore, the larger the number of carbon atoms, the larger the diameter of the micelle (ie, the diameter of the second pore), and the smaller the number of carbon atoms, the smaller the diameter of the micelle (ie, the diameter of the second pore). Become. For example, when the number of carbon atoms in R 1 (hydrophobic portion) of the surfactant is 8 or more, the diameter (short diameter) D2 of the second pore is a mesopore of 50 nm or less, but the R 2 of the surfactant is When the number of carbon atoms in 1 (hydrophobic portion) is less than 8 (the number of carbon atoms is 2 to 7), the diameter (short diameter) D2 of the second pore is a micropore of 2 nm or less. By adjusting the carbon number of R 1 (hydrophobic portion) of the surfactant in this manner, the diameter (short diameter) D2 of the second pore can be adjusted to, for example, 0.5 nm or more and 3 nm or less.

特に、界面活性剤のR1(疎水部)の炭素数が8未満の場合には、ミセルの形成が困難となりやすい。これに対し、本実施の形態においては、前述したように、できるだけ少ない水(溶媒)で加水分解させることで、反応系をほぼ純粋なシリケートイオンと界面活性剤との混合物に維持することができ、鋳型となる界面活性剤のミセルの安定性を確保することができ、第2細孔の直径(短径)D2を小さくすることが可能である。 In particular, when the number of carbon atoms in R 1 (hydrophobic portion) of the surfactant is less than 8, formation of micelles tends to be difficult. In contrast, in the present embodiment, as described above, the reaction system can be maintained as a mixture of almost pure silicate ions and a surfactant by hydrolyzing with as little water (solvent) as possible. In addition, the stability of the micelle of the surfactant serving as a template can be ensured, and the diameter (short diameter) D2 of the second pore can be reduced.

また、マクロ孔の形成メカニズムは明確とはなっていないが、次のようなメカニズムが考え得る。   Although the mechanism of forming the macropores is not clear, the following mechanism can be considered.

図4は、多孔質シリカの生成反応(ゾルゲル化)を示す反応式である。また、図5は、マクロ孔の形成メカニズムを示す模式図である。   FIG. 4 is a reaction formula showing a reaction for producing porous silica (sol-gelation). FIG. 5 is a schematic view showing a mechanism of forming macropores.

図4の反応式1に示すように、テトラエトキシシラン(Si(OC254)の加水分解により、Si(OH)4(シリケートイオン)が形成される。そして、反応式2に示すように、Si(OH)4が縮重合し、シリカ(SiO2)が形成される(脱水縮合反応)。この反応系に、界面活性剤を添加し、ミセルが鋳型となることで、多孔質シリカを形成することができる。 As shown in reaction formula 1 in FIG. 4, Si (OH) 4 (silicate ion) is formed by hydrolysis of tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 ). Then, as shown in Reaction Formula 2, Si (OH) 4 undergoes polycondensation to form silica (SiO 2 ) (dehydration condensation reaction). By adding a surfactant to this reaction system and using micelles as templates, porous silica can be formed.

上記加水分解反応(反応式1)と、縮重合反応(反応式2)をまとめると、反応式3となる。   The above hydrolysis reaction (reaction formula 1) and polycondensation reaction (reaction formula 2) are summarized as reaction formula 3.

図5(A)に示すように、基板SUBの表面の前駆体溶液(ゾル)L1が塩基性液L2であるアンモニア(NH4OH、NH4 ++OH-)と接すると、接触面において、前駆体溶液(ゾル)L1がゲル化(固化)し、SiO2(Gel)が形成される。なお、このSiO2の中には、ミセルMCが取り込まれている。 As shown in FIG. 5 (A), when the precursor solution (sol) L1 on the surface of the substrate SUB comes into contact with ammonia (NH 4 OH, NH 4 + + OH ) which is the basic liquid L2, The body solution (sol) L1 gels (solidifies), and SiO 2 (Gel) is formed. Note that micelles MC are incorporated in this SiO 2 .

このSiO2の隙間から浸透圧により、前駆体溶液(ゾル)L1側にアンモニア(NH4OH、NH4 ++OH-)が浸み込む(図5(B))。そして、浸み込んだアンモニア(NH4OH、NH4 ++OH-)の近傍において前駆体溶液(ゾル)L1がゲル化(固化)する(図5(C))。さらに、アンモニア(NH4OH、NH4 ++OH-)が浸み込み、SiO2が成長する。このように、SiO2が、前駆体溶液(ゾル)L1が存在し、アンモニア(NH4OH、NH4 ++OH-)が浸み込む領域(図中の矢印部)を囲むように、成長する。そして、前駆体溶液(ゾル)L1が存在し、アンモニア(NH4OH、NH4 ++OH-)が浸み込む領域(図中の矢印部)が、柱状の孔(第1細孔、マクロ孔)P1となると考えられる。この柱状の孔(第1細孔、マクロ孔)P1は、配向性を有し、基板SUBの表面と交差する方向、より詳しくは略垂直に延在する。別の言い方をすれば、膜状の多孔質シリカの厚さ方向に延在する。 Ammonia (NH 4 OH, NH 4 + + OH ) infiltrates into the precursor solution (sol) L1 side from the gap of SiO 2 due to osmotic pressure (FIG. 5B). Then, the precursor solution (sol) L1 gels (solidifies) in the vicinity of the infiltrated ammonia (NH 4 OH, NH 4 + + OH ) (FIG. 5C). Further, ammonia (NH 4 OH, NH 4 + + OH ) infiltrates, and SiO 2 grows. As described above, SiO 2 grows so as to surround the region where the precursor solution (sol) L1 is present and in which ammonia (NH 4 OH, NH 4 + + OH ) infiltrates (arrow portion in the drawing). . The region where the precursor solution (sol) L1 exists and in which ammonia (NH 4 OH, NH 4 + + OH ) infiltrates (arrow portion in the figure) is a columnar hole (first hole, macro hole). ) P1. The columnar holes (first holes, macro holes) P1 have orientation and extend in a direction intersecting with the surface of the substrate SUB, more specifically, substantially perpendicularly. In other words, it extends in the thickness direction of the porous silica film.

このように、本実施の形態によれば、マクロ孔と、このマクロ孔の側壁にメソ孔やミクロ孔が露出した多孔質シリカを得ることができる。また、マクロ孔と、このマクロ孔の側壁にメソ孔やミクロ孔が露出した多孔質シリカを簡易な製造工程で得ることができる。即ち、ミセルMCを取り込んだシリカの成長と、その反応機構に由来すると思われる塩基性液の浸透およびゾルとの接触によるマクロ孔の形成と、が同時進行することにより、階層的多孔構造を有する多孔質シリカを容易に形成することができる。   Thus, according to the present embodiment, it is possible to obtain porous silica in which macropores and mesopores or micropores are exposed on the side walls of the macropores. In addition, macropores and porous silica having mesopores or micropores exposed on the side walls of the macropores can be obtained by a simple manufacturing process. That is, the growth of silica incorporating the micelles MC and the formation of macropores due to the infiltration of the basic liquid and the contact with the sol, which are thought to be derived from the reaction mechanism, proceed simultaneously, and have a hierarchical porous structure. Porous silica can be easily formed.

なお、図1に示す工程においては、基板SUBの表面への前駆体溶液(ゾル)L1の塗布をいわゆるディップ法(浸漬法、図1(B)、(C)参照)で行ったが、他の方法により前駆体溶液(ゾル)L1を塗布してもよい。   In the step shown in FIG. 1, the precursor solution (sol) L1 was applied to the surface of the substrate SUB by a so-called dip method (immersion method, see FIGS. 1B and 1C). The precursor solution (sol) L1 may be applied by the above method.

図6は、前駆体溶液(ゾル)L1の基板SUBへの塗布方法を示す図である。例えば、図6(A)に示すように、スプレーガン(霧吹き)SGを用いて前駆体溶液(ゾル)L1を基板SUB上に塗布してもよい。このような塗布をスプレーコートという。また、図6(B)に示すように、ノズルNから前駆体溶液(ゾル)L1を、回転している基板SUB上に吐出し、回転塗布してもよい。このような塗布をスピンコートという。   FIG. 6 is a diagram illustrating a method of applying the precursor solution (sol) L1 to the substrate SUB. For example, as shown in FIG. 6A, the precursor solution (sol) L1 may be applied onto the substrate SUB using a spray gun (fog spray) SG. Such application is called spray coating. Further, as shown in FIG. 6B, the precursor solution (sol) L1 may be discharged from the nozzle N onto the rotating substrate SUB and spin-coated. Such application is called spin coating.

また、基板SUBの種類に制限はないが、例えば、シリコン基板やガラス基板などを用いることができる。また、基板の他、ガラスフィルタなどを用いてもよい。ガラスフィルタとは、ガラス繊維の集合体であり、例えば、板状に加工したものがある。   Although there is no limitation on the type of the substrate SUB, for example, a silicon substrate or a glass substrate can be used. In addition to the substrate, a glass filter or the like may be used. The glass filter is an aggregate of glass fibers, for example, one processed into a plate shape.

このように、本実施の形態によれば、階層的多孔構造を有し、かつ、膜状の多孔質シリカを製造することができる。   As described above, according to the present embodiment, a porous silica having a hierarchical porous structure and in the form of a film can be produced.

ここで、例えば、特許文献2においては、界面活性剤、アルコキシシランおよび水に加え、ポリエチレングリコールのような水溶性高分子の存在下において、アルコキシシランを加水分解し、この混合液を、塩基性溶液と接触させることにより、モノリス状のメソポーラスシリカをナノ粒子化することに成功している。この場合、約2nm程度の界面活性剤に由来するメソ孔と、約20〜50nm程度の粒子間隙に対応するメソ孔との2つの細孔を有する多孔質シリカが形成されている。   Here, for example, in Patent Document 2, in addition to a surfactant, an alkoxysilane and water, alkoxysilane is hydrolyzed in the presence of a water-soluble polymer such as polyethylene glycol, and this mixed solution is converted into a basic solution. By contacting with a solution, monolithic mesoporous silica has been successfully converted into nanoparticles. In this case, porous silica having two pores of about 2 nm of mesopores derived from a surfactant and about 20 to 50 nm of mesopores corresponding to the particle gap is formed.

この場合、2種の細孔の孔径差が小さすぎる。また、ポリエチレングリコールのような水溶性高分子が必須である。さらに、約20〜50nm程度の粒子間隙に対応するメソ孔に配向性がない。   In this case, the difference between the two types of pores is too small. In addition, a water-soluble polymer such as polyethylene glycol is essential. Further, the mesopores corresponding to the particle gap of about 20 to 50 nm have no orientation.

また、非特許文献2のように、氷晶をテンプレートとして階層的多孔構造を形成する方法では、マクロ孔径が数十μmと大きくなり、2種の細孔の孔径差が大きすぎる。   Further, in the method of forming a hierarchical porous structure using ice crystals as a template as in Non-Patent Document 2, the macropore diameter is as large as several tens of μm, and the difference between the two kinds of pores is too large.

このような方法と比較し、本実施の形態によれば、例えば、吸着剤や触媒担持体としての使用した場合、マクロ孔での高い基質拡散性を発揮し、ミクロ孔やメソ孔への基質の吸着を促すため、吸着効率や触媒効率を向上させることができる。また、マクロ孔に配向性を持たせることができ、より高い基質拡散効率を得ることができる。このように、効果的な孔径差を有する階層的多孔構造の多孔質シリカを得ることができる。   In comparison with such a method, according to the present embodiment, for example, when used as an adsorbent or a catalyst carrier, it exhibits high substrate diffusivity in macropores, and can be used as a substrate for micropores or mesopores. In order to promote the adsorption, the adsorption efficiency and the catalyst efficiency can be improved. In addition, the macropores can have orientation, and higher substrate diffusion efficiency can be obtained. Thus, porous silica having a hierarchical porous structure having an effective pore diameter difference can be obtained.

以下、実施例に基づき本実施の形態をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail based on examples.

(実施例1)…階層的多孔構造を有し、かつ、膜状の多孔質シリカの合成
ポリプロピレン製容器にシリカ源としてテトラエトキシシラン(TEOS)8g(0.038mol;1eq)を入れ、続いてカチオン性界面活性剤を、0.0075mol〜0.038mol(0.2〜1eq)を分散させ、撹拌した。この時点で、TEOSと界面活性剤とは混じり合わない。即ち、均一な溶液とならない。カチオン性界面活性剤としては、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド(C18TAC)またはヘキシルトリメチルアンモニウムブロミド(C6TAB)を用いた。
(Example 1) Synthesis of porous silica having a hierarchical porous structure and a film shape In a polypropylene container, 8 g (0.038 mol; 1 eq) of tetraethoxysilane (TEOS) was added as a silica source, followed by 0.0075 mol to 0.038 mol (0.2 to 1 eq) of the cationic surfactant was dispersed and stirred. At this point, the TEOS and the surfactant do not mix. That is, a uniform solution is not obtained. Octadecyltrimethylammonium chloride (C18TAC) or hexyltrimethylammonium bromide (C6TAB) was used as the cationic surfactant.

次いで、上記混合液に、塩酸を用いてpHを0〜2程度に調整した水を2.74g(0.152mol;4eq)程度、添加し、室温で撹拌することにより、溶液(前駆体溶液)を得た。この溶液は、ゾル状である。1時間程度の撹拌でTEOSの加水分解が進行し、ほぼ均一な溶液(前駆体溶液、ゾル)が得られた。本実施例では、撹拌時間は6時間とした。   Next, about 2.74 g (0.152 mol; 4 eq) of water whose pH was adjusted to about 0 to 2 using hydrochloric acid was added to the above mixed solution, and the mixture was stirred at room temperature to obtain a solution (precursor solution). I got This solution is in the form of a sol. The hydrolysis of TEOS proceeded with stirring for about one hour, and a substantially uniform solution (precursor solution, sol) was obtained. In this example, the stirring time was 6 hours.

この溶液(前駆体溶液、ゾル)に、基板(シリコン基板)を浸漬し(ディップコートし)、その後、25%のアンモニア水溶液に浸漬した。基板の表面に付着した上記溶液(前駆体溶液、ゾル)は、アンモニア水溶液に接触した瞬間にゲル化(固化)した。このゲルを60℃で乾燥、600℃で3時間焼成し、界面活性剤を除去した。これにより、膜状の多孔質シリカを得た。   The substrate (silicon substrate) was immersed (dip coated) in this solution (precursor solution, sol), and then immersed in a 25% aqueous ammonia solution. The solution (precursor solution, sol) attached to the surface of the substrate gelled (solidified) at the moment it came into contact with the aqueous ammonia solution. The gel was dried at 60 ° C. and calcined at 600 ° C. for 3 hours to remove the surfactant. As a result, a porous silica film was obtained.

