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JP6099040B2 - Composite layered double hydroxide - Google Patents

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JP6099040B2 JP2013007513A JP2013007513A JP6099040B2 JP 6099040 B2 JP6099040 B2 JP 6099040B2 JP 2013007513 A JP2013007513 A JP 2013007513A JP 2013007513 A JP2013007513 A JP 2013007513A JP 6099040 B2 JP6099040 B2 JP 6099040B2
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  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Description

本発明は、複合化層状複水酸化物に関する。より詳しくは、アニオン交換体として好適に用いることができ、二次電池や燃料電池のアニオン伝導性電解質膜材料、触媒材料としての利用が期待される複合化層状複水酸化物に関する。 The present invention relates to a composite layered double hydroxide. More specifically, the present invention relates to a composite layered double hydroxide that can be suitably used as an anion exchanger and is expected to be used as an anion conductive electrolyte membrane material and a catalyst material for secondary batteries and fuel cells.

層状複水酸化物(LDH)は、M2+ 1−x3+ (OH)n− x/n・yHOの一般式で表わされる不定比化合物であって、粘土鉱物同様に層状構造を持ち、M2+(OH)八面体層(ブルーサイト層)中のM2+がL3+に同形置換することにより、正の電荷を有し、この正電荷を補償するために、LDHの層間にはアニオン(An−)が配位している。
LDHは、塩基性、アニオン交換能、低毒性等の特性を有するため、CO吸着剤、触媒、触媒担体、薬物担体、アニオン伝導体、ナノ複合体のホスト材料等として利用される。特にLDHは、高いアニオン交換能を有するため、水中にオキソアニオンの形態で含まれる有害金属の除去に有効な材料になることが期待されている。しかしながら、LDHは炭酸イオン(CO 2−)との親和性が極めて高く、アニオン交換反応によって、炭酸イオンを選択的に層間アニオンとして取り込む性質があるため、有害金属を含むオキソアニオン等の除去は、炭酸ガス(CO)が全く存在しない条件下で行わなければならないという問題がある。
Layered double hydroxides (LDH) is a M 2+ 1-x L 3+ x (OH) non-stoichiometric compound represented by the general formula 2 A n- x / n · yH 2 O, clay mineral similarly layered has a structure, by M 2+ (OH) 6 octahedral layer (brucite layers) M 2+ in is isomorphous replacement to L 3+, have a positive charge, in order to compensate for this positive charge, the LDH Anions (A n− ) are coordinated between the layers.
Since LDH has characteristics such as basicity, anion exchange ability, and low toxicity, it is used as a CO 2 adsorbent, catalyst, catalyst carrier, drug carrier, anion conductor, nanocomposite host material, and the like. In particular, LDH is expected to be an effective material for removing harmful metals contained in the form of oxoanions in water because of its high anion exchange ability. However, LDH has an extremely high affinity with carbonate ions (CO 3 2− ), and has the property of selectively incorporating carbonate ions as interlayer anions by anion exchange reaction. There is a problem that it must be carried out under the condition that no carbon dioxide (CO 2 ) is present.

上記の問題に対しては、従来から改善のために種々の取り組みが行われてきた。
LDHが保有しているアニオンは、層間の内部(LDH粒子の内部)の方に位置するものよりも、層間の端部近傍(LDH粒子の表面付近)に位置するものの方が、アニオン交換反応を容易に起こすものと予測される。そのため、上記問題に対するアプローチの一つとして、LDH粒子合成時の結晶成長を抑制し、LDHを微粒子化(ナノ粒子化)することによって、層間の端部近傍に位置するアニオン交換サイトの量を増やす取り組みが行われてきた(非特許文献1〜8)。
また、LDHと炭酸イオンとの親和性を弱めるための別なアプローチとして、LDHの外表面や層間の内表面の水酸基を有機基で改変することによって、LDH層と層間アニオンとの相互作用を弱め、アニオン交換能を高めることが考案されている。例えば、非特許文献9では、モノアルコール中での共沈法の適用により、LDH表面を共有結合性のアルコキシ基で改変(複合化)することを報告している。
Various efforts have been made to improve the above problems.
The anion possessed by LDH is closer to the end of the interlayer (near the surface of the LDH particle) than the one located closer to the interior of the interlayer (inside the LDH particle). Expected to occur easily. Therefore, as one approach to the above problem, the amount of anion exchange sites located in the vicinity of the end portions between layers is increased by suppressing crystal growth during synthesis of LDH particles and making LDH fine particles (nanoparticles). Efforts have been made (Non-Patent Documents 1 to 8).
Another approach to weakening the affinity between LDH and carbonate ions is to weaken the interaction between the LDH layer and the interlayer anion by modifying the hydroxyl group on the outer surface of the LDH or the inner surface of the interlayer with an organic group. It has been devised to increase the anion exchange capacity. For example, Non-Patent Document 9 reports that the LDH surface is modified (complexed) with a covalently bonded alkoxy group by applying a coprecipitation method in monoalcohol.

