[发明专利]非晶态硅酸铝盐的制造方法、通过该方法得到的非晶态硅酸铝盐以及使用该非晶态硅酸铝盐的吸附剂

说明书

技术领域

本发明作为支持新一代产业的重要的基础技术，涉及一种物质，其在强烈期望实用化的纳米技术的技术领域中，通过由其特异的形状而引起的细微结构，表现出高比表面积、高微孔容积、离子交换能力以及吸附能力等优异的物理化学特性，期待作为革命性的功能性材料的应用，特别涉及在中湿度范围内具有优异的水蒸气吸湿放湿特性的非晶态硅酸铝盐的制造方法、通过该方法得到的非晶态硅酸铝盐以及使用其的吸附剂。

背景技术

纳米尺寸的管状硅酸铝盐例如在天然条件下以伊毛缟石的形式产出，该伊毛缟石在土壤中存在，主要在来自火山灰的土壤中产出。另外，天然的伊毛缟石和作为类似矿物的水铝英石一起对于土壤中的养分、水分的移动以及对植物的供给有影响，还对于有害污染物质的积聚、残留等有影响。该管状硅酸铝盐是以硅(Si)、铝(Al)、氧(O)和氢(H)为主要构成元素、且以大量的Si-O-Al键构成的水合硅酸铝，具有外径为2.2～2.8nm、内径为0.5～1.2nm、长度为10nm～数μm的管状的形态，天然的是在以火山灰以及浮石等降落的火山喷出物为母材的土壤中分布的粘土成分。

原始伊毛缟石是伊毛缟石的前体物质，通过在约100℃下加热分散于水溶液中的该前体而形成伊毛缟石。因此，将伊毛缟石形成过程中的加热前的前体物质称为原始伊毛缟石。原始伊毛缟石由于具有来自伊毛缟石的结构的性质，因此在²⁹Si固体NMR中，与伊毛缟石同样，在-78ppm处显示出峰，硅具有OH-Si-(OAl)₃的配位。因此，在水蒸气吸附特性中，伊毛缟石与原始伊毛缟石在相对湿度为20％以下的吸附行为基本相同，可以认为虽然原始伊毛缟石不能如结晶性伊毛缟石那样生长成比较长的管状的形态，但也相应地具有伊毛缟石的结构。因此，对于原始伊毛缟石而言，在低湿度范围也具有与伊毛缟石同样的吸附剂的性质。伊毛缟石和原始伊毛缟石在合成时的Si/Al摩尔比均为0.35～0.55。

如果进一步使合成时的Si/Al比为0.7～1.0，并在脱盐处理后在150℃下加热2天，则形成非晶态物质与低结晶性粘土的复合物。该复合物由于包含非晶态含水硅酸铝盐与粘土的复合物，因此来自于HAS(羟基硅酸铝，Hydroxyl-Aluminum Silicate)和粘土(Clay)，以下以HASclay的形式表示。或者，如果使合成时的Si/Al摩尔比为0.7～1.0，并在脱盐处理后在100℃下加热2天，则对于该物质而言水蒸气以及二氧化碳的吸附性能非常优异。对于该物质，如果在100℃下加热30天以上，则形成非晶态含水硅酸铝盐与粘土的复合物，因此得到HASclay前体(参见专利文献1、2)。

可以认为这样的作为纳米尺寸的管状硅酸铝盐的伊毛缟石和作为其前体的原始伊毛缟石、以及HASclay和HASclay前体的特异的形状及物性在工业上也是有用的。即，伊毛缟石和作为其前体的原始伊毛缟石、以及HASclay和HASclay前体，基于其特异的细微结构，具有可以吸附各种物质的特性，因此，关于例如作为有害污染物质吸附剂、除臭剂、以及二氧化碳或甲烷等的气体储藏剂等的利用可能性，一直以来就有提及。另外，由于具有优异的水蒸气吸附性能，因此期待作为热泵热交换材料、防结露剂、自主性调湿材料等的应用。

特别是为了在除湿空调中去除由外部气体导入的空气中的湿气，需要即使是从夏天的高湿度的空气中也能有效地去除湿气，因此，认为除湿空调中所要求的吸附剂一般在相对湿度为约5％～60％下的吸附量多。

其中，要求管状硅酸铝盐和HASclay不丧失上述特性而在工业上廉价且大量地合成，进行了利用伊毛缟石、非晶态伊毛缟石和原始伊毛缟石、以及HASclay和HASclay前体的特异的微孔的吸附剂的开发。

但是，根据以往的制造方法，为了大量地制造伊毛缟石和非晶态伊毛缟石，由于伊毛缟石不含有Si之间的键，因此必须使用单硅酸盐水溶液作为起始物质。另外，对于铝源，由铝的13倍体构成的Keggin型聚合物阻碍伊毛缟石的生成，因此不能使用硫酸铝作为起始物质(参见专利文献3、4、5)。

专利文献1：日本特愿2007-336403号公报

专利文献2：日本特开2008-103658号公报

专利文献3：日本特开2001-064010号公报

专利文献4：日本特开2004-059330号公报

专利文献5：日本特开2008-179533号公报

发明内容