得られた多孔質シリカの細孔を解析した。比表面積(SSA)、細孔容積(TPV)、平均細孔径(D)を測定した。比表面積(SSA)は、BET法により測定した。平均細孔径は、GCMC法を用いて測定した。   The pores of the obtained porous silica were analyzed. The specific surface area (SSA), pore volume (TPV), and average pore diameter (D) were measured. The specific surface area (SSA) was measured by the BET method. The average pore diameter was measured using the GCMC method.

C18TACを用いた多孔質シリカの、BET比表面積は1144m2/g、細孔容積は0.85cm3/gであった。 The BET specific surface area of the porous silica using C18TAC was 1,144 m 2 / g, and the pore volume was 0.85 cm 3 / g.

C18TACを用いて合成した多孔質シリカ(膜状)のSEM像を図7、図8に示す。図7において、(A)は、C18TACを用いた多孔質シリカの上面のSEM像であり、膜状の多孔質シリカが得られていることが分かる。また、(B)は、膜状の多孔質シリカの断面のSEM像であり、(C)は、その拡大SEM像である。また、図8は、多孔質シリカの上面の拡大SEM像である。   FIGS. 7 and 8 show SEM images of porous silica (in the form of a film) synthesized using C18TAC. In FIG. 7, (A) is an SEM image of the upper surface of the porous silica using C18TAC, and it can be seen that porous silica in the form of a film is obtained. (B) is an SEM image of a cross section of the film-like porous silica, and (C) is an enlarged SEM image thereof. FIG. 8 is an enlarged SEM image of the upper surface of the porous silica.

図7の(B)、(C)および図8から明らかなように、膜の延在方向に垂直(膜の厚さ方向)に、複数のマクロ孔が空いていることが観測された。なお、図8のSEM像においては、多孔質シリカの表面部が欠けて、マクロ孔が明確に表れている箇所のSEM像を撮影した(図13も同様)。   As is clear from FIGS. 7B, 7C, and 8, it was observed that a plurality of macropores were opened perpendicularly to the direction in which the film extended (the thickness direction of the film). In addition, in the SEM image of FIG. 8, the SEM image of a portion where the surface of the porous silica was chipped and macropores clearly appeared was taken (the same applies to FIG. 13).

このように、C18TACを用いて合成した多孔質シリカ(膜状)は、界面活性剤のミセルを鋳型としたメソ孔と、SEM像で確認されるマクロ孔とを有する階層的多孔構造を有するシリカであることが分かる。   As described above, the porous silica (film form) synthesized using C18TAC has a hierarchical porous structure having mesopores using surfactant micelles as templates and macropores confirmed by SEM images. It turns out that it is.

図9は、C18TACを用いて合成した多孔質シリカ(膜状)の窒素吸脱着等温線を示す図である。図9においては、(a)部において、グラフが屈曲し、傾きが変化している。このような(a)部は、IUPACの分類のIV型に対応するもので、ミクロ孔またはメソ孔の存在が推測される。さらに、(b)部においても、グラフの屈曲部が存在し、ヒステリシスループも確認できる。この(b)部も、上記IV型に対応するもので、より大きいマクロ孔の存在も推測される。   FIG. 9 is a diagram showing a nitrogen adsorption / desorption isotherm of porous silica (in the form of a film) synthesized using C18TAC. In FIG. 9, the graph is bent and the inclination is changed in part (a). Such a portion (a) corresponds to the type IV of the IUPAC classification, and it is presumed that micropores or mesopores are present. Further, also in the portion (b), a bent portion of the graph exists, and a hysteresis loop can be confirmed. This part (b) also corresponds to the above-mentioned type IV, and the existence of larger macropores is also presumed.

図10および図11は、C18TACを用いて合成した多孔質シリカ(膜状)の細孔径分布を示すグラフである。図10は、GCMC法に基づくミクロ孔またはメソ孔の細孔径分布であり、図11は、水銀圧入法によるマクロ孔の細孔径分布である。横軸は、細孔径(Pore diameter,[nm])であり、縦軸は、積算細孔容積(dVp,[cm3/g])である。なお、図11において、右側の縦軸は、Log微分細孔容積(dV/d(logD),[cm3/g])である。 FIGS. 10 and 11 are graphs showing the pore size distribution of porous silica (membrane) synthesized using C18TAC. FIG. 10 shows the pore size distribution of micropores or mesopores based on the GCMC method, and FIG. 11 shows the pore size distribution of macropores obtained by the mercury intrusion method. The horizontal axis is the pore diameter (Pore diameter, [nm]), and the vertical axis is the integrated pore volume (dVp, [cm 3 / g]). In FIG. 11, the vertical axis on the right side is the Log differential pore volume (dV / d (logD), [cm 3 / g]).

図10に示すように、平均細孔径(GCMC法)は、3.5nm(メソ孔)であった。図11に示すように、マクロ孔の平均細孔径は、600nm程度であった。なお、図11に示す2つ目のピーク(105nm)は、多孔質シリカ間の間隙(すきま)に基づくものであり、SEM像で確認されたマクロ孔に基づくものではない。 As shown in FIG. 10, the average pore diameter (GCMC method) was 3.5 nm (mesopore). As shown in FIG. 11, the average pore diameter of the macropores was about 600 nm. Note that the second peak (10 5 nm) shown in FIG. 11 is based on the gap (gap) between the porous silicas, and is not based on the macropores confirmed in the SEM image.

以上のとおり、C18TACを用いて合成した多孔質シリカ(膜状)は、600nmのマクロ孔と、3.5nmのメソ孔を有する階層的多孔構造を有するシリカ膜であることが分かった。   As described above, it was found that the porous silica (film-like) synthesized using C18TAC was a silica film having a hierarchical porous structure having macropores of 600 nm and mesopores of 3.5 nm.

C6TABを用いた多孔質シリカの、BET比表面積は626m2/g、細孔容積は0.65cm3/gであった。 The BET specific surface area of the porous silica using C6TAB was 626 m 2 / g, and the pore volume was 0.65 cm 3 / g.

C6TABを用いて合成した多孔質シリカ(膜状)のSEM像を図12、図13に示す。図12は、膜状の多孔質シリカの断面の拡大SEM像であり、図13は、多孔質シリカの上面の拡大SEM像である。   FIGS. 12 and 13 show SEM images of porous silica (in the form of a film) synthesized using C6TAB. FIG. 12 is an enlarged SEM image of a cross section of the porous silica film, and FIG. 13 is an enlarged SEM image of the upper surface of the porous silica.

図12および図13から明らかなように、C6TABを用いた多孔質シリカ(C6)においても、膜の延在方向に垂直(膜の厚さ方向)に、複数のマクロ孔が空いていることが観測された。   As is clear from FIG. 12 and FIG. 13, even in porous silica (C6) using C6TAB, a plurality of macropores are vacant in the direction perpendicular to the direction in which the film extends (in the thickness direction of the film). Observed.

このように、C6TABを用いて合成した多孔質シリカ(膜状)は、界面活性剤のミセルを鋳型としたミクロ孔と、SEM像で確認されるマクロ孔とを有する階層的多孔構造を有するシリカであることが分かる。   As described above, the porous silica (film-like) synthesized using C6TAB is a silica having a hierarchical porous structure having micropores using surfactant micelles as templates and macropores confirmed by SEM images. It turns out that it is.

図14は、C6TABを用いて合成した多孔質シリカ(膜状)の窒素吸脱着等温線を示す図である。図14においては、(a)部において、グラフが屈曲し、傾きが変化している。このような(a)部は、IUPACの分類のI型に対応するもので、ミクロ孔の存在が推測される。さらに、(b)部においても、グラフの屈曲部が存在し、ヒステリシスループも確認できる。この(b)部も、上記IV型に対応するもので、より大きいマクロ孔の存在も推測される。   FIG. 14 is a diagram showing a nitrogen adsorption / desorption isotherm of porous silica (in the form of a film) synthesized using C6TAB. In FIG. 14, the graph is bent and the inclination is changed in the portion (a). Such a portion (a) corresponds to the type I of the IUPAC classification, and the existence of micropores is presumed. Further, also in the portion (b), a bent portion of the graph exists, and a hysteresis loop can be confirmed. This part (b) also corresponds to the above-mentioned type IV, and the existence of larger macropores is also presumed.

図15は、C6TABを用いて合成した多孔質シリカ(膜状)の細孔径分布を示すグラフである。図15は、GCMC法に基づくミクロ孔またはメソ孔の細孔径分布である。   FIG. 15 is a graph showing the pore size distribution of porous silica (membrane) synthesized using C6TAB. FIG. 15 is a pore size distribution of micropores or mesopores based on the GCMC method.

図15に示すように、平均細孔径(GCMC法)は、1.3nm(ミクロ孔)であった。また、水銀圧入法により、マクロ孔の細孔径分布を調べたところ、マクロ孔の平均細孔径は、500nm程度であった。   As shown in FIG. 15, the average pore diameter (GCMC method) was 1.3 nm (micropore). When the pore size distribution of the macropores was examined by the mercury intrusion method, the average pore size of the macropores was about 500 nm.

以上のとおり、C6TABを用いて合成した多孔質シリカ(膜状)は、500nmのマクロ孔と、1.3nmのミクロ孔を有する階層的多孔構造を有するシリカ膜であることが分かった。   As described above, it was found that the porous silica (film-like) synthesized using C6TAB was a silica film having a hierarchical porous structure having macropores of 500 nm and micropores of 1.3 nm.

(比較例1)…界面活性剤を用いないで合成したシリカ
実施例1の溶液(前駆体溶液、ゾル)の形成において、界面活性剤を添加しないで、溶液を形成した。即ち、ポリプロピレン製容器にシリカ源としてテトラエトキシシラン(TEOS)8g(0.038mol;1eq)を入れ、次いで、塩酸を用いてpHを0〜2程度に調整した水を2.74g(0.152mol;4eq)程度、添加し、室温で撹拌することにより、溶液(前駆体溶液、ゾル)を得た。撹拌時間は6時間とした。
(Comparative Example 1) Silica synthesized without using a surfactant In forming the solution (precursor solution, sol) of Example 1, a solution was formed without adding a surfactant. That is, 8 g (0.038 mol; 1 eq) of tetraethoxysilane (TEOS) was added as a silica source to a polypropylene container, and then 2.74 g (0.152 mol) of water whose pH was adjusted to about 0 to 2 using hydrochloric acid. About 4 eq) and stirred at room temperature to obtain a solution (precursor solution, sol). The stirring time was 6 hours.

この溶液(前駆体溶液、ゾル)に、基板(シリコン基板)を浸漬し(ディップコートし)、その後、25%のアンモニア水溶液に浸漬した。基板の表面に付着した上記溶液(前駆体溶液、ゾル)は、アンモニア水溶液に接触した瞬間にゲル化(固化)した。このゲルを60℃で乾燥、600℃で3時間焼成し、界面活性剤を除去した。これにより、シリカを得た。   The substrate (silicon substrate) was immersed (dip coated) in this solution (precursor solution, sol), and then immersed in a 25% aqueous ammonia solution. The solution (precursor solution, sol) attached to the surface of the substrate gelled (solidified) at the moment it came into contact with the aqueous ammonia solution. The gel was dried at 60 ° C. and calcined at 600 ° C. for 3 hours to remove the surfactant. Thereby, silica was obtained.

本比較例のシリカのSEM像を図16に示す。図16からも明らかなように、界面活性剤を添加しない場合には、マクロ孔は形成されず、アモルファスなシリカ粒子の集合体が得られるにすぎないことが分かった。また、界面活性剤を添加していないため、ミセルが形成されず、ミクロ孔およびメソ孔も形成されていない。   FIG. 16 shows an SEM image of the silica of this comparative example. As is clear from FIG. 16, when the surfactant was not added, no macropores were formed, and only an aggregate of amorphous silica particles was obtained. Further, since no surfactant was added, no micelles were formed, and neither micropores nor mesopores were formed.

このように、界面活性剤を添加しない場合には、マクロ孔と、ミクロ孔またはメソ孔を有する階層的多孔構造を有するシリカを形成することはできなかった。このことから、階層的多孔構造を有するシリカの合成のためには、界面活性剤が必須であることが分かった。   As described above, when the surfactant was not added, silica having a hierarchical porous structure having macropores and micropores or mesopores could not be formed. From this, it was found that a surfactant was essential for the synthesis of silica having a hierarchical porous structure.

(比較例2)…ゲル化した後、アンモニア水溶液に浸漬することにより合成したシリカ
実施例1の溶液(前駆体溶液、ゾル)を、シリコン基板上に1000rpmでスピンコートし塗布膜を形成し、大気中で乾燥させた。乾燥により、塗布膜はゲル化し流動性を失った。このゲル化物を25%のアンモニア水溶液に浸漬した。その後、ゲル化物を60℃で乾燥、600℃で3時間焼成し、界面活性剤を除去した。これにより、多孔質シリカを得た。
(Comparative Example 2) ... Silica synthesized by gelation and immersion in an aqueous ammonia solution The solution (precursor solution, sol) of Example 1 was spin-coated on a silicon substrate at 1000 rpm to form a coating film. Dry in air. By drying, the coating film gelled and lost fluidity. This gel was immersed in a 25% aqueous ammonia solution. Thereafter, the gel was dried at 60 ° C. and baked at 600 ° C. for 3 hours to remove the surfactant. Thus, porous silica was obtained.

本比較例の多孔質シリカのSEM像を図17に示す。図17からも明らかなように、溶液(前駆体溶液、ゾル)をゲル化した後、アンモニア水溶液に浸漬しても、マクロ孔は形成されなかった。なお、界面活性剤は添加されているため、ミセルを鋳型としたミクロ孔またはメソ孔は形成されていると考えられる。   FIG. 17 shows an SEM image of the porous silica of this comparative example. As is clear from FIG. 17, even when the solution (precursor solution, sol) was gelled and immersed in an aqueous ammonia solution, no macropores were formed. Since the surfactant was added, it is considered that micropores or mesopores were formed using micelles as templates.

このように、溶液(前駆体溶液、ゾル)をゲル化した後、アンモニア水溶液に浸漬した場合には、マクロ孔と、ミクロ孔またはメソ孔を有する階層的多孔構造を有するシリカを形成することはできなかった。このことから、階層的多孔構造を有するシリカの合成のためには、溶液(前駆体溶液、ゾル)の吐出後、この溶液がゲル化する前に、アンモニア水溶液に接触させることが必須であることが分かった。   In this way, when the solution (precursor solution, sol) is gelled and then immersed in an aqueous ammonia solution, it is possible to form silica having a hierarchical porous structure having macropores, micropores or mesopores. could not. For this reason, in order to synthesize silica having a hierarchical porous structure, it is essential that the solution (precursor solution, sol) is brought into contact with an aqueous ammonia solution before the solution is gelled after being discharged. I understood.

