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  • 特開-多孔質粒子及び処理方法 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023173398
(43)【公開日】2023-12-07
(54)【発明の名称】多孔質粒子及び処理方法
(51)【国際特許分類】
   C01B 37/00 20060101AFI20231130BHJP
   C01B 33/18 20060101ALI20231130BHJP
   G21F 9/12 20060101ALI20231130BHJP
   A61L 9/014 20060101ALI20231130BHJP
   B01D 53/28 20060101ALI20231130BHJP
   C02F 1/28 20230101ALI20231130BHJP
   B01J 20/28 20060101ALI20231130BHJP
【FI】
C01B37/00
C01B33/18 Z
G21F9/12 501B
A61L9/014
B01D53/28
C02F1/28 A
B01J20/28 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022085629
(22)【出願日】2022-05-25
(71)【出願人】
【識別番号】722004104
【氏名又は名称】株式会社ナノジャパン
(72)【発明者】
【氏名】高田 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】高田 哲也
【テーマコード(参考)】
4C180
4D052
4D624
4G066
4G072
4G073
【Fターム(参考)】
4C180AA02
4C180CC04
4C180CC15
4C180EA28X
4D052CA04
4D052HA23
4D624AA01
4D624AA04
4D624AB00
4D624AB10
4D624AB15
4D624BA05
4D624CA04
4G066AA70B
4G066BA09
4G066BA12
4G066BA20
4G066BA23
4G066BA38
4G066CA02
4G066CA12
4G066CA43
4G066CA45
4G066DA03
4G066DA07
4G066FA37
4G072AA45
4G072BB05
4G072DD06
4G072DD07
4G072GG01
4G072GG03
4G072HH50
4G072MM28
4G072MM36
4G072RR13
4G072TT01
4G072TT08
4G072TT19
4G072UU11
4G072UU30
4G073BA63
4G073BA75
4G073BD21
4G073FA15
4G073FB16
4G073FD23
4G073FD25
4G073GA11
4G073GA13
4G073GA34
4G073GB09
4G073UA20
4G073UB40
4G073UB48
4G073UB60
(57)【要約】
【課題】優れた捕集蓄積機能を備えた多孔質粒子及び前記多孔質粒子を用いた処理方法を提供する。
【解決手段】複数の細孔を有する多孔質体を含む多孔質粒子であって、前記細孔の平均孔径が8nm±2nmの範囲内であり、かつ前記細孔の形状が略円筒状であり、前記細孔が、貫通孔であり、さらに、<111>配向している結晶を含む多孔質粒子を用いて、空気や水、それに放射性物質等を処理する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の細孔を有する多孔質体を含む多孔質粒子であって、前記細孔の平均孔径が8nm±2nmの範囲内であり、かつ、前記細孔が貫通孔であることを特徴とする多孔質粒子。
【請求項2】
前記細孔の形状が略円筒状である請求項1記載の多孔質粒子。
【請求項3】
前記細孔が、<111>配向している結晶を含む請求項1又は2に記載の多孔質粒子。
【請求項4】
前記細孔の孔径と深さとの比が、1:10~1:1000の範囲内である請求項1~3のいずれかに記載の多孔質粒子。
【請求項5】
JIS Z8722に規定される白色度が90以上である請求項1~4のいずれかに記載の多孔質粒子。
【請求項6】
平均粒径が1μm~100μmである請求項1~5のいずれかに記載の多孔質粒子。
【請求項7】
酸化物を主成分として含む請求項1~6のいずれかに記載の多孔質粒子。
【請求項8】
前記酸化物がSiOを含む請求項7に記載の多孔質粒子。
【請求項9】
前記酸化物におけるFeの含有量が0.01at%~0.5at%である請求項7又は8に記載の多孔質粒子。
【請求項10】
断湿材を用いて湿度を調節する方法であって、前記断湿材が請求項1~9のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする方法。
【請求項11】
