有機無機相互作用を利用した金属酸化物多孔体の細孔構造制御とその応用

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安価なシリカ源である水ガラスを原料としたゾルゲル過程においても有機物の添加により特徴的なマクロ-メゾの二元細孔構造が形成されることを見出した。特に従来から利用されている有機高分子だけでなく酸性のアニオン性界面活性剤を用いてもこのような二元細孔シリカの作製に成功した。このようにして作製されたシリカゲルは優れた断熱性、調湿性を併せ持ち、建材として利用可能なことが示唆された。また有機溶媒中で液滴としてゲル化させることにより真球状のミリメートルサイズ球状粒子の作製に成功した。球状構造は角の破損による微粉の発生による装置の目詰まりや充填効率の観点から実用化において重要となるものである。このシリカゲルについて適宜、アルミニウムやチタニウムを担持した後、テトラアルキルアンモニウム共存下で水熱処理をすることにより、成形体としての構造やマクロ孔構造を維持したまま、シリカゲル骨格のみを様々な結晶系のゼオタイトに転化することに成功した。これによりマクロ孔を有するゼオライト成形体の作製が可能であり、特に工業触媒として有用である、BEA型およびMFI型のものについて再現性よく結晶化が進んだ。さらに固体触媒の実用化において重要となる、細孔内物質輸送についての検討を継続し、ナノメートルサイズの細孔内における拡散係数について、細孔サイズや細孔表面特性の依存性について測定をすすめ、束縛空間内における物質輸送現象を明らかにした。あわせて、細孔表面への吸着挙動の評価を進め、細孔サイズに吸着挙動が大きく依存することがわかった。こうした吸着と拡散が、液相触媒反応において反応速度に影響を及ぼすパラメーターの一つであることを見出した。