本明細書において、ゲル化とは、例えば、溶液の粘度[mPa・s]が、100[mPa・s]以上となることを言い、撹拌後の溶液の粘度としては、50[mPa・s]以下の段階で塩基性液(アンモニア水溶液)に接触させることが好ましい。   In the present specification, gelation means that the viscosity [mPa · s] of the solution becomes 100 [mPa · s] or more, for example, and the viscosity of the solution after stirring is 50 [mPa · s]. It is preferable to make contact with a basic liquid (aqueous ammonia solution) in the following steps.

(実施例2)…撹拌時間と膜厚(ミクロ孔の長さ)との関係
カチオン性界面活性剤としてオクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド(C18TAC)を用いて、実施例1と同様に膜状の多孔質シリカを形成した。即ち、ポリプロピレン製容器にシリカ源としてテトラエトキシシラン(TEOS)8g(0.038mol;1eq)を入れ、続いてカチオン性界面活性剤(C18TAC)を、0.0075mol〜0.038mol(0.2〜1eq)を分散させ、撹拌した。この時点で、TEOSと界面活性剤とは混じり合わない。即ち、均一な溶液とならない。
(Example 2) Relationship between stirring time and film thickness (micropore length) Using octadecyltrimethylammonium chloride (C18TAC) as a cationic surfactant, a film-like porous silica as in Example 1 was used. Was formed. That is, 8 g (0.038 mol; 1 eq) of tetraethoxysilane (TEOS) was added as a silica source to a polypropylene container, and then a cationic surfactant (C18TAC) was added in an amount of 0.0075 mol to 0.038 mol (0.2 to 1eq) was dispersed and stirred. At this point, the TEOS and the surfactant do not mix. That is, a uniform solution is not obtained.

次いで、上記混合液に、塩酸を用いてpHを0〜2程度に調整した水を2.74g(0.152mol;4eq)程度、添加し、室温で撹拌することにより、溶液(前駆体溶液)を得た。この溶液は、ゾル状である。   Next, about 2.74 g (0.152 mol; 4 eq) of water whose pH was adjusted to about 0 to 2 using hydrochloric acid was added to the above mixed solution, and the mixture was stirred at room temperature to obtain a solution (precursor solution). I got This solution is in the form of a sol.

撹拌時間を、1、6、24時間と変えた溶液(前駆体溶液、ゾル)を用意した。1時間程度の撹拌でTEOSの加水分解が進行し、ほぼ均一な溶液(前駆体溶液、ゾル)が得られた。また、撹拌時間が1時間から6時間、24時間と長くなるにしたがって、溶液(前駆体溶液、ゾル)の粘性が高くなったが、溶液のゲル化には至らなかった。   Solutions (precursor solutions, sols) with stirring times of 1, 6, and 24 hours were prepared. The hydrolysis of TEOS proceeded with stirring for about one hour, and a substantially uniform solution (precursor solution, sol) was obtained. Further, as the stirring time increased from 1 hour to 6 hours and then to 24 hours, the viscosity of the solution (precursor solution, sol) increased, but the solution did not gel.

撹拌後の溶液に、基板(シリコン基板)を浸漬し(ディップコートし)、その後、25%のアンモニア水溶液に浸漬した。基板の表面に付着した上記溶液(前駆体溶液、ゾル)は、アンモニア水溶液に接触した瞬間にゲル化(固化)した。このゲルを60℃で乾燥、600℃で3時間焼成し、界面活性剤を除去した。これにより、膜状の多孔質シリカを得た。   The substrate (silicon substrate) was immersed (dip coated) in the solution after stirring, and then immersed in a 25% aqueous ammonia solution. The solution (precursor solution, sol) attached to the surface of the substrate gelled (solidified) at the moment it came into contact with the aqueous ammonia solution. The gel was dried at 60 ° C. and calcined at 600 ° C. for 3 hours to remove the surfactant. As a result, a porous silica film was obtained.

攪拌時間の延長に伴い、膜状の多孔質シリカの膜厚の増加が確認された。撹拌時間が1時間の場合は、膜厚が20μm程度であり、撹拌時間が6時間の場合は、膜厚が30μm程度であり、撹拌時間が24時間の場合は、膜厚が35μm程度であった。   With an increase in the stirring time, it was confirmed that the film thickness of the film-like porous silica increased. When the stirring time is 1 hour, the film thickness is about 20 μm, when the stirring time is 6 hours, the film thickness is about 30 μm, and when the stirring time is 24 hours, the film thickness is about 35 μm. Was.

このような膜厚の変化は、溶液(前駆体溶液、ゾル)の攪拌時間の延長に伴い、前駆体シリケートの重合が進行し、例えば、オリゴマーとなり、ゾルの粘性が上昇したことに起因する。このように、溶液(前駆体溶液、ゾル)の攪拌時間を調整することで、膜状の多孔質シリカの膜厚をコントロールすることが可能である。   Such a change in the film thickness is caused by the fact that the polymerization of the precursor silicate progresses as the stirring time of the solution (precursor solution, sol) increases, and for example, the precursor silicate becomes an oligomer and the viscosity of the sol increases. Thus, by adjusting the stirring time of the solution (precursor solution, sol), it is possible to control the thickness of the film-like porous silica.

図18は、膜状の多孔質シリカの断面の拡大SEM像である。図18の(A)は、撹拌時間が1時間の場合、(B)は、撹拌時間が6時間の場合、(C)は、撹拌時間が24時間の場合である。   FIG. 18 is an enlarged SEM image of a cross section of the porous silica film. 18A shows the case where the stirring time is 1 hour, FIG. 18B shows the case where the stirring time is 6 hours, and FIG. 18C shows the case where the stirring time is 24 hours.

図18の(A)と(B)の比較より、撹拌時間が1時間から6時間になると、マクロ孔の長さが長くなる傾向が確認できる。また、図18の(B)と(C)の比較より、撹拌時間が6時間から24時間になると、マクロ孔の長さが長くなり、表面と逆側(基板側)において、柱状のマクロ孔が屈曲していることが分かる。   From the comparison between (A) and (B) of FIG. 18, it can be confirmed that the length of the macropores tends to be longer when the stirring time is from 1 hour to 6 hours. Also, from the comparison between (B) and (C) of FIG. 18, when the stirring time is changed from 6 hours to 24 hours, the length of the macropore becomes longer, and the columnar macropore becomes opposite to the surface (substrate side). It can be seen that is bent.

(実施例3)…ガラスフィルタ上に形成した多孔質シリカ
カチオン性界面活性剤としてオクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド(C18TAC)を用いて、実施例2と同様に膜状の多孔質シリカを形成した。即ち、ポリプロピレン製容器にシリカ源としてテトラエトキシシラン(TEOS)8g(0.038mol;1eq)を入れ、続いてカチオン性界面活性剤(C18TAC)を、0.0075mol〜0.038mol(0.2〜1eq)を分散させ、撹拌した。この時点で、TEOSと界面活性剤とは混じり合わない。即ち、均一な溶液とならない。
Example 3 Porous Silica Formed on a Glass Filter A film-like porous silica was formed in the same manner as in Example 2, except that octadecyltrimethylammonium chloride (C18TAC) was used as a cationic surfactant. That is, 8 g (0.038 mol; 1 eq) of tetraethoxysilane (TEOS) was added as a silica source to a polypropylene container, and then a cationic surfactant (C18TAC) was added in an amount of 0.0075 mol to 0.038 mol (0.2 to 1eq) was dispersed and stirred. At this point, the TEOS and the surfactant do not mix. That is, a uniform solution is not obtained.

次いで、上記混合液に、塩酸を用いてpHを0〜2程度に調整した水を2.74g(0.152mol;4eq)程度、添加し、室温で撹拌することにより、溶液(前駆体溶液)を得た。この溶液は、ゾル状である。1時間程度の撹拌でTEOSの加水分解が進行し、ほぼ均一な溶液(前駆体溶液、ゾル)が得られた。本実施例では、撹拌時間は6時間とした。   Next, about 2.74 g (0.152 mol; 4 eq) of water whose pH was adjusted to about 0 to 2 using hydrochloric acid was added to the above mixed solution, and the mixture was stirred at room temperature to obtain a solution (precursor solution). I got This solution is in the form of a sol. The hydrolysis of TEOS proceeded with stirring for about one hour, and a substantially uniform solution (precursor solution, sol) was obtained. In this example, the stirring time was 6 hours.

この溶液(前駆体溶液、ゾル)に、ガラスフィルタを浸漬(ディップコート)した後、25%アンモニア水溶液中に浸漬した。ガラスフィルタの表面に付着した上記溶液(前駆体溶液、ゾル)は、アンモニア水溶液に接触した瞬間にゲル化(固化)した。このゲルを60℃で乾燥、600℃で3時間焼成し、界面活性剤を除去した。これにより、膜状の多孔質シリカを得た。   A glass filter was immersed (dip coated) in this solution (precursor solution, sol), and then immersed in a 25% aqueous ammonia solution. The solution (precursor solution, sol) attached to the surface of the glass filter gelled (solidified) at the moment it came into contact with the aqueous ammonia solution. The gel was dried at 60 ° C. and calcined at 600 ° C. for 3 hours to remove the surfactant. As a result, a porous silica film was obtained.

図19は、ガラスフィルタのSEM像であり、図20は、膜状の多孔質シリカの断面の拡大SEM像である。   FIG. 19 is an SEM image of the glass filter, and FIG. 20 is an enlarged SEM image of a cross section of the film-like porous silica.

本実施例においても、図20に示すように、ガラスフィルタ上に膜状の多孔質シリカが形成され、膜の延在方向に垂直(膜の厚さ方向)に、複数のマクロ孔が空いていることが観測された。マクロ孔の平均細孔径は、500nm程度である。また、膜状の多孔質シリカの下方には、ガラスフィルタの繊維の周囲に形成された多孔質シリカを確認することができる。   Also in the present embodiment, as shown in FIG. 20, a film-like porous silica is formed on a glass filter, and a plurality of macropores are formed in a direction perpendicular to the direction in which the film extends (in the thickness direction of the film). Was observed. The average pore diameter of the macropores is about 500 nm. In addition, the porous silica formed around the fibers of the glass filter can be seen below the porous silica in the form of a film.

(実施の形態2)…粒状の多孔質シリカ
実施の形態1においては、膜状の多孔質シリカを形成したが、本実施の形態としては、粒状の多孔質シリカを形成する。
(Embodiment 2) Granular porous silica In Embodiment 1, a film-like porous silica is formed, but in the present embodiment, granular porous silica is formed.

本実施の形態においても、界面活性剤を鋳型としたゾルゲル法により、多孔質シリカを合成する。前述したように、一般的には、溶液中に界面活性剤を溶解させると、界面活性剤の種類と濃度に応じて例えば筒状のミセル(鋳型)が形成される。ここで溶液中にシリカ源となるアルコキシシランなどを加えると、ミセルの隙間でシリケートイオンの吸着および成長反応が進行し、シリカゲル骨格が形成される。このシリケートイオンの吸着および成長反応により、ゾル状態からゲル状態へ変化するためゾルゲル反応と呼ばれる(図4参照)。この後、焼成(熱処理)すると、鋳型とした界面活性剤が分解・除去されて多孔質シリカが得られる。言い換えれば、複数の孔(細孔、微細孔)を有するシリカ骨格が得られる。   Also in the present embodiment, porous silica is synthesized by a sol-gel method using a surfactant as a template. As described above, generally, when a surfactant is dissolved in a solution, for example, a cylindrical micelle (template) is formed in accordance with the type and concentration of the surfactant. Here, when an alkoxysilane or the like serving as a silica source is added to the solution, the adsorption and growth reaction of silicate ions proceeds in the gaps of the micelles, and a silica gel skeleton is formed. The silicate state is changed from a sol state to a gel state by the silicate ion adsorption and growth reaction, and is called a sol-gel reaction (see FIG. 4). Thereafter, when firing (heat treatment), the surfactant used as a template is decomposed and removed, and porous silica is obtained. In other words, a silica skeleton having a plurality of pores (pores, micropores) is obtained.

以下に、本実施の形態の多孔質シリカの合成方法について詳細に説明する。図21は、本実施の形態の多孔質シリカの製造工程を示す図である。   Hereinafter, the method for synthesizing the porous silica of the present embodiment will be described in detail. FIG. 21 is a diagram showing a process for producing the porous silica of the present embodiment.

実施の形態1の場合と同様にして、多孔質シリカの前駆体溶液(ゾル、ゾル状態液)L1を形成する。即ち、シリカ源となるシリコン化合物と界面活性剤とを混合し、攪拌し、この混合液中に、水を添加し攪拌することで前駆体溶液L1を形成する。   A precursor solution (sol, sol-state liquid) L1 of porous silica is formed in the same manner as in the first embodiment. That is, a silicon compound serving as a silica source and a surfactant are mixed and stirred, and water is added to the mixed solution and stirred to form a precursor solution L1.

シリカ源、界面活性剤および添加する水(H2O)等については、実施の形態1の場合と同様の材料を使用することができる。 As for the silica source, the surfactant, and water (H 2 O) to be added, the same materials as those in the first embodiment can be used.

本実施の形態においても、多孔質シリカの孔となる筒状のミセル(鋳型)の成型性の向上のためには、できるだけ少ない水(溶媒)で加水分解することが好ましい(図4参照)。そのため、アルコキシシランに対する水の添加量は、反応に最低限必要な2等量(eq)以上20等量以下の範囲、より好ましくは、2等量以上10等量以下の範囲、さらに好ましくは、2等量以上4等量以下の範囲とする。このように、少溶媒の系とする理由は、実施の形態1において説明したとおりである。   Also in the present embodiment, it is preferable to hydrolyze with as little water (solvent) as possible in order to improve the moldability of cylindrical micelles (templates) that become pores of porous silica (see FIG. 4). Therefore, the amount of water to be added to the alkoxysilane is in the range of at least 2 equivalents (eq) required for the reaction and not more than 20 equivalents, more preferably in the range of not less than 2 equivalents and not more than 10 equivalents, and further preferably, The range is from 2 equivalents to 4 equivalents. The reason for using a small solvent system is as described in the first embodiment.

次いで、前駆体溶液(ゾル)L1を液滴状とし、塩基性液L2と接触させる。これにより、液滴において、ミセルの隙間でシリケートイオンの吸着および成長反応(ゾルゲル反応)が進行し、粒状(例えば、略球状)のシリカ(SiO2)が形成される(図4参照)。このように、前駆体溶液(ゾル)L1の滴下形状が多孔質シリカの形状に反映され、成形性が良好となる。粒子の大きさは、塩基性液中に滴下する前駆体溶液(ゾル)L1の液滴の大きさにより調整することができ、例えば、粒子(球状)の直径は、1000nm〜5×106nm程度とすることができる。 Next, the precursor solution (sol) L1 is formed into droplets and brought into contact with the basic liquid L2. As a result, in the droplets, the adsorption and growth reaction (sol-gel reaction) of silicate ions proceeds in the gaps between the micelles, and granular (for example, substantially spherical) silica (SiO 2 ) is formed (see FIG. 4). Thus, the shape of the drop of the precursor solution (sol) L1 is reflected on the shape of the porous silica, and the moldability is improved. The size of the particles can be adjusted by the size of the droplets of the precursor solution (sol) L1 dropped into the basic liquid. For example, the diameter of the particles (spherical) is 1000 nm to 5 × 10 6 nm. Degree.

