日本ゼオライト学会 刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

ISSN: 0918–7774
一般社団法人日本ゼオライト学会 Japan Zeolite Association
〒162-0801 東京都新宿区山吹町358-5 アカデミーセンター Japan Zeolite Association Academy Center, 358-5 Yamabuki-cho, Shinju-ku, Tokyo 162-0801, Japan
Zeolite 34(3): 86-97 (2017)
doi:10.20731/zeoraito.34.3.86

解説解説

シリカゲル表面における層状ケイ酸塩の結晶成長Crystal Growth of Layered Silicates on the Surface of Silica Gels

信州大学学術研究院(工学系)Faculty of Engineering, Shinshu University ◇ 〒380–0928 長野県長野市若里4–17–1

受理日:2017年5月14日Accepted: May 14, 2017
発行日:2017年7月15日Published: July 15, 2017
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スメクタイト族粘土鉱物のような,シリケート層間に交換性のアルカリ金属イオンを含む層状ケイ酸塩は,分子認識的な吸着剤などとして応用が検討されている物質群である。本稿では,スメクタイト様層状ケイ酸塩を,種々の形状のシリカ表面上で直接結晶成長させ,シリカ表面を均一に被覆する方法について解説する。非晶質シリカに所定量のフッ化リチウム,塩化マグネシウムおよび尿素の水溶液を加え水熱処理すると,シリカ表面上でヘクトライト様層状ケイ酸塩の不均一核生成反応が進行する。また,出発原料にアルミニウムを添加すると,層状アルミノケイ酸塩が成長する。いずれも固体状シリカの一部のみを溶出させるので,もとのシリカの形状は損なわれない。用いるシリカの形状としては,球状粒子,ファイバー,中空状粒子等に適用できる。出発原料の化学組成が被覆の均一性や生成する微結晶の構造などへ及ぼす影響について述べるとともに,シリカの形状を活かした応用例(光学分割用カラム充填剤やフィルター,磁気回収型吸着剤など)について紹介する。

Cation-exchangeable layered silicates including smectite group of layered clay minerals have been investigated in various applications such as molecular recognizable adsorbents. Here, we overview the surface coverage of an amorphous silica with smectite-like layered silicates through the direct crystallization technique. The silica substrates (e.g., monodisperse spherical particles, fibers, hollow microspheres) undergo the heterogeneous nucleation of a hectorite-like silicate after the hydrothermal reactions with lithium fluoride and magnesium dichlorides in the presence of urea. An aluminosilicate microcrystal has also grown on the surfaces by adding aluminum ions to the initial solution. Because of partial dissolution of the silica substrates initiated by the hydrolysis of urea, the shape of the silica substrate has been maintained after the hydrothermal reactions. Cation exchange properties are displayed for the interlayer cations in the formed hectorite crystals to be replaced with metal (a rare-earth ion) and organic (quaternary alkylammonium and methylene blue) cations, as is usually observed for the smectites. We focus in this article on the reaction mechanism (affected by the chemical compositions of the starting mixtures) and applications of the resulting hybrids (e.g., HPLC column packing materials for chiral discrimination, filtering, and magnetic recovery). Such a hierarchical design including the crystal engineering on the surface of defined morphology will be useful for separation of a target molecule especially in a flow system.

キーワード:層状ケイ酸塩;不均一核生成;水熱反応;結晶成長;階層設計

Key words: layered silicates; heterogeneous nucleation; hydrothermal reactions; crystal growth; hierarchical design

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