ケー.エイチ.ゴオ(K.−H.Goh)外3名、「ジャーナル オブ ハザーダス マテリアルズ(Journal of Hazardous Materials)」、2010年、第179巻、p818−827.K. H. Three people from K.-H. Goh, “Journal of Hazardous Materials”, 2010, Vol. 179, p818-827. ゼット.ピー.シュウ(Z.P.Xu)外5名、「ジャーナル オブ ザ アメリカン ケミカル ソサエティ(Journal of the Americal Chemical Society)」2006年、第128巻、p36−37.Zet. Pee. 5 members from Z.P.Xu, “Journal of the American Chemical Society” 2006, 128, p36-37. ジェイ.エイ.ガースカイ(J. A. Gursky)外5名、「ジャーナル オブ ザ アメリカン ケミカル ソサエティ(Journal of the Americal Chemical Society)」2006年、第128巻、p8376−8377.Jay. A. J. A. Gursky and five others, “Journal of the American Chemical Society” 2006, Vol. 128, p. 8376-8377. ジェイ.プリンス(J. Prince)外3名、「ケミストリーオブ マテリアルズ(Chemistry of Materials)」2009年、第21巻、p5826−5835.Jay. 3 outside Prince (J. Prince), “Chemistry of Materials” 2009, Vol. 21, p 5826-5835. ワイ.チャン(Y. Zhang)外3名、「ジャーナル オブ クリスタル グロウス(Journal of Crystal Growth)」2010年、第312巻、p3367−3372.Wy. Three people from Y. Zhang, “Journal of Crystal Growth” 2010, Vol. 312, p3367-3372. ティー.ヒビノ(T. Hibino)「アプライド クレイ サイエンス(Applied Clay Science)」2011年、第54巻、p83−89.tea. T. Hibino “Applied Clay Science” 2011, Vol. 54, p83-89. キュー.ワン(Q. Wang)外4名、「ケミカル コミュニケーションズ(Chemical Communications)」2012年、第48巻、p7450−7452.queue. Four people from Q. Wang, “Chemical Communications” 2012, Vol. 48, p7450-7451. ティー.ホンゴウ(T. Hongo)外2名、「ケミストリー レターズ(Chemistry Letters)」2006年、第35巻、p1296−1297.tea. Two outside T. Hongo, “Chemistry Letters” 2006, Vol. 35, pp. 1296-1297. イー.ガードナー(E. Gardner)外2名、「アドバンスト マテリアルズ(Advanced Materials)」2001年、第13巻、p1263−1266.E. Two outside of E. Gardner, “Advanced Materials” 2001, Vol. 13, p 1263-1266.

上記のとおり、層状複水酸化物によるアニオン交換を炭酸ガス存在下でも行うことができるようにするため、種々の検討が行われている。
しかしながら、非特許文献1〜8に報告されているLDH粒子合成時の結晶成長を抑制し、LDHを微粒子化(ナノ粒子化)することで、層間の端部近傍に位置するアニオン交換サイトの量を増やす方法の場合、粒子の結晶成長は、溶液中の金属濃度、pH、反応時間、反応温度、攪拌速度、反応スケール、装置形態等の種々の合成条件に強く依存するため、そのコントロールは極めて複雑で困難なものになるという問題がある。例えば、非特許文献8では、熟成工程なしの高速共沈法にて、結晶子サイズが10nm以下である低結晶性のLDHの調製を報告しているが、このような高速共沈法は、操作の制御が非常に難しく、実用に耐え得るものではない。また、LDHの外表面や層間の内表面の水酸基を有機基で改変することによって、LDH層と層間アニオンとの相互作用を弱め、アニオン交換能を高める方法を報告した非特許文献9に開示の、共有結合性のアルコキシ基で表面を改変(複合化)したLDHでは、導入されたアルコキシ基が水中で容易に加水分解を起こし、不安定なものであった。
このように、従来の報告例の方法はいずれも、実用性や層状複水酸化物の安定性の面で課題を有している。
層状複水酸化物は、有害金属除去のためのアニオン交換体の他、二次電池や燃料電池のアニオン伝導性電解質膜材料、種々の触媒材料としての応用展開も期待できる極めて有用な物質である。層状複水酸化物の炭酸イオンとの強い親和性の問題を解決することは、層状複水酸化物の更なる応用展開のためにも重要であり、安定性が高く、大気中のような炭酸ガスが存在する条件下でも良好なアニオン交換能を発揮することができる層状複水酸化物の開発が求められている。
As described above, various studies have been made to enable anion exchange with the layered double hydroxide even in the presence of carbon dioxide gas.
However, the amount of anion exchange sites located in the vicinity of the end portion between layers is suppressed by suppressing crystal growth during synthesis of LDH particles reported in Non-Patent Documents 1 to 8 and making LDH fine particles (nanoparticles). In the case of the method of increasing the number of particles, the crystal growth of the particles strongly depends on various synthesis conditions such as the metal concentration in the solution, pH, reaction time, reaction temperature, stirring speed, reaction scale, apparatus configuration, etc. There is a problem that it becomes complicated and difficult. For example, Non-Patent Document 8 reports the preparation of low-crystalline LDH having a crystallite size of 10 nm or less by a high-speed coprecipitation method without a ripening step. Control of operation is very difficult and cannot be practically used. Also disclosed in Non-Patent Document 9, which reported a method for weakening the interaction between the LDH layer and the interlayer anion and improving the anion exchange capacity by modifying the hydroxyl group on the outer surface of the LDH and the inner surface of the interlayer with an organic group. In LDH whose surface was modified (complexed) with a covalently bonded alkoxy group, the introduced alkoxy group easily hydrolyzed in water and was unstable.
As described above, all the methods of the conventional report examples have problems in terms of practicality and stability of the layered double hydroxide.
Layered double hydroxide is an extremely useful substance that can be expected to be used as an anion-conductive electrolyte membrane material for secondary batteries and fuel cells and various catalyst materials in addition to an anion exchanger for removing harmful metals. . Solving the problem of strong affinity of layered double hydroxides with carbonate ions is also important for further application development of layered double hydroxides, which are highly stable and carbon dioxide like in the atmosphere. There is a demand for the development of a layered double hydroxide capable of exhibiting good anion exchange ability even in the presence of gas.