例えば、図21に示すように、前駆体溶液(ゾル)L1を、スプレーガン(霧吹き)SGを用いて、塩基性液L2中に噴霧する。塩基性液L2としては、例えば、アンモニア水溶液を用いることができる。なお、スプレーガン(霧吹き)SGに代えて、図22に示すような、スポイトEDを用いてもよい。スポイトEDを用いることで、液滴の大きさを大きくすることができる。また、スポイトEDの他、注射器などを用いてもよい。図22は、本実施の形態の多孔質シリカの他の製造工程を示す図である。   For example, as shown in FIG. 21, the precursor solution (sol) L1 is sprayed into the basic liquid L2 using a spray gun (mist spray) SG. As the basic liquid L2, for example, an aqueous ammonia solution can be used. Instead of the spray gun (mist spray) SG, a dropper ED as shown in FIG. 22 may be used. By using the dropper ED, the size of the droplet can be increased. In addition, a syringe or the like may be used instead of the dropper ED. FIG. 22 is a diagram showing another manufacturing process of the porous silica of the present embodiment.

図21等に示す液滴状の前駆体溶液(ゾル)L1は、塩基性液L2と接触することで、ゲル化(固化)する。このゲルを、取り出し、乾燥した後、焼成する。この焼成により、シリカ(SiO2)の内部の界面活性剤が除去され、粒状の多孔質シリカPSを得ることができる。 The droplet-shaped precursor solution (sol) L1 shown in FIG. 21 and the like is gelled (solidified) by coming into contact with the basic liquid L2. The gel is taken out, dried, and fired. By this firing, the surfactant inside silica (SiO 2 ) is removed, and granular porous silica PS can be obtained.

そして、この粒状の多孔質シリカには、界面活性剤よりなるミセル(鋳型)に対応する孔が多数形成されている。この孔は、例えば、メソ孔やミクロ孔である。   A large number of pores corresponding to micelles (templates) made of a surfactant are formed in the granular porous silica. The holes are, for example, mesopores or micropores.

加えて、後述するように、この粒状の多孔質シリカには、粒子の中心部から放射状に延びる多数のマクロ孔を有する。別の言い方をすれば、粒子の内部から外側の方向に延在する複数の柱状のマクロ孔を有する。また、別の言い方をすれば、粒子の外側から内部(例えば、中心部)の方向に延在する複数の柱状のマクロ孔を有する。   In addition, as described later, the granular porous silica has a large number of macropores extending radially from the center of the particle. Stated another way, it has a plurality of columnar macropores extending from the inside of the particle to the outside. In other words, it has a plurality of columnar macropores extending from the outside to the inside (for example, the center) of the particle.

このように、本実施の形態の粒状の多孔質シリカは、粒子の中心部から放射状に延びる多数のマクロ孔を有し、そのマクロ孔の側壁には、ミセル(鋳型)に対応する孔(メソ孔、ミクロ孔)を有する。マクロ孔の直径(短径、平均細孔直径、柱状の断面の径)は、100nm以上2000nm以下である。また、マクロ孔の側壁の厚さは、100nm以上2000nm以下である。   As described above, the granular porous silica of the present embodiment has a large number of macropores extending radially from the center of the particles, and the side walls of the macropores have pores (meso) corresponding to the micelle (template). Holes, micropores). The diameter of the macropores (short diameter, average pore diameter, diameter of columnar cross section) is 100 nm or more and 2000 nm or less. The thickness of the side wall of the macro hole is 100 nm or more and 2000 nm or less.

このように、本実施の形態によれば、配向性を有するマクロ孔と、このマクロ孔の側壁を構成するシリカ(SiO2)の内部のミセル(鋳型)に対応するメソ孔やミクロ孔と、を有する多孔質シリカを形成することができる。 As described above, according to the present embodiment, macropores having orientation, mesopores and micropores corresponding to micelles (templates) inside silica (SiO 2 ) constituting side walls of the macropores, Can be formed.

本実施の形態においても、複数の柱状の孔(第1細孔)P1が形成され、柱状の孔P1の側壁を構成する多孔質シリカPSの内部には、ミセル(鋳型)に対応する第2細孔(メソ孔やミクロ孔)P2が形成される。この第2細孔(メソ孔やミクロ孔)P2の一部は、柱状の孔P1の側壁から露出している。別の言い方をすれば、第2細孔(メソ孔やミクロ孔)P2の一部は、柱状の孔P1と連結している(図2参照)。   Also in the present embodiment, a plurality of columnar holes (first pores) P1 are formed, and inside the porous silica PS constituting the side walls of the columnar holes P1, the second pores corresponding to the micelles (template) are formed. Micropores (mesopores or micropores) P2 are formed. Part of the second pores (mesopores or micropores) P2 is exposed from the side wall of the columnar hole P1. In other words, a part of the second pores (mesopores or micropores) P2 is connected to the columnar pores P1 (see FIG. 2).

このように、本実施の形態の多孔質シリカによれば、マクロ孔を設け、その側壁にメソ孔やミクロ孔が露出することで、メソ孔やミクロ孔を効率的に機能させることができる。例えば、多孔質シリカを吸着剤として用いる場合に、物質の吸着効率を向上させることができる。また、多孔質シリカに触媒などの機能性材料を担持させる場合においても基質の拡散性向上による触媒機能の効率化や触媒の担持量を大きくすることができる。このように、多孔質シリカの特性を向上させることができる。   As described above, according to the porous silica of the present embodiment, the macropores are provided, and the mesopores and the micropores are exposed on the side walls thereof, so that the mesopores and the micropores can function efficiently. For example, when porous silica is used as an adsorbent, the efficiency of adsorbing substances can be improved. Further, even when a functional material such as a catalyst is supported on the porous silica, the efficiency of the catalyst function can be improved by improving the diffusivity of the substrate, and the amount of the catalyst supported can be increased. Thus, the characteristics of the porous silica can be improved.

また、本実施の形態においても、界面活性剤のR1(疎水部、疎水性アルキル鎖)の炭素数に基づきミセルの直径が決まる(図3参照)。よって、上記炭素数が大きい程、ミセルの直径(即ち、第2細孔の直径)が大きくなり、上記炭素数が小さくなるに伴い、ミセルの直径(即ち、第2細孔の直径)が小さくなる。例えば、界面活性剤のR1(疎水部)の炭素数が8以上の場合には、第2細孔の直径(短径)D2は、50nm以下のメソ孔となるが、界面活性剤のR1(疎水部)の炭素数が8未満(炭素数が2〜7)の場合には、第2細孔の直径(短径)D2は、2nm以下のミクロ孔となる。このように、界面活性剤のR1(疎水部)の炭素数を調整することにより、第2細孔の直径(短径)D2を、例えば、0.5nm以上3nm以下に調整することができる。 Also in this embodiment, the micelle diameter is determined based on the carbon number of R 1 (hydrophobic portion, hydrophobic alkyl chain) of the surfactant (see FIG. 3). Therefore, the larger the number of carbon atoms, the larger the diameter of the micelle (ie, the diameter of the second pore), and the smaller the number of carbon atoms, the smaller the diameter of the micelle (ie, the diameter of the second pore). Become. For example, when the number of carbon atoms in R 1 (hydrophobic portion) of the surfactant is 8 or more, the diameter (short diameter) D2 of the second pore is a mesopore of 50 nm or less, but the R 2 of the surfactant is When the number of carbon atoms in 1 (hydrophobic portion) is less than 8 (the number of carbon atoms is 2 to 7), the diameter (short diameter) D2 of the second pore is a micropore of 2 nm or less. Thus, by adjusting the carbon number of R 1 (hydrophobic portion) of the surfactant, the diameter (short diameter) D2 of the second pore can be adjusted to, for example, 0.5 nm or more and 3 nm or less. .

特に、界面活性剤のR1(疎水部)の炭素数が8未満の場合には、ミセルの形成が困難となりやすい。これに対し、本実施の形態においては、前述したように、できるだけ少ない水(溶媒)で加水分解させることで、反応系をほぼ純粋なシリケートイオンと界面活性剤との混合物に維持することができ、鋳型となる界面活性剤のミセルの安定性を確保することができ、第2細孔の直径(短径)D2を小さくすることが可能である。 In particular, when the number of carbon atoms in R 1 (hydrophobic portion) of the surfactant is less than 8, formation of micelles tends to be difficult. In contrast, in the present embodiment, as described above, the reaction system can be maintained as a mixture of almost pure silicate ions and a surfactant by hydrolyzing with as little water (solvent) as possible. In addition, the stability of the micelle of the surfactant serving as a template can be ensured, and the diameter (short diameter) D2 of the second pore can be reduced.

また、マクロ孔の形成メカニズムは明確とはなっていないが、次のようなメカニズムが考え得る。   Although the mechanism of forming the macropores is not clear, the following mechanism can be considered.

図23は、マクロ孔の形成メカニズムを示す模式図である。なお、本実施の形態のシリカ(SiO2)形成の反応機構は、実施の形態1の場合と同様である(図4参照)。 FIG. 23 is a schematic view showing a mechanism of forming macropores. The reaction mechanism for forming silica (SiO 2 ) in the present embodiment is the same as that in the first embodiment (see FIG. 4).

図23に示すように、基板SUBの表面の前駆体溶液(ゾル)L1が塩基性液L2であるアンモニア(NH4OH、NH4 ++OH-)と接すると、接触面において、前駆体溶液(ゾル)L1がゲル化(固化)し、SiO2(Gel)が形成される。なお、このSiO2の中には、ミセルMCが取り込まれている。 As shown in FIG. 23, when the precursor solution (sol) L1 on the surface of the substrate SUB comes in contact with ammonia (NH 4 OH, NH 4 + + OH ), which is the basic liquid L2, the precursor solution (sol) (Sol) L1 is gelled (solidified), and SiO 2 (Gel) is formed. Note that micelles MC are incorporated in this SiO 2 .

このSiO2の隙間から浸透圧により、前駆体溶液(ゾル)L1側にアンモニア(NH4OH、NH4 ++OH-)が浸み込む。そして、浸み込んだアンモニア(NH4OH、NH4 ++OH-)の近傍において前駆体溶液(ゾル)L1がゲル化(固化)する。さらに、アンモニア(NH4OH、NH4 ++OH-)が浸み込み、SiO2が成長する。このように、SiO2が、前駆体溶液(ゾル)L1が存在し、アンモニア(NH4OH、NH4 ++OH-)が浸み込む領域(図中の矢印部)を囲むように、成長する。そして、前駆体溶液(ゾル)L1が存在し、アンモニア(NH4OH、NH4 ++OH-)が浸み込む領域(図中の矢印部)が、柱状の孔(第1細孔、マクロ孔)P1となると考えられる。この柱状の孔(第1細孔、マクロ孔)P1は、配向性を有し、前駆体溶液(ゾル)L1の粒状の液滴LDの外側から内部(例えば、中心部)の方向に延在する。 The SiO 2 in osmotic pressure from the gap, the precursor solution (sol) L1 side ammonia (NH 4 OH, NH 4 + + OH -) is Komu penetrates. Then, the precursor solution (sol) L1 gels (solidifies) in the vicinity of the infiltrated ammonia (NH 4 OH, NH 4 + + OH ). Further, ammonia (NH 4 OH, NH 4 + + OH ) infiltrates, and SiO 2 grows. As described above, SiO 2 grows so as to surround the region where the precursor solution (sol) L1 is present and in which ammonia (NH 4 OH, NH 4 + + OH ) infiltrates (arrow portion in the drawing). . The region where the precursor solution (sol) L1 exists and in which ammonia (NH 4 OH, NH 4 + + OH ) infiltrates (arrow portion in the figure) is a columnar hole (first hole, macro hole). ) P1. The columnar holes (first pores, macropores) P1 have an orientation and extend from the outside to the inside (for example, the center) of the granular droplet LD of the precursor solution (sol) L1. I do.

このように、本実施の形態によれば、マクロ孔と、このマクロ孔の側壁にメソ孔やミクロ孔が露出した多孔質シリカを得ることができる。また、マクロ孔と、このマクロ孔の側壁にメソ孔やミクロ孔が露出した多孔質シリカを簡易な製造工程で得ることができる。即ち、ミセルMCを取り込んだシリカの成長と、その反応機構に由来すると思われる塩基性液の浸透およびゾルとの接触によるマクロ孔の形成と、が同時進行することにより、階層的多孔構造を有する多孔質シリカを容易に形成することができる。   Thus, according to the present embodiment, it is possible to obtain porous silica in which macropores and mesopores or micropores are exposed on the side walls of the macropores. In addition, macropores and porous silica having mesopores or micropores exposed on the side walls of the macropores can be obtained by a simple manufacturing process. That is, the growth of silica incorporating the micelles MC and the formation of macropores due to the infiltration of the basic liquid and the contact with the sol, which are thought to be derived from the reaction mechanism, proceed simultaneously, and have a hierarchical porous structure. Porous silica can be easily formed.

以下、実施例に基づき本実施の形態をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail based on examples.

(実施例4)…階層的多孔構造を有し、かつ、粒状の多孔質シリカの合成
ポリプロピレン製容器にシリカ源としてテトラエトキシシラン(TEOS)8g(0.038mol;1eq)を入れ、続いてカチオン性界面活性剤(C18TAC)を、0.0075mol〜0.038mol(0.2〜1eq)を分散させ、撹拌した。この時点で、TEOSと界面活性剤とは混じり合わない。即ち、均一な溶液とならない。
Example 4 Synthesis of Granular Porous Silica Having Hierarchical Porous Structure A polypropylene container was charged with 8 g (0.038 mol; 1 eq) of tetraethoxysilane (TEOS) as a silica source, followed by cations The active surfactant (C18TAC) was dispersed in 0.0075 mol to 0.038 mol (0.2 to 1 eq) and stirred. At this point, the TEOS and the surfactant do not mix. That is, a uniform solution is not obtained.