消臭剤を用いて消臭する方法であって、前記消臭剤が請求項1~9のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする方法。
【請求項12】
放射性物質吸着材を用いて除染する方法であって、前記放射性物質吸着材が請求項1~9のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする方法。
【請求項13】
不純物吸着材を用いて水を浄化する方法であって、前記不純物吸着材が請求項1~9のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする方法。
【請求項14】
請求項1~9のいずれかに記載の多孔質粒子を含む製品。
【請求項15】
被処理物を、処理剤を用いて処理する方法であって、前記処理剤が請求項1~9のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする処理方法。
【請求項16】
前記処理剤が、前記多孔質粒子を前記処理剤に対し10重量%以上含む請求項15記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多孔質粒子及び前記多孔質粒子を用いる処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
多孔質体は、表面積が広く、優れた濾過機能や分離機能を実現できるので、従来、これら適用について多くの改良がなされ、種々検討されている。
近年においては、珪藻土等の多孔質体を除湿等に用いたり、不純物を取り除くためのフィルター等に適用したりすることが検討されている。
【0003】
特許文献1や2には、珪藻土等の多孔質体を用いて、調湿したり、水をろ過したり、消臭したりすることが記載されている。しかしながら、これらはいずれも吸湿性や吸着性はあるものの、被処理物である外気や被処理水等の影響を受け、一時的に湿度を下げたり、一時的に不純物を吸着させたりするものであり、水分や不純物の捕集蓄積機能はなく、必ずしも満足のいくものではなかった。
そのため、被処理物である外気や被処理水等の影響を受けずに、また、一時的にではなく、50%前後の湿度に調節できるような断湿性や不純物を捕集蓄積できる不純物捕集蓄積機能を備えたものが待ち望まれていた。
なお、珪藻土資材に関しては、建築資材等において、白色を望む需要があるが、通常、珪藻土資材は赤色系や黄色系の色味を有しており、1000℃以上の温度で焼成しても良好な白色を呈するものはなく、前記需要に応じて、白色になるように添加剤(例えば酸化チタンなどの白色顔料等)が加えられたりしたが、それでも良好な白色を得ることは困難であり、多孔質部分が担持等により塞がれてしまい、本来の機能に支障をきたすなど、まだまだ満足のいくものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2020-55712号公報
【特許文献2】特開2013-255862号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、優れた捕集蓄積機能を備えた多孔質粒子及び前記多孔質粒子を用いた処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、複数の細孔を有する多孔質体を含む多孔質粒子であって、前記細孔の平均孔径が8nm±2nmの範囲内であり、かつ、前記細孔が貫通孔である多孔質粒子が、優れた捕集蓄積機能を備えていること等を知見し、このような多孔質粒子が、上記した従来の問題を一挙に解決できるものであることを見出した。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて、本発明を完成させるに至った。
【0007】
すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
[1] 複数の細孔を有する多孔質体を含む多孔質粒子であって、前記細孔の平均孔径が8nm±2nmの範囲内であり、かつ、前記細孔が貫通孔であることを特徴とする多孔質粒子。
[2] 前記細孔の形状が略円筒状である前記[1]記載の多孔質粒子。
[3] 前記細孔が、<111>配向している結晶を含む前記[1]又は[2]に記載の多孔質粒子。
[4] 前記細孔の孔径と深さとの比が、1:10~1:1000の範囲内である前記[1]~[3]のいずれかに記載の多孔質粒子。
[5] JIS Z8722に規定される白色度が90以上である前記[1]~[4]のいずれかに記載の多孔質粒子。
[6] 平均粒径が1μm~100μmである前記[1]~[5]のいずれかに記載の多孔質粒子。
[7] 酸化物を主成分として含む前記[1]~[6]のいずれかに記載の多孔質粒子。
[8] 前記酸化物がSiOを含む前記[7]に記載の多孔質粒子。
[9] 前記酸化物におけるFeの含有量が0.01at%~0.5at%である前記[7]又は[8]に記載の多孔質粒子。