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、高い安定性を有し、炭酸ガス存在下でも良好なアニオン交換能を発揮する層状複水酸化物、及び、そのような層状複水酸化物の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and has a high stability and a layered double hydroxide that exhibits a good anion exchange ability even in the presence of carbon dioxide gas, and such a layered double hydroxide. It aims at providing the manufacturing method of a thing.

本発明者は、高い安定性を有し、炭酸ガス存在下でも良好なアニオン交換能を発揮する層状複水酸化物について種々検討したところ、層状複水酸化物に、特定の官能基を2つ以上有する多官能化合物由来の構造部位を結合させた複合化層状複水酸化物とすると、水中でも安定的に存在することができ、また、炭酸ガス存在下でも良好なアニオン交換能を発揮する層状複水酸化物となることを見いだし、本発明に到達したものである。 The inventor conducted various studies on the layered double hydroxide having high stability and exhibiting good anion exchange ability even in the presence of carbon dioxide gas. As a result, the layered double hydroxide has two specific functional groups. When the composite layered double hydroxide is combined with the structural parts derived from the polyfunctional compound having the above, it can exist stably in water, and also exhibits a good anion exchange ability even in the presence of carbon dioxide gas. The inventors have found that it becomes a double hydroxide, and have reached the present invention.

すなわち本発明は、下記一般式(1);
2+ 1−x3+ (OH)n− x/n・yHO (1)
(式中、Mは、2価イオンとなる金属原子を表し、Lは、3価イオンとなる金属原子を表す。An−は、n価のアニオンを表す。xは、0<x<1の数を表し、yは、0以上の数を表す。nは、1〜3の数を表す。)で表される層状複水酸化物に、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、シラノール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を2つ以上有する多官能化合物由来の構造部位が、上記官能基由来の結合部位で結合していることを特徴とする複合化層状複水酸化物である。
以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
That is, the present invention provides the following general formula (1);
M 2+ 1-x L 3+ x (OH) 2 A n- x / n · yH 2 O (1)
(In the formula, M represents a metal atom to be a divalent ion, L represents a metal atom to be a trivalent ion, and A n− represents an n-valent anion. X represents 0 <x <1. Y represents a number of 0 or more, n represents a number of 1 to 3), a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, a carboxyl group, and a silanol. A structural layer derived from a polyfunctional compound having two or more functional groups selected from the group consisting of a group is bonded at the binding site derived from the functional group, It is an oxide.
The present invention is described in detail below.
A combination of two or more preferred embodiments of the present invention described below is also a preferred embodiment of the present invention.

本発明の複合化層状複水酸化物は、上記一般式(1)で表される層状複水酸化物に水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、シラノール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を2つ以上有する多官能化合物由来の構造部位が結合したものである。本発明の複合化層状複水酸化物が、炭酸ガス存在下でも良好なアニオン交換能を発揮することができる理由は以下のように推定される。
すなわち、多官能化合物は層状複水酸化物と結合を形成可能な官能基を複数有しているため、この多官能化合物を層状複水酸化物と結合させると、多官能化合物が有する官能基由来の複数の結合部位で結合が形成されると考えられる。そしてこれにより、層状複水酸化物と多官能化合物由来の構造部位との間に強い相互作用が発現し、多官能化合物由来の構造部位が層状複水酸化物と結合した状態で安定的に存在することができ、このような多官能化合物由来の構造部位の存在により、層状複水酸化物と炭酸イオンとの親和性が低下し、炭酸ガス存在下でも良好なアニオン交換能を発揮することができると考えられる。
The composite layered double hydroxide of the present invention is at least one selected from the group consisting of a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, a carboxyl group, and a silanol group in the layered double hydroxide represented by the general formula (1). A structural part derived from a polyfunctional compound having two or more kinds of functional groups is bonded. The reason why the composite layered double hydroxide of the present invention can exhibit good anion exchange ability even in the presence of carbon dioxide is presumed as follows.
That is, since the polyfunctional compound has