次いで、上記混合液に、塩酸を用いてpHを0〜2程度に調整した水を2.74g(0.152mol;4eq)程度、添加し、室温で撹拌することにより、溶液(前駆体溶液)を得た。この溶液は、ゾル状である。1時間程度の撹拌でTEOSの加水分解が進行し、ほぼ均一な溶液(前駆体溶液、ゾル)が得られた。本実施例では、撹拌時間は6時間とした。   Next, about 2.74 g (0.152 mol; 4 eq) of water whose pH was adjusted to about 0 to 2 using hydrochloric acid was added to the above mixed solution, and the mixture was stirred at room temperature to obtain a solution (precursor solution). I got This solution is in the form of a sol. The hydrolysis of TEOS proceeded with stirring for about one hour, and a substantially uniform solution (precursor solution, sol) was obtained. In this example, the stirring time was 6 hours.

この溶液(前駆体溶液、ゾル)を、霧吹きに入れ、25%アンモニア水溶液中に噴霧した。上記溶液(前駆体溶液、ゾル)の液滴は、アンモニア水溶液に接触した瞬間にゲル化(固化)した。この場合、直径が約100μmの粒子ゲル(球状のゲル)となった。このゲルを60℃で乾燥、600℃で3時間焼成し、界面活性剤を除去した。これにより、粒状の多孔質シリカを得た。   This solution (precursor solution, sol) was put into a spray and sprayed into a 25% aqueous ammonia solution. The droplets of the solution (precursor solution, sol) gelled (solidified) at the moment of contact with the aqueous ammonia solution. In this case, a particle gel (spherical gel) having a diameter of about 100 μm was obtained. The gel was dried at 60 ° C. and calcined at 600 ° C. for 3 hours to remove the surfactant. Thus, granular porous silica was obtained.

得られた粒状の多孔質シリカの、BET比表面積は1016m2/g、細孔容積は0.92cm3/gであり、平均細孔径(GCMC法)は、3.5nm(メソ孔)であった。 The resulting granular porous silica had a BET specific surface area of 1016 m 2 / g, a pore volume of 0.92 cm 3 / g, and an average pore diameter (GCMC method) of 3.5 nm (mesopore). Was.

本実施例の多孔質シリカ(粒状)のSEM像を図24に示す。図24において、(A)は、多孔質シリカ(粒状)の上面のSEM像であり、粒状の多孔質シリカが得られていることが分かる。粒子の直径(平均)は、100μm程度である。また、(B)は、粒状の多孔質シリカの断面のSEM像であり、(C)は、その拡大SEM像である。   FIG. 24 shows an SEM image of the porous silica (granular) of this example. In FIG. 24, (A) is an SEM image of the upper surface of porous silica (granular), and it can be seen that granular porous silica has been obtained. The diameter (average) of the particles is about 100 μm. (B) is an SEM image of a cross section of granular porous silica, and (C) is an enlarged SEM image thereof.

図24の(B)、(C)から明らかなように、粒子の表面から内部に向かって、複数のマクロ孔が空いていることが観測された。別の言い方をすれば、粒子の中心部から放射状に延びるマクロ孔が空いていることが観測された。マクロ孔の平均細孔径は、500nm程度である。   As is clear from FIGS. 24B and 24C, it was observed that a plurality of macropores were open from the surface of the particle toward the inside. Stated another way, it was observed that macropores extending radially from the center of the particle were open. The average pore diameter of the macropores is about 500 nm.

このように、多孔質シリカを粒状としても、500nmのマクロ孔と、3.5nmのメソ孔を有する階層的多孔構造を有するシリカとなることが分かった。   Thus, it was found that even if the porous silica was granulated, the silica had a hierarchical porous structure having macropores of 500 nm and mesopores of 3.5 nm.

(実施例5)…階層的多孔構造を有し、かつ、粒状の多孔質シリカの合成
実施例4の場合と同様にして、溶液(前駆体溶液、ゾル)を調整し、この溶液(前駆体溶液、ゾル)を、注射器に入れ、25%アンモニア水溶液中に滴下した。上記溶液(前駆体溶液、ゾル)の液滴は、アンモニア水溶液に接触した瞬間にゲル化(固化)した。この場合、直径が約1mmの粒子ゲル(球状のゲル)となった。このゲルを60℃で乾燥、600℃で3時間焼成し、界面活性剤を除去した。これにより、粒状の多孔質シリカを得た。
Example 5 Synthesis of Granular Porous Silica Having Hierarchical Porous Structure In the same manner as in Example 4, a solution (precursor solution, sol) was prepared, and this solution (precursor) was prepared. Solution, sol) was placed in a syringe and dropped into a 25% aqueous ammonia solution. The droplets of the solution (precursor solution, sol) gelled (solidified) at the moment of contact with the aqueous ammonia solution. In this case, a particle gel (spherical gel) having a diameter of about 1 mm was obtained. The gel was dried at 60 ° C. and calcined at 600 ° C. for 3 hours to remove the surfactant. Thus, granular porous silica was obtained.

得られた粒状の多孔質シリカの、BET比表面積は1007m2/g、細孔容積は0.91cm3/gであり、平均細孔径(GCMC法)は、3.5nm(メソ孔)であった。 The resulting granular porous silica had a BET specific surface area of 1007 m 2 / g, a pore volume of 0.91 cm 3 / g, and an average pore diameter (GCMC method) of 3.5 nm (mesopore). Was.

本実施例の多孔質シリカ(粒状)のSEM像を図25に示す。図25において、(A)は、粒状の多孔質シリカの断面のSEM像であり、(B)は、領域A1の拡大SEM像であり、(C)は、領域A2の拡大SEM像である。   FIG. 25 shows an SEM image of the porous silica (granular) of this example. In FIG. 25, (A) is an SEM image of a cross section of granular porous silica, (B) is an enlarged SEM image of region A1, and (C) is an enlarged SEM image of region A2.

粒子の直径(平均)は、1mm程度である。図25の(A)〜(C)から明らかなように、本実施例の場合も、粒子の表面から内部に向かって、複数のマクロ孔が空いていることが観測された。別の言い方をすれば、粒子の中心部から放射状に延びるマクロ孔が空いていることが観測された。   The diameter (average) of the particles is about 1 mm. As is clear from FIGS. 25A to 25C, in the case of this example, it was also observed that a plurality of macropores were formed from the surface of the particle toward the inside. Stated another way, it was observed that macropores extending radially from the center of the particle were open.

具体的には、図25(C)に示すように、0.7μm(700nm)、1.4μm(1400nm)、2.0μm(2000nm)のマクロ孔が確認できる。マクロ孔の平均細孔径は、500nm程度である。   Specifically, as shown in FIG. 25C, 0.7 μm (700 nm), 1.4 μm (1400 nm), and 2.0 μm (2000 nm) macropores can be confirmed. The average pore diameter of the macropores is about 500 nm.

このように、多孔質シリカを粒状としても、500nmのマクロ孔と、3.5nmのメソ孔を有する階層的多孔構造を有するシリカとなることが分かった。   Thus, it was found that even if the porous silica was granulated, the silica had a hierarchical porous structure having macropores of 500 nm and mesopores of 3.5 nm.

(実施の形態3)
本実施の形態においては、上記実施の形態1、2で説明した多孔質シリカの適用例について説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, application examples of the porous silica described in the first and second embodiments will be described.

上記実施の形態1、2で説明した多孔質シリカは、例えば、吸着剤、種々の触媒担持体などとして用いることができる。   The porous silica described in the first and second embodiments can be used, for example, as an adsorbent or various catalyst carriers.

ここでは、多孔質シリカの適用例として、空気清浄器を例に説明する。図26は、本実施の形態の空気清浄器の構成を示す模式図である。   Here, an air purifier will be described as an example of application of porous silica. FIG. 26 is a schematic diagram showing a configuration of the air purifier of the present embodiment.

図26に示す空気清浄器は、例えば、吸引ファンFNと、第1フィルタF1、第2フィルタF2とを有する。吸引ファンFNにより取り込まれた空気(Air)は、第1フィルタF1で埃などの大きなゴミが取り除かれる。そして、第1フィルタF1を通過した微細な粒子は、第2フィルタF2で捕集される。取り除きたい微細な粒子としては、カビや花粉、たばこの煙、排気ガス、たばこ臭やペット臭のような悪臭、ホルムアルデヒドのような有害な揮発性有機化合物(VOC)などがある。   The air purifier illustrated in FIG. 26 includes, for example, a suction fan FN, a first filter F1, and a second filter F2. From the air (Air) taken in by the suction fan FN, large dust such as dust is removed by the first filter F1. The fine particles that have passed through the first filter F1 are collected by the second filter F2. The fine particles to be removed include mold and pollen, tobacco smoke, exhaust gas, malodor such as tobacco smell and pet smell, and harmful volatile organic compounds (VOC) such as formaldehyde.

例えば、第2フィルタF2として、実施の形態1で説明した膜状の多孔質シリカを用いることにより、微細な粒子を、マクロ孔、メソ孔またはミクロ孔により吸着することができる。   For example, by using the film-like porous silica described in Embodiment 1 as the second filter F2, fine particles can be adsorbed by macropores, mesopores, or micropores.

また、ガラスフィルタと多孔質シリカとの積層膜(実施例3)を用いた場合、ガラスフィルタが第1フィルタF1の役割を兼ねることができる。また、粒状の多孔質シリカを、各種フィルタに接着するなどして固定することにより、第2フィルタF2として用いることができる。   When a laminated film of the glass filter and the porous silica (Example 3) is used, the glass filter can also serve as the first filter F1. Further, by fixing granular porous silica to various filters by bonding or the like, it can be used as the second filter F2.

また、第2フィルタF2として、実施の形態1で説明した膜状の多孔質シリカに光触媒を担持させたものを用いることで、微細な粒子の吸着に加え、光触媒の作用により、吸着した微細な粒子を分解することができる。特に、光触媒をメソ孔またはミクロ孔内で合成すれば、量子ドット光触媒とすることができ、また、光触媒をマクロ孔内で合成すればナノ光触媒とすることができる。   Further, by using the film-shaped porous silica in which the photocatalyst is supported as described in Embodiment 1 as the second filter F2, in addition to the adsorption of the fine particles, the fine particles adsorbed by the action of the photocatalyst are used. The particles can be broken down. In particular, if a photocatalyst is synthesized in mesopores or micropores, a quantum dot photocatalyst can be obtained, and if a photocatalyst is synthesized in macropores, a nanophotocatalyst can be obtained.

なお、光触媒を用いる場合には、第2フィルタF2の近傍に光源を設けてもよい。   When a photocatalyst is used, a light source may be provided near the second filter F2.

このように、上記実施の形態1、2で説明した多孔質シリカを空気清浄器に用いることにより、効率よく空気を清浄化することができる。特に、上記実施の形態1、2で説明した多孔質シリカを用いることで、マクロ孔での高い基質拡散性を発揮し、ミクロ孔やメソ孔への基質の吸着を促すため、吸着効率や触媒効率を向上させることができる。   As described above, by using the porous silica described in the first and second embodiments for an air purifier, air can be efficiently purified. In particular, by using the porous silica described in the first and second embodiments, the substrate exhibits high substrate diffusivity in the macropores and promotes the adsorption of the substrate in the micropores or mesopores. Efficiency can be improved.

なお、空気清浄器は、上記実施の形態1、2で説明した多孔質シリカの適用例の一例にすぎず、上記実施の形態1、2で説明した多孔質シリカは、種々の用途に用いることが可能である。例えば、前述の吸着剤、種々の触媒担持体の他、濾過膜、ガス分離膜、クロマトグラフィー充填剤、セパレータなどに応用可能である。   The air purifier is only an example of the application example of the porous silica described in the first and second embodiments, and the porous silica described in the first and second embodiments may be used for various purposes. Is possible. For example, the present invention can be applied to filtration membranes, gas separation membranes, chromatography packings, separators, and the like, in addition to the above-mentioned adsorbents and various catalyst carriers.

このように、上記実施の形態1、2で説明した多孔質シリカは、機能材料(吸着剤、フィルタ、触媒担持体、濾過膜、ガス分離膜、クロマトグラフィー充填剤、セパレータ)などとして広く適用可能である。   As described above, the porous silica described in the first and second embodiments can be widely applied as a functional material (adsorbent, filter, catalyst carrier, filtration membrane, gas separation membrane, chromatography filler, separator) and the like. It is.

(実施の形態4)
本実施の形態においては、ガラスフィルタの表面にのみ多孔質シリカの膜を製造する方法について説明する。
(Embodiment 4)
In the present embodiment, a method for producing a porous silica film only on the surface of a glass filter will be described.

前述したように、ガラスフィルタとは、ガラス繊維の集合体であり、例えば、板状に加工したものがある。このため、ガラスフィルタには、ガラス繊維間に多数の隙間(空隙、孔)が含まれている。よって、前述した実施例3のように、前駆体溶液に、板状のガラスフィルタを浸漬(ディップコート)した場合、板状のガラスフィルタの表面に膜状の多孔質シリカが形成され、また、ガラス繊維間の多数の隙間(孔)にも前駆体溶液が浸み込み、多孔質シリカが生成する。   As described above, the glass filter is an aggregate of glass fibers, and for example, there is a glass filter processed into a plate shape. For this reason, the glass filter includes many gaps (voids, holes) between the glass fibers. Therefore, when the plate-like glass filter is immersed (dip-coated) in the precursor solution as in Example 3 described above, a film-like porous silica is formed on the surface of the plate-like glass filter, and The precursor solution also infiltrates a large number of gaps (pores) between glass fibers, and porous silica is generated.

そこで、例えば、ガラス繊維間の多数の隙間(孔)を有効に機能させるため、ガラスフィルタの表面にのみ多孔質シリカの膜を形成することが望まれる。   Therefore, for example, in order to effectively function a large number of gaps (holes) between glass fibers, it is desired to form a porous silica film only on the surface of the glass filter.

このような場合、あらかじめガラスフィルタに、焼成や洗浄により除去可能な高粘性液体、例えば、流動パラフィンなどを浸み込ませ、即ち、ガラス繊維間の多数の隙間(孔)を高粘度液体で充填した状態で、前駆体溶液に浸漬し、多孔質シリカの膜を形成する(実施例3参照)。   In such a case, a high-viscosity liquid that can be removed by baking or washing, such as liquid paraffin, is infiltrated into the glass filter in advance, that is, a large number of gaps (holes) between glass fibers are filled with the high-viscosity liquid. In this state, the substrate is immersed in a precursor solution to form a porous silica film (see Example 3).

図27および図28は、本実施の形態のガラスフィルタと多孔質シリカの膜との合成膜の製造工程を示す図である。   FIG. 27 and FIG. 28 are views showing a process of manufacturing a composite film of the glass filter of the present embodiment and a porous silica film.

まず、図27(A)に示すように、板状のガラスフィルタGF(図28(A)も参照)を、流動パラフィンLpに浸漬し、ガラス繊維間の多数の隙間(孔)Spに流動パラフィンLpを浸み込ませる(図28(B)も参照)。   First, as shown in FIG. 27 (A), a plate-like glass filter GF (see also FIG. 28 (A)) is immersed in liquid paraffin Lp, and liquid paraffin is inserted into a number of gaps (holes) Sp between glass fibers. Lp is impregnated (see also FIG. 28B).

この後は、実施例1の場合と同様にして、多孔質シリカの前駆体溶液(ゾル、ゾル状態液)L1を調整し、ガラスフィルタGFを前駆体溶液(ゾル)L1に浸漬することにより(図27(B))、ガラスフィルタGFの表面に前駆体溶液(ゾル)L1の塗布層を形成する。   Thereafter, in the same manner as in Example 1, a precursor solution (sol, sol-state solution) L1 of porous silica is prepared, and the glass filter GF is immersed in the precursor solution (sol) L1 ( 27B), a coating layer of the precursor solution (sol) L1 is formed on the surface of the glass filter GF.

次いで、図27(C)に示すように、前駆体溶液(ゾル)L1が付着したガラスフィルタGFの表面の前駆体溶液(ゾル)L1を塩基性液(例えば、アンモニア水溶液)L2と接触させる(図27(C))。これにより、ミセルの隙間でシリケートイオンの吸着および成長反応(ゾルゲル反応)が進行し、シリカ(SiO2)が形成される(図27(D)、図4参照)。 Next, as shown in FIG. 27C, the precursor solution (sol) L1 on the surface of the glass filter GF to which the precursor solution (sol) L1 is attached is brought into contact with a basic liquid (for example, an aqueous ammonia solution) L2 ( FIG. 27 (C). Thereby, the silicate ion adsorption and growth reaction (sol-gel reaction) proceeds in the gaps between the micelles, and silica (SiO 2 ) is formed (see FIGS. 27D and 4).

具体的に、ガラスフィルタGFの表面に付着した前駆体溶液(ゾル)L1は、塩基性液L2と接触することで、ゲル化(固化)する(図27(D)、図28(C))。このゲルを、乾燥した後、焼成する。この焼成により、シリカ(SiO2)の内部の界面活性剤が除去され、多孔質シリカPSを得ることができる(図27(E))。また、この焼成により、ガラス繊維間の多数の隙間(孔)Spの流動パラフィンLpが分解、気化し、除去される(図28(D))。 Specifically, the precursor solution (sol) L1 attached to the surface of the glass filter GF gels (solidifies) by contacting with the basic liquid L2 (FIGS. 27D and 28C). . The gel is dried and then fired. By this baking, the surfactant inside silica (SiO 2 ) is removed, and porous silica PS can be obtained (FIG. 27E). Further, by this baking, the liquid paraffin Lp in the many gaps (holes) Sp between the glass fibers is decomposed, vaporized, and removed (FIG. 28D).

このようにして、ガラス繊維間の多数の隙間(孔)を維持しつつ、その表面に階層的多孔構造を有する多孔質シリカを形成することができる。より具体的には、本実施の形態のガラスフィルタは、配向性を有する柱状のマクロ孔と、このマクロ孔の側壁を構成するシリカ(SiO2)の内部のミセル(鋳型)に対応するメソ孔やミクロ孔と、を有する多孔質シリカ部と、ガラス繊維間の多数の隙間(孔)とを有するガラスフィルタ部と、を有する。なお、配向性を有する柱状のマクロ孔をチャネル(マクロチャネル)とも言う。 In this manner, porous silica having a hierarchical porous structure can be formed on the surface thereof while maintaining a large number of gaps (holes) between glass fibers. More specifically, the glass filter of the present embodiment has columnar macropores having orientation and mesopores corresponding to micelles (templates) inside silica (SiO 2 ) constituting side walls of the macropores. And a microporous silica portion, and a glass filter portion having a large number of gaps (pores) between glass fibers. Note that the columnar macropores having orientation are also referred to as channels (macrochannels).

(実施例A)…ガラスフィルタの表面にのみ形成した多孔質シリカ
基板となるガラスフィルタは、あらかじめ流動パラフィンに浸漬し、流動パラフィンを浸み込ませておいた。
(Example A): A porous silica substrate formed only on the surface of a glass filter A glass filter serving as a substrate was immersed in liquid paraffin in advance and liquid paraffin was impregnated.

カチオン性界面活性剤としてオクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド(C18TAC)を用いて、実施例2と同様に膜状の多孔質シリカを形成した。即ち、ポリプロピレン製容器にシリカ源としてテトラエトキシシラン(TEOS)8g(0.038mol;1eq)を入れ、続いてカチオン性界面活性剤(C18TAC)を、0.0075mol〜0.038mol(0.2〜1eq)を分散させ、撹拌した。この時点で、TEOSと界面活性剤とは混じり合わない。即ち、均一な溶液とならない。   Using octadecyltrimethylammonium chloride (C18TAC) as a cationic surfactant, a porous silica film was formed in the same manner as in Example 2. That is, 8 g (0.038 mol; 1 eq) of tetraethoxysilane (TEOS) was added as a silica source to a polypropylene container, and then a cationic surfactant (C18TAC) was added in an amount of 0.0075 mol to 0.038 mol (0.2 to 1eq) was dispersed and stirred. At this point, the TEOS and the surfactant do not mix. That is, a uniform solution is not obtained.

次いで、上記混合液に、塩酸を用いてpHを0〜2程度に調整した水を2.74g(0.152mol;4eq)程度、添加し、室温で撹拌することにより、溶液(前駆体溶液)を得た。この溶液は、ゾル状である。1時間程度の撹拌でTEOSの加水分解が進行し、ほぼ均一な溶液(前駆体溶液、ゾル)が得られた。本実施例では、撹拌時間は6時間とした。   Next, about 2.74 g (0.152 mol; 4 eq) of water whose pH was adjusted to about 0 to 2 using hydrochloric acid was added to the above mixed solution, and the mixture was stirred at room temperature to obtain a solution (precursor solution). I got This solution is in the form of a sol. The hydrolysis of TEOS proceeded with stirring for about one hour, and a substantially uniform solution (precursor solution, sol) was obtained. In this example, the stirring time was 6 hours.

この溶液(前駆体溶液、ゾル)に、流動パラフィンを浸み込ませたガラスフィルタを浸漬(ディップコート)した後、25%アンモニア水溶液中に浸漬した。ガラスフィルタの表面に付着した上記溶液(前駆体溶液、ゾル)は、アンモニア水溶液に接触した瞬間にゲル化(固化)した。このゲルを60℃で乾燥、600℃で3時間焼成し、界面活性剤および流動パラフィンを除去した。これにより、表面に多孔質シリカの膜が形成されたガラスフィルタ(複合膜、機能膜)を得た。   A glass filter impregnated with liquid paraffin was immersed (dip coated) in this solution (precursor solution, sol) and then immersed in a 25% aqueous ammonia solution. The solution (precursor solution, sol) attached to the surface of the glass filter gelled (solidified) at the moment it came into contact with the aqueous ammonia solution. The gel was dried at 60 ° C. and calcined at 600 ° C. for 3 hours to remove the surfactant and liquid paraffin. As a result, a glass filter (composite film, functional film) having a porous silica film formed on the surface was obtained.

図29は、得られた表面に多孔質シリカの膜が形成されたガラスフィルタのSEM像である。(A)は、厚さ方向の断面のSEM像(例えば、図28(D)参照)であり、右部は、部分拡大図である。また、(B)は、表面の多孔質シリカの膜を剥離した後のガラスフィルタ部の表面のSEM像である。   FIG. 29 is an SEM image of a glass filter having a porous silica film formed on the obtained surface. (A) is an SEM image of a cross section in the thickness direction (for example, see FIG. 28 (D)), and the right part is a partially enlarged view. (B) is an SEM image of the surface of the glass filter after the porous silica film on the surface is peeled off.

図29に示すように、ガラスフィルタ上に膜状の多孔質シリカが形成され、膜の延在方向に垂直(膜の厚さ方向)に、複数のマクロ孔が空いていることが観測された。また、膜状の多孔質シリカの下方のガラスフィルタ部においては、ガラス繊維間の多数の隙間が残存していることが確認される。なお、前述したように、実施例3で説明した図20の場合には、ガラスフィルタの繊維の周囲にも多孔質シリカが形成されており、本実施の形態の場合は、ガラスフィルタ部において、ガラス繊維間の多数の隙間がより空いていることが分かった。このように、ガラスフィルタをあらかじめ流動パラフィンに浸漬することで、ガラスフィルタのガラス繊維間よりその表面に優先的に多孔質シリカが形成され、ガラス繊維間での多孔質シリカの成長を抑制することができる。   As shown in FIG. 29, it was observed that porous silica in the form of a film was formed on the glass filter, and a plurality of macropores were opened perpendicularly to the direction in which the film extended (the thickness direction of the film). . Further, it is confirmed that a large number of gaps between glass fibers remain in the glass filter portion below the film-like porous silica. As described above, in the case of FIG. 20 described in Example 3, the porous silica is also formed around the fibers of the glass filter, and in the case of the present embodiment, in the glass filter portion, It was found that many gaps between the glass fibers were more open. As described above, by pre-soaking the glass filter in liquid paraffin, porous silica is preferentially formed on the surface of the glass filter rather than between the glass fibers, and the growth of the porous silica between the glass fibers is suppressed. Can be.

そして、本実施の形態においては、マクロ孔と、このマクロ孔の側壁を構成するシリカ(SiO2)中のメソ孔やミクロ孔と、ガラス繊維間の隙間とを有する機能膜を得ることができる。これらの孔の平均径(平均の短径)は、ミクロ孔<マクロ孔<隙間となる。 In the present embodiment, it is possible to obtain a functional film having macropores, mesopores or micropores in silica (SiO 2 ) constituting side walls of the macropores, and gaps between glass fibers. . The average diameter (average minor diameter) of these holes is micropores <macropores <gap.

(実施の形態5)…多孔質シリカ内包粒子の製造
上記実施の形態で合成された配向性のあるマクロ孔と、このマクロ孔の側壁を構成するシリカ(SiO2)中のメソ孔やミクロ孔と、を有する多孔質シリカを使用し、その孔(細孔、微細孔)に金属などの材料を内包させることにより微細粒子を合成することができる。
(Fifth Embodiment) Production of Porous Silica-Encapsulated Particles Oriented macropores synthesized in the above embodiment, and mesopores and micropores in silica (SiO 2 ) constituting side walls of the macropores. Fine particles can be synthesized by using a porous silica having the following formulas, and including a material such as a metal in the pores (pores and micropores).

例えば、多孔質シリカを金属化合物水溶液と接触させ、多孔質シリカの孔(メソ孔やミクロ孔)内に金属化合物水溶液を浸透させる。次いで、多孔質シリカを乾燥した後、焼成し、多孔質シリカの孔内に金属を内包させる。   For example, the porous silica is brought into contact with an aqueous solution of a metal compound, and the aqueous solution of the metal compound penetrates into pores (mesopores or micropores) of the porous silica. Next, after drying the porous silica, the porous silica is fired, and the metal is included in the pores of the porous silica.

焼成により金属または金属化合物が析出(残存)する金属化合物水溶液(金属または前記金属を元素組成として有する化合物を含有する液)であれば、用いる金属化合物水溶液に制限はないが、例えば、当該水溶液として、過酸化タングステン酸水溶液や三塩化チタン水溶液などの、粒子材料を元素組成として有する化合物を用いることができる。   The metal compound aqueous solution to be used is not limited as long as it is a metal compound aqueous solution (a liquid containing a metal or a compound having the metal as an elemental composition) in which a metal or a metal compound is precipitated (residual) by firing. A compound having a particle material as an elemental composition such as an aqueous solution of tungstic peroxide or an aqueous solution of titanium trichloride can be used.

上記過酸化タングステン水溶液を用いた場合には、多孔質シリカの孔内に酸化タングステンを内包させることができる。また、上記三塩化チタン水溶液を用いた場合には、多孔質シリカの孔内に二酸化チタンを内包させることができる。また、酢酸銅や硝酸銅などの銅塩を用いた場合には、多孔質シリカの孔内に酸化銅を内包させることができる。また、塩化鉄や硝酸鉄などの鉄塩を用いた場合には、多孔質シリカの孔内に酸化鉄を内包させることができる。また、硝酸マンガンなどのマンガン塩を用いた場合には、多孔質シリカの孔内に酸化マンガンを内包させることができる。また、硫酸チタニルなどの塩を用いた場合には、多孔質シリカの孔内に酸化チタンを内包させることができる。   When the aqueous solution of tungsten peroxide is used, tungsten oxide can be included in the pores of the porous silica. When the above-mentioned aqueous solution of titanium trichloride is used, titanium dioxide can be included in the pores of the porous silica. When a copper salt such as copper acetate or copper nitrate is used, copper oxide can be included in the pores of the porous silica. When an iron salt such as iron chloride or iron nitrate is used, iron oxide can be included in the pores of the porous silica. When a manganese salt such as manganese nitrate is used, manganese oxide can be included in the pores of the porous silica. When a salt such as titanyl sulfate is used, titanium oxide can be included in the pores of the porous silica.

このように、本実施の形態の微細粒子の合成方法によれば、簡易な処理により、多孔質シリカ内包粒子を形成することができる。特に、配向性のあるマクロ孔が金属化合物水溶液の流路となり、効率的にマクロ孔の側壁を構成するシリカ(SiO2)のメソ孔やミクロ孔中に金属などの材料を内包させることができる。 As described above, according to the method for synthesizing fine particles of the present embodiment, it is possible to form porous silica-containing particles by simple processing. In particular, the macropores having orientation become the flow path of the aqueous solution of the metal compound, and the material such as a metal can be efficiently included in the mesopores or micropores of silica (SiO 2 ) constituting the side walls of the macropores. .

(実施例B)
実施例1の場合と同様にして膜状の多孔質シリカを形成した。前述したように、この膜状の多孔質シリカは、“階層的多孔構造を有する多孔質シリカ”であり、配向性を有するマクロ孔と、このマクロ孔の側壁を構成するシリカ(SiO2)の内部のミセル(鋳型)に対応するメソ孔やミクロ孔と、を有する(図2等参照)。
(Example B)
A porous silica film was formed in the same manner as in Example 1. As described above, the porous silica in the form of a film is “porous silica having a hierarchical porous structure”, and is composed of macropores having orientation and silica (SiO 2 ) constituting the side walls of the macropores. It has mesopores and micropores corresponding to internal micelles (templates) (see FIG. 2 and the like).

この階層的多孔質構造を有する多孔質シリカを担体として用い、メソ孔やミクロ孔の内部に二酸化チタン粒子を合成する。   Using porous silica having a hierarchical porous structure as a carrier, titanium dioxide particles are synthesized inside mesopores and micropores.

具体的には、階層的多孔質構造を有する多孔質シリカ(膜状)を、20wt%の三塩化チタン溶液に浸漬し、充分に溶液を浸み込ませた。   Specifically, porous silica (film form) having a hierarchical porous structure was immersed in a 20 wt% titanium trichloride solution, and the solution was sufficiently impregnated.