[10] 断湿材を用いて湿度を調節する方法であって、前記断湿材が前記[1]~[9]のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする方法。
[11] 消臭剤を用いて消臭する方法であって、前記消臭剤が前記[1]~[9]のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする方法。
[12] 放射性物質吸着材を用いて除染する方法であって、前記放射性物質吸着材が前記[1]~[9]のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする方法。
[13] 不純物吸着材を用いて水を浄化する方法であって、前記不純物吸着材が前記[1]~[9]のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする方法。
[14] 前記[1]~[9]のいずれかに記載の多孔質粒子を含む製品。
[15] 被処理物を、処理剤を用いて処理する方法であって、前記処理剤が前記[1]~[9]のいずれかに記載の多孔質粒子を含むことを特徴とする処理方法。
[16] 前記処理剤が、前記多孔質粒子を前記処理剤に対し10重量%以上含む前記[15]記載の方法。
【発明の効果】
【0008】
本発明の多孔質粒子及び前記多孔質粒子を用いる処理方法は、優れた捕集蓄積機能を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本発明に用いられる多孔質体の好適な実施態様の一例を模式的に示す図である。
図2】実施例における顕微鏡像(TEM像)を示す。
図3】本発明の処理方法の好適な実施態様の一例を模式的に示す図である。
図4】本発明の処理方法の好適な実施態様の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の多孔質粒子は、複数の細孔を有する多孔質体を含む多孔質粒子であって、前記細孔の平均孔径が8nm±2nmの範囲内であり、かつ、前記細孔が貫通孔であれば特に限定されない。
【0011】
前記多孔質粒子は、前記多孔質体を含む粒子であればそれでよく、粒子の形状等は特に限定されないし、他の多孔質体、賦形剤、結着剤又は接着剤等の添加剤などが含まれていてもよい。本発明においては、前記細孔の形状が、略円筒状であるのが好ましい。また、前記細孔が、<111>配向している結晶を含むのが好ましい。なお、前記貫通孔は、Xe-NMRにて確認できるものであってよい。また、前記結晶はX線回折装置を用いて確認できるものであってよい。また、本発明においては、前記粒子の平均粒径が1μm~100μmであるのが好ましい。このような好ましい範囲によれば、断湿性、放射性物質や不純物の捕集蓄積において、より優れた性能を発揮することができる。なお、前記平均粒径は、任意に抽出した10個の粒子の粒径の平均値をいう。
【0012】
前記多孔質体は、複数の細孔を有するものであって、前記細孔の平均孔径が8nm±2nmの範囲内であり、前記細孔が貫通孔であれば特に限定されないが、前記細孔の孔径と深さとの比が、1:10~1:1000の範囲内であるのが好ましく、1:10~1:100の範囲内であるのがより好ましい。前記多孔質体の好適な態様を図1に示す。図1の多孔質体は、複数の細孔を有している多孔質体であり、図1には、A-A’断面図とともに、前記細孔の形状が円筒状であることが示されている。前記細孔は、平均孔径が8nm±2nmの範囲内であり、かつ形状が略円筒状であることが、より優れた捕集蓄積機能を奏するという観点から肝要である。本発明においては、前記平均孔径が8nm±2nmの範囲内であるのが好ましく、前記形状が円筒状であるのも好ましい。
【0013】
前記平均孔径は、任意に抽出した10個の細孔の孔径の平均値をいう。前記孔径は、前記細孔の直径を意味し、例えば、図1に示されるw1をいう。前記深さは、前記細孔の深さを意味し、例えば、前記細孔が貫通孔である場合には、便宜上、前記多孔質体粒子の粒径を前記深さとしてもよい。前記深さは、例えば、図1に示されるd1をいう。なお、図1のw1は、例えば8nmであり、d1は、例えば50nmである。
【0014】
前記多孔質粒子の構成材料は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、本発明においては、酸化物を主成分として含むのが好ましい。前記酸化物は、SiOを含むのが好ましく、また、Alを含むのも好ましい。また、本発明においては、前記酸化物におけるFeの含有量が組成比で0.5at%以下であるのが好ましく、0.1at%以下であるのがより好ましい。前記酸化物におけるFeの含有量の下限は特に限定されないが、例えば0.01at%である。このような好ましいFeの含有量の前記酸化物を主成分として含む前記多孔質粒子は、例えば雨季と乾季とを有する熱帯モンスーン気候下の珪藻土層の一定の深さの区画から抽出される珪藻土を焼成及び粒子状に整粒することにより、容易に得ることができる。なお、前記焼成及び前記整粒の手段及び順序等は本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の手段等が好適に用いられ、これら条件等も適宜設定されてよい。