次いで、階層的多孔質構造を有する多孔質シリカ(膜状)を取り出し、その表面をエタノールで洗浄した。この洗浄により、柱状のマクロ孔内の三塩化チタン溶液は除去される。このように、主としてメソ孔やミクロ孔の内部に三塩化チタン溶液を存在させることができる。   Next, porous silica (film-like) having a hierarchical porous structure was taken out, and the surface was washed with ethanol. By this washing, the titanium trichloride solution in the columnar macropores is removed. Thus, the titanium trichloride solution can be mainly present in the mesopores or micropores.

次いで、階層的多孔質構造を有する多孔質シリカ(膜状)を、減圧乾燥した後、450℃で3時間程度、空気中で焼成し、メソ孔やミクロ孔の内部に二酸化チタンの微細粒子を内包した多孔質シリカ(膜状)を得た。   Next, porous silica (film) having a hierarchical porous structure is dried under reduced pressure, and then calcined in air at 450 ° C. for about 3 hours to form fine titanium dioxide particles in mesopores and micropores. The encapsulated porous silica (film) was obtained.

図30は、得られた二酸化チタン内包多孔質シリカの透過型電子顕微鏡像(TEM像)である。図30(A)に示すように、多孔質シリカに二酸化チタン粒子を内包(担持)させた後も、柱状のマクロ孔が確認できる。そして、そのマクロ孔の側壁(シリカマトリクス)に、二酸化チタン粒子が内包されていることが図30(B)により確認できる。内包されている二酸化チタン粒子の平均粒径は1.9nmである。図31に、二酸化チタン粒子の粒径と数を示す。   FIG. 30 is a transmission electron microscope image (TEM image) of the obtained titanium dioxide-containing porous silica. As shown in FIG. 30A, even after the titanium dioxide particles are included (supported) in the porous silica, columnar macropores can be confirmed. Then, it can be confirmed from FIG. 30B that titanium dioxide particles are included in the side walls (silica matrix) of the macropores. The average particle size of the included titanium dioxide particles is 1.9 nm. FIG. 31 shows the particle size and the number of titanium dioxide particles.

(実施の形態6)…触媒担体としての利用
実施の形態5において説明した金属や金属化合物などの材料を内包させた多孔質シリカは、触媒として利用することができる。即ち、階層的多孔質構造を有する多孔質シリカを触媒の担体として機能させることができる。例えば、白金を内包させることで、燃焼触媒とすることができる。また、酸化タングステンや二酸化チタンを内包させることで、光触媒とすることができる。
(Embodiment 6) ... Use as a catalyst carrier The porous silica containing a material such as a metal or a metal compound described in Embodiment 5 can be used as a catalyst. That is, porous silica having a hierarchical porous structure can function as a carrier for the catalyst. For example, a combustion catalyst can be obtained by including platinum. A photocatalyst can be obtained by including tungsten oxide or titanium dioxide.

前述したように、本実施の形態5の多孔質シリカによれば、柱状のマクロ孔内には金属や金属化合物がほとんど内包されず、マクロ孔の側壁のメソ孔やミクロ孔の内部にのみ金属や金属化合物を内包させることができるため、反応物の拡散性が高く、担持した触媒へのアクセス性が向上する。また、マクロ孔の側壁には、1〜2nm程度の粒子を内包させることができる。例えば、バルクの多孔質シリカを担体とした場合には、アクセス性が悪く、触媒効率の低下を引き起こす。これに対し、本実施の形態においては、柱状のマクロ孔が流路となり、その側壁に1〜2nm程度の粒子を内包させることができるため、触媒効率を向上させることができる。   As described above, according to the porous silica of the fifth embodiment, the metal or metal compound is hardly contained in the columnar macropores, and the metal is only contained in the mesopores or micropores on the side walls of the macropores. And a metal compound, so that the diffusibility of the reactant is high and the accessibility to the supported catalyst is improved. In addition, particles of about 1 to 2 nm can be included in the side wall of the macropore. For example, when bulk porous silica is used as the carrier, the accessibility is poor and the catalyst efficiency is reduced. On the other hand, in the present embodiment, the columnar macropores serve as flow channels, and particles of about 1 to 2 nm can be included in the side walls, so that the catalyst efficiency can be improved.

また、本実施の形態においては、複数の柱状のマクロ孔が配向性良く配置されており、集光率が高いものと考えられ、光触媒として用いて好適である。即ち、複数の柱状のマクロ孔により、効率的に光を集め担持した触媒に伝搬することが可能であり、前述した基質拡散性と集光効果により光触媒能を向上させることができる。   Further, in the present embodiment, a plurality of columnar macropores are arranged with good orientation and are considered to have a high light-gathering rate, and are suitable for use as a photocatalyst. That is, light can be efficiently collected and propagated to the supported catalyst by the plurality of columnar macropores, and the photocatalytic ability can be improved by the above-described substrate diffusivity and light-collecting effect.

特に、階層的多孔質構造を有する多孔質シリカは、珪藻類の殻構造に類似している。珪藻類は高い光合成能を有することで知られている。具体的に、珪藻類は、シリカで構成される階層的多孔質構造を有する殻により、太陽光を効率的に集光し葉緑体に届けられることが、高い光合成能の一因となっていると考えられている。よって、階層的多孔質構造を有する多孔質シリカもその階層構造により効率的に光を集め、担持した触媒に伝搬することが可能であると考えられる。   In particular, porous silica having a hierarchical porous structure resembles a diatom shell structure. Diatoms are known for their high photosynthetic ability. Specifically, diatoms are efficiently condensed and delivered to chloroplasts by a shell with a hierarchical porous structure composed of silica, which contributes to high photosynthetic ability. Is believed to be Therefore, it is considered that porous silica having a hierarchical porous structure can efficiently collect light by the hierarchical structure and propagate the light to the supported catalyst.

(実施例C)…イソプロピルアルコールの光触媒分解反応実験
図32は、イソプロピルアルコールの光触媒分解反応実験の様子を示す図である。まず、実施例Bで説明した、二酸化チタンの微細粒子を内包した多孔質シリカ(膜状、Sample)を準備した。
Example C Photocatalytic Decomposition Reaction Experiment of Isopropyl Alcohol FIG. 32 is a diagram showing a photocatalytic decomposition reaction experiment of isopropyl alcohol. First, porous silica (film-form, Sample) containing fine particles of titanium dioxide described in Example B was prepared.

次いで、図32に示すように、二酸化チタンの微細粒子を内包した多孔質シリカ(膜状)をガラス容器の底面上に配置した後、500ppmのイソプロピルアルコールガスを含む乾燥空気を60分間流通させた後、ガラス容器を密閉した。   Next, as shown in FIG. 32, after placing porous silica (film-like) containing fine particles of titanium dioxide on the bottom surface of the glass container, dry air containing 500 ppm of isopropyl alcohol gas was allowed to flow for 60 minutes. Thereafter, the glass container was sealed.

キセノンランプをガラス容器の上面より照射した。照射時間ごとのCO2発生量をガスクロマトグラフ(Agilent, Micro GC 3000)にて定量した。 A xenon lamp was irradiated from the upper surface of the glass container. The amount of generated CO 2 for each irradiation time was quantified by gas chromatography (Agilent, Micro GC 3000).

比較例として、市販の二酸化チタン粒子、二酸化チタンを担持させたバルクのメソポーラスシリカ粒子を準備し、上記二酸化チタンの微細粒子を内包した多孔質シリカ(膜状)に代えて、同様の処理およびCO2発生量の定量を行った。 As a comparative example, commercially available titanium dioxide particles, bulk mesoporous silica particles supporting titanium dioxide were prepared, and the same treatment and CO2 were performed in place of the porous silica (film form) containing fine particles of titanium dioxide. 2 Quantification of generated amount was performed.

本実施例では、キセノンランプを光源として用いた光触媒反応により、イソプロピルアルコールが分解され、CO2が発生する。図33は、イソプロピルアルコールの光触媒分解反応時の二酸化炭素の発生量を示す図である。丸印は、二酸化チタンを担持させたバルクのメソポーラスシリカ粒子を用いた場合、ひし形は、市販の二酸化チタン粒子を用いた場合、正方形は、二酸化チタンの微細粒子を内包した多孔質シリカ(膜状)を用いた場合を示す。図33に示すように、本実施例の二酸化チタンの微細粒子を内包した多孔質シリカ(膜状)を用いた場合は、比較例の場合(二酸化チタンを担持させたバルクのメソポーラスシリカ粒子を用いた場合、および、市販の二酸化チタン粒子を用いた場合)と比較し、光触媒分解能が大幅に活性していることが分かった。 In the present embodiment, isopropyl alcohol is decomposed by a photocatalytic reaction using a xenon lamp as a light source, and CO 2 is generated. FIG. 33 is a diagram showing the amount of carbon dioxide generated during the photocatalytic decomposition reaction of isopropyl alcohol. The circles indicate the use of bulk mesoporous silica particles carrying titanium dioxide, the diamonds indicate the use of commercially available titanium dioxide particles, and the squares indicate the porous silica (film-like) containing fine titanium dioxide particles. ) Is used. As shown in FIG. 33, when the porous silica (film-like) containing fine particles of titanium dioxide of this example was used, the case of the comparative example (when bulk mesoporous silica particles supporting titanium dioxide were used) was used. , And when using commercially available titanium dioxide particles), it was found that the photocatalytic resolution was significantly active.

(実施例D)…メチレンブルー水溶液の吸着濾過実験
図34は、メチレンブルー水溶液の吸着濾過実験の様子を示す図である。まず、実施例Aで説明した、ガラスフィルタの表面にのみ形成した多孔質シリカを準備した。
(Example D) ... Adsorption filtration experiment of methylene blue aqueous solution FIG. 34 is a diagram showing a state of an adsorption filtration experiment of a methylene blue aqueous solution. First, the porous silica formed on only the surface of the glass filter described in Example A was prepared.

次いで、図34に示すように、ガラスフィルタの表面にのみ形成した多孔質シリカをフィルタ付き漏斗の中央に置き、試料の上部より7.2μmol/dm3のメチレンブルー水溶液を滴下した。試料を通過した液体のメチレンブルー濃度を紫外可視吸収スペクトルより測定し、メチレンブルーの除去率を算出した。また、濾過速度も同時に測定した。 Next, as shown in FIG. 34, the porous silica formed only on the surface of the glass filter was placed in the center of the funnel with the filter, and a 7.2 μmol / dm 3 aqueous methylene blue solution was dropped from above the sample. The methylene blue concentration of the liquid that passed through the sample was measured from the ultraviolet-visible absorption spectrum, and the removal rate of methylene blue was calculated. The filtration rate was also measured at the same time.

比較例として、ガラスフィルタの表面にのみ形成した多孔質シリカを粉砕し粉状にした後、60μmまたは90μmの厚さとなるように圧縮成形した試料を作成した(図35参照)。これらの試料についても、図34の場合と同様に濾過し、除去率および濾過速度を測定した。なお、各試料において、ガラスフィルタの表面にのみ形成した多孔質シリカの空隙率は51%であった。また、比較例の試料について、60μmの厚さのものの空孔率は54%、90μmの厚さのものの空孔率は68%であった。   As a comparative example, a porous silica formed only on the surface of the glass filter was pulverized into powder, and then compression-molded to a thickness of 60 μm or 90 μm (see FIG. 35). These samples were also filtered in the same manner as in FIG. 34, and the removal rates and the filtration rates were measured. In each sample, the porosity of the porous silica formed only on the surface of the glass filter was 51%. In the sample of the comparative example, the porosity of the sample having a thickness of 60 μm was 54%, and the porosity of the sample having a thickness of 90 μm was 68%.

図35は、本実施例および比較例の測定結果(空孔率、除去率および濾過速度)を示す図である。   FIG. 35 is a diagram illustrating measurement results (porosity, removal rate, and filtration rate) of the present example and a comparative example.

図示するように、90μmペレット(Sparse Pellet)は空隙率が68%と高いため、濾過速度が8.2dm3/min・cmと速いが、除去率が88%となり低い傾向にあった。60μmペレット(Dense Pellet)は、空隙率が54%と低く、濾過速度が1.9dm3/min・cmと遅いが、除去率が99%となり高い傾向にあった。これらに対し、本実施例の試料は、空隙率が51%と低いものの、垂直に配向したマクロチャネルの流通性のため、8.9dm3/min・cmの濾過速度を有しつつ、除去率が99%と高い値を示した。このように、本実施例のガラスフィルタの表面にのみ形成した多孔質シリカは高い除去率かつ迅速な濾過が可能なろ過材として有用であることが判明した。 As shown in the figure, the 90 μm pellet (Sparse Pellet) has a high porosity of 68%, and thus has a high filtration rate of 8.2 dm 3 / min · cm, but tends to have a low removal rate of 88%. The 60 μm pellet (Dense Pellet) had a low porosity of 54% and a low filtration rate of 1.9 dm 3 / min · cm, but had a high removal rate of 99% and tended to be high. On the other hand, although the sample of this example has a low porosity of 51%, it has a filtration rate of 8.9 dm 3 / min · cm and a removal rate because of the flowability of the vertically oriented macrochannel. Showed a high value of 99%. As described above, it was found that the porous silica formed only on the surface of the glass filter of this example was useful as a filter material capable of high removal rate and rapid filtration.

(実施の形態7)…マクロ孔径の制御
本実施の形態においては、階層的多孔質構造を有する多孔質シリカにおける柱状のマクロ孔の孔径の制御について説明する。階層的多孔質構造を有する多孔質シリカにおける柱状のマクロ孔の孔径は、前駆体ゾルに含まれる水の量で制御可能である。
(Embodiment 7) Control of macropore diameter In this embodiment, control of the pore diameter of columnar macropores in porous silica having a hierarchical porous structure will be described. The pore diameter of the columnar macropores in the porous silica having a hierarchical porous structure can be controlled by the amount of water contained in the precursor sol.

(実施例E)
例えば、実施例1ではTEOS:水の比を1:4に設定した。この場合、柱状のマクロ孔の上部の孔径は約414nmであった。これに対し、TEOS:水の量を1:10、1:12とし、実施例1の場合と同様に階層的多孔質構造を有する多孔質シリカを形成した場合、柱状のマクロ孔の上部の孔径は、それぞれ650nm、950nmであった(図36)。図36は、本実施例の各試料のSEM像である。
(Example E)
For example, in Example 1, the ratio of TEOS: water was set to 1: 4. In this case, the diameter of the upper portion of the columnar macropore was about 414 nm. On the other hand, when the amount of TEOS: water is 1:10 and 1:12 and porous silica having a hierarchical porous structure is formed in the same manner as in Example 1, the pore diameter at the top of the columnar macropores Was 650 nm and 950 nm, respectively (FIG. 36). FIG. 36 is an SEM image of each sample of this example.

このように、前駆体ゾル中の水の量を制御することで柱状のマクロ孔の孔径を制御することが可能であることが判明した。   As described above, it has been found that the diameter of the columnar macropores can be controlled by controlling the amount of water in the precursor sol.

このような現象は、次のように考察することができる。図37は、マクロ孔の形成メカニズムを示す模式図である。前駆体ゾル中の水の量が多い場合、例えば、実施の形態1において図5を参照しながら説明したマクロ孔の形成メカニズム(図37(A)に対応)より、SiO2(Gel)の生成(固化)により排出される水(H2O)やエタノールの量が多くなる。具体的には、図37(B)に示すように、マクロ孔の側壁となる部分の前駆体ゾルからの水の排出が多くなり、マクロ孔の孔径が大きくなるものと考えられる(D1a<D1b)。 Such a phenomenon can be considered as follows. FIG. 37 is a schematic view showing a formation mechanism of a macropore. If the amount of water in the precursor sol is large, for example, generation than formation mechanism of macropores described with reference to FIG. 5 in the first embodiment (corresponding to FIG. 37 (A)), SiO 2 (Gel) The amount of water (H 2 O) and ethanol discharged by (solidification) increases. Specifically, as shown in FIG. 37B, it is considered that the amount of water discharged from the precursor sol in the portion serving as the side wall of the macropore increases, and the pore diameter of the macropore increases (D1a <D1b). ).

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
[付記1]
アルコキシシランの加水分解により多孔質シリカを製造する方法であって、
(a)界面活性剤、アルコキシシランおよび水を有する第1液を調整する工程、
(b)前記第1液と、ガラス繊維間が第1材料で充填されたガラスフィルタとを接触させる工程、
(c)前記ガラスフィルタを塩基性液に浸漬させる工程、
(d)前記第1液をゲル化させたゲル化物を熱処理する工程、
を有し、
前記(d)工程において、ガラス繊維間に充填された第1材料が除去される、多孔質シリカの製造方法。
[付記2]
付記1に記載の多孔質シリカの製造方法において、
前記(d)工程により得られた多孔質シリカは、
第1細孔と第2細孔とを有し、
前記第1細孔はマクロ孔であり、
前記第2細孔は、前記マクロ孔より平均細孔直径が小さいメソ孔またはミクロ孔であり、
前記ガラス繊維間には前記マクロ孔より大きい隙間を有する、多孔質シリカの製造方法。
[付記3]
アルコキシシランの加水分解により多孔質シリカを製造する方法であって、
(a)第1方向に配向性を有する第1細孔群と、前記第1細孔の側壁の内部に形成された第2細孔群とを有する多孔質シリカを準備する工程、
(b)前記多孔質シリカと金属または前記金属を元素組成として有する化合物を含有する液とを接触させ、前記多孔質シリカの前記第2細孔群に上記液を含浸させる工程、
(c)前記多孔質シリカの前記第1細孔群内の上記液を洗浄により除去する工程、
(d)前記(c)工程の後、熱処理を施すことにより、前記多孔質シリカの前記第2細孔内において前記金属または前記金属化合物を含有する微細粒子を形成する工程と、を有する、多孔質シリカの製造方法。
[付記4]
第1方向に配向性を有する第1細孔群と、前記第1細孔の側壁の内部に形成された第2細孔群とを有し、
前記第1細孔はマクロ孔であり、
前記第2細孔は、前記マクロ孔より平均細孔直径が小さいメソ孔またはミクロ孔であり、
前記第2細孔に、金属または金属化合物を含有する微細粒子が内包されている、多孔質シリカ。
[付記5]
アルコキシシランの加水分解により多孔質シリカを製造する方法であって、
(a)界面活性剤、アルコキシシランおよび水を有する第1液を調整する工程、
(b)前記第1液と塩基性液とを接触させることにより、前記第1液の脱水縮合反応により、前記第1液をゲル化させる工程、
前記(b)工程の後、
(c)前記第1液をゲル化させたゲル化物を熱処理する工程、
を有し、
前記(a)工程において、前記アルコキシシランと前記水との化学量論比をアルコキシシラン:水=1:nとした場合、nが20以下であり、
前記(c)工程により得られた多孔質シリカは、第1方向に配向性を有する第1細孔群と、前記第1細孔の側壁の内部に形成された第2細孔群とを有し、
前記水の量nにより、前記第1細孔群の平均細孔直径を調整する、多孔質シリカの製造方法。
As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and does not depart from the gist thereof. Various changes are possible.
[Appendix 1]
A method for producing porous silica by hydrolysis of an alkoxysilane,
(A) preparing a first liquid having a surfactant, an alkoxysilane, and water;
(B) contacting the first liquid with a glass filter filled with a first material between glass fibers;
(C) a step of immersing the glass filter in a basic liquid;
(D) heat-treating the gelled product obtained by gelling the first liquid;
Has,
The method for producing porous silica, wherein the first material filled between the glass fibers is removed in the step (d).
[Appendix 2]
The method for producing porous silica according to Supplementary Note 1, wherein
The porous silica obtained by the step (d) is
Having a first pore and a second pore,
The first pore is a macropore,
The second pores are mesopores or micropores having a smaller average pore diameter than the macropores,
A method for producing porous silica, wherein a gap between the glass fibers is larger than the macropore.
[Appendix 3]
A method for producing porous silica by hydrolysis of an alkoxysilane,
(A) preparing a porous silica having a first group of pores having orientation in a first direction and a second group of pores formed inside the side wall of the first pore;
(B) contacting the porous silica with a liquid containing a metal or a compound having the metal as an elemental composition to impregnate the second pore group of the porous silica with the liquid;
(C) removing the liquid in the first pore group of the porous silica by washing;
(D) a step of performing heat treatment after the step (c) to form fine particles containing the metal or the metal compound in the second pores of the porous silica. For producing porous silica.
[Appendix 4]
A first group of pores having an orientation in a first direction, and a second group of pores formed inside a side wall of the first pore;
The first pore is a macropore,
The second pores are mesopores or micropores having a smaller average pore diameter than the macropores,
Porous silica, wherein the second pores include fine particles containing a metal or a metal compound.
[Appendix 5]
A method for producing porous silica by hydrolysis of an alkoxysilane,
(A) preparing a first liquid having a surfactant, an alkoxysilane, and water;
(B) contacting the first liquid with a basic liquid to cause the first liquid to gel by a dehydration-condensation reaction of the first liquid;
After the step (b),
(C) a step of heat-treating the gelled product obtained by gelling the first liquid;
Has,
In the step (a), when the stoichiometric ratio between the alkoxysilane and the water is alkoxysilane: water = 1: n, n is 20 or less;
The porous silica obtained in the step (c) has a first group of pores having an orientation in a first direction and a second group of pores formed inside a side wall of the first hole. And
A method for producing porous silica, wherein the average pore diameter of the first pore group is adjusted according to the amount n of the water.

本発明は、多孔質シリカおよび多孔質シリカの製造方法に関し、特に、階層的多孔構造を有する多孔質シリカ、階層的多孔構造を有する多孔質シリカを用いた機能材料および階層的多孔構造を有する多孔質シリカの製造方法に適用して有効である。   The present invention relates to porous silica and a method for producing porous silica, and in particular, porous silica having a hierarchical porous structure, a functional material using porous silica having a hierarchical porous structure, and a porous material having a hierarchical porous structure. It is effective when applied to a method for producing porous silica.

A1 領域
A2 領域
D1 第1細孔の径(直径、短径、平均細孔直径、柱状の断面の径)
D2 第2細孔の径(直径、短径)
ED スポイト
F1 第1フィルタ
F2 第2フィルタ
FN 吸引ファン
L1 前駆体溶液(ゾル、ゾル状態液)
L2 塩基性液
LD 液滴
MC ミセル
N ノズル
P1 柱状の孔(第1細孔、マクロ孔)
P2 第2細孔(メソ孔やミクロ孔)
PS 多孔質シリカ
SG スプレーガン(霧吹き)
SUB 基板
A1 area A2 area D1 Diameter of first pore (diameter, minor diameter, average pore diameter, diameter of columnar cross section)
D2 Diameter of second pore (diameter, minor axis)
ED Dropper F1 First filter F2 Second filter FN Suction fan L1 Precursor solution (sol, sol-state liquid)
L2 Basic liquid LD Droplet MC Micellar N Nozzle P1 Columnar hole (first hole, macro hole)
P2 Second pore (mesopore or micropore)
PS Porous silica SG Spray gun (mist spray)
SUB board

Claims (14)

第1細孔と第2細孔とを有し、
前記第1細孔の平均細孔直径は、100nm以上2000nm以下であり、
前記第2細孔の平均細孔直径は、0.5nm以上3nm以下である、多孔質シリカ。
Having a first pore and a second pore,
The average pore diameter of the first pores is 100 nm or more and 2000 nm or less,
The porous silica, wherein the average pore diameter of the second pores is 0.5 nm or more and 3 nm or less.
請求項1に記載の多孔質シリカにおいて、
前記第1細孔は、マクロ孔であり、前記第2細孔は、メソ孔またはミクロ孔である、多孔質シリカ。
The porous silica according to claim 1,
Porous silica, wherein the first pores are macropores and the second pores are mesopores or micropores.
請求項1に記載の多孔質シリカにおいて、
前記多孔質シリカは膜状であり、
前記第1細孔は、膜の厚さ方向に延在する複数の柱状であり、
前記第1細孔の平均細孔直径は、柱状の短径である、多孔質シリカ。
The porous silica according to claim 1,
The porous silica is in the form of a film,
The first pores are a plurality of columns extending in the thickness direction of the membrane,
Porous silica, wherein the average pore diameter of the first pores is a columnar minor diameter.
請求項1に記載の多孔質シリカにおいて、
前記多孔質シリカは粒状であり、
前記第1細孔は、粒状の内部から外側の方向に延在する複数の柱状であり、
前記複数の柱状の第1細孔は、放射状に設けられ、
前記第1細孔の平均細孔直径は、柱状の短径である、多孔質シリカ。
The porous silica according to claim 1,
The porous silica is granular,
The first pores are a plurality of pillars extending from the inside of the granule to the outside.
The plurality of columnar first pores are provided radially,
Porous silica, wherein the average pore diameter of the first pores is a columnar minor diameter.
請求項3または4に記載の多孔質シリカを有する、機能材料。   A functional material comprising the porous silica according to claim 3. アルコキシシランの加水分解により多孔質シリカを製造する方法であって、
(a)界面活性剤、アルコキシシランおよび水を有する第1液を調整する工程、
(b)前記第1液と塩基性液とを接触させることにより、前記第1液の脱水縮合反応により、前記第1液をゲル化させる工程、
を有する、多孔質シリカの製造方法。
A method for producing porous silica by hydrolysis of an alkoxysilane,
(A) preparing a first liquid having a surfactant, an alkoxysilane, and water;
(B) a step of causing the first liquid to gel by a dehydration condensation reaction of the first liquid by contacting the first liquid with a basic liquid;
A method for producing porous silica, comprising:
請求項6に記載の多孔質シリカの製造方法において、
前記(b)工程の後、
(c)前記第1液をゲル化させたゲル化物を熱処理する工程、
を有し、
前記(c)工程により得られた多孔質シリカは、
第1細孔と第2細孔とを有し、
前記第1細孔の平均細孔直径は、100nm以上2000nm以下であり、
前記第2細孔の平均細孔直径は、0.5nm以上3nm以下である、多孔質シリカの製造方法。
The method for producing porous silica according to claim 6,
After the step (b),
(C) a step of heat-treating the gelled product obtained by gelling the first liquid;
Has,
The porous silica obtained by the step (c) is
Having a first pore and a second pore,
The average pore diameter of the first pores is 100 nm or more and 2000 nm or less,
The method for producing porous silica, wherein the average pore diameter of the second pores is 0.5 nm or more and 3 nm or less.
請求項7に記載の多孔質シリカの製造方法において、
前記第1細孔は、マクロ孔であり、前記第2細孔は、メソ孔またはミクロ孔である、多孔質シリカの製造方法。
The method for producing porous silica according to claim 7,
The method for producing porous silica, wherein the first pores are macropores, and the second pores are mesopores or micropores.
請求項6に記載の多孔質シリカの製造方法において、
前記(a)工程において、前記アルコキシシランと前記水との化学量論比をアルコキシシラン:水=1:nとした場合、nが20以下である、多孔質シリカの製造方法。
The method for producing porous silica according to claim 6,
In the step (a), when the stoichiometric ratio of the alkoxysilane and the water is alkoxysilane: water = 1: n, n is 20 or less.
請求項6に記載の多孔質シリカの製造方法において、
前記界面活性剤は、R1234+-で示されるカチオン性界面活性剤であり、
疎水性アルキル鎖である前記R1の炭素数が4〜22である、多孔質シリカの製造方法。
The method for producing porous silica according to claim 6,
The surfactant is a cationic surfactant represented by R 1 R 2 R 3 R 4 N + X ,
A method for producing porous silica, wherein the R 1 having a hydrophobic alkyl chain has 4 to 22 carbon atoms.
請求項6に記載の多孔質シリカの製造方法において、
前記界面活性剤は、R1234+-で示されるカチオン性界面活性剤であり、
疎水性アルキル鎖である前記R1の炭素数が2〜7である、多孔質シリカの製造方法。
The method for producing porous silica according to claim 6,
The surfactant is a cationic surfactant represented by R 1 R 2 R 3 R 4 N + X ,
A method for producing porous silica, wherein the above-mentioned R 1 which is a hydrophobic alkyl chain has 2 to 7 carbon atoms.
請求項6に記載の多孔質シリカの製造方法において、
前記(b)工程は、
(b1)前記第1液を基板上に塗布する工程、
(b2)前記基板を塩基性液に浸漬させる工程、
を有する、多孔質シリカの製造方法。
The method for producing porous silica according to claim 6,
In the step (b),
(B1) a step of applying the first liquid on a substrate;
(B2) a step of immersing the substrate in a basic liquid;
A method for producing porous silica, comprising:
請求項12に記載の多孔質シリカの製造方法において、
前記(b1)工程は、
(b1)前記第1液を基板上に、ディップコート、スプレーコート、またはスピンコートする工程である、多孔質シリカの製造方法。
The method for producing porous silica according to claim 12,
In the step (b1),
(B1) A method for producing porous silica, which comprises a step of dip coating, spray coating, or spin coating the first liquid on a substrate.
請求項6に記載の多孔質シリカの製造方法において、
前記(b)工程は、前記第1液の液滴を前記塩基性液中に滴下する工程である、多孔質シリカの製造方法。
The method for producing porous silica according to claim 6,
The method for producing porous silica, wherein the step (b) is a step of dropping a droplet of the first liquid into the basic liquid.
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