【0015】
前記多孔質粒子は、前記細孔を5以上含むのが好ましく、このような好ましい範囲によれば、捕集蓄積機能をより優れたものとすることができる。
【0016】
前記多孔質粒子は、例えば、タイや日本等の珪藻土層において、SEM又はTEM等の顕微鏡にて測定される、前記細孔の平均孔径が8nm±2nmの範囲内であり、前記細孔の形状が略円筒状であり、前記細孔の孔径と深さとの比が、1:10~1:1000の範囲内となる多孔質体が含まれる珪藻土層の区画から、所定の珪藻土を常法に従い取り出し、ついで公知の手段を用いて焼成及び粒子状に整粒することにより、容易に得ることが可能である。なお、タイや日本(例えば稚内等)などの珪藻土層において、前記区画が存在し、かつ前記区画にて容易に前記細孔の平均孔径が8nm±2nmの範囲内であり、人工的に作製困難な前記細孔の形状が略円筒状である前記多孔質体を含む前記多孔質粒子を取り出せることは、本発明者らによる新知見である。また、本発明においては、前記多孔質粒子のJIS Z8722に規定される白色度が80以上であるのが好ましく、90以上であるのがより好ましい。このような好ましい白色度を有する前記多孔質粒子は、例えば、上記したように、前記多孔質粒子のFeの含有量を0.5at%以下とすることにより、容易に得ることができる。
【0017】
前記多孔質粒子はそのままで又はさらに例えばバインダー等の添加剤や溶媒等と混合され、断湿材、消臭剤、放射性物質吸着材又は不純物吸着材等の製品として用いることができる。前記混合手段は公知の手段であってよい。なお、このような処理方法も本発明に包含される。前記多孔質粒子は、断湿材、消臭剤、放射性物質吸着材又は不純物吸着材において、10重量%以上含まれるのが好ましく、このような好ましい範囲によれば、前記捕集蓄積機能をより良好なものとすることができる。
【実施例0018】
(実施例1)
タイの一定の深さにある珪藻土層において、図2に示されるように、顕微鏡(TEM)にて測定される、前記細孔の平均孔径が8nm±2nmの範囲内であり、前記細孔の形状が円筒状であり、前記細孔の孔径と深さとの比が、1:10~1:1000の範囲内となる多孔質体が得られる珪藻土層の区画から、珪藻土を取り出し、ついで660℃で焼成及び10μmに整粒することにより、本発明の多孔質粒子を得た。なお、得られた多孔質粒子は、Xe-NMRにて細孔解析を実施したところ細孔壁面の形状は真っ直ぐに貫通された形状であり、貫通孔を有していた。また、X線回折装置を用いて多孔質粒子の結晶性につき評価したところ<111>配向している結晶であることがわかった。また、白度計(JIS Z8722)にて10箇所以上の複数地点で計測したところ、いずれも80以上であり、かつ平均で90以上であり、きれいで且つ良好な白色を有していた。また、得られた多孔質粒子のFeの含有量を測定したところ、0.5at%以下であった。
【0019】
得られた多孔質粒子に粘土を混ぜ、ついで水を用いて、ろくろにて図3に示される多孔質粒子からなる容器を作製した。容器内の湿度と外気の湿度とを測定した。結果を表1に示す。なお、前記細孔の平均孔径が8nm±2nmの範囲内ではない、他の吸放湿材からなる容器を用いて、上記と同様に容器内の湿度と外気の湿度とを測定し、これを比較例1とした。
【0020】
【表1】
【0021】
表1から明らかなように、比較例品では50%前後の湿度が外気の湿度変化によって60%近くまで上昇したが、本発明品は、外気の影響を受けることなく、50%前後の湿度を維持しており、外気からの水分を良好に捕集蓄積しており、優れた断湿性を有することがわかった。
【0022】
(実施例2)
実施例1と同様にして、図4に示されるように、マカロニ状のろ過材を作製し、ネットに入れ、フィルターを作製した。セシウムを含有させた試験水を、作製したフィルターに対して流し込み、ろ過材におけるセシウムの捕集蓄積機能を評価した。なお、比較例2としてゼオライトフィルターを用いた。評価結果を表2に示す。
【0023】
【表2】
【0024】
表2から明らかなように、比較例品ではセシウムの捕集蓄積機能は特に確認できなかったが、本発明品では、セシウムが大量に捕集蓄積されており、本発明の多孔質粒子が放射性物質の捕集蓄積性に優れていることがわかった。このような捕集蓄積機能は、ゼオライトフィルターや他のメソポーラスフィルター(平均孔径8nm±2nmの範囲外のもの及び非円柱状細孔のものを含む)では確認できず、本発明特有の効果である。
【産業上の利用可能性】
【0025】
本発明の多孔質粒子は、例えば断湿材、消臭剤、放射性物質吸着材又は不純物吸着材として好適に用いられ、空気や水の処理等に好適に用いられる。
【符号の説明】
【0026】
1 多孔質体
2 細孔
d1 孔径
d2 深さ
3 容器
3a 容器のフタ
3b 容器本体
4 水路管
5 被処理水(W)
6 ネット
7 マカロニ状のろ過材
図1
図2
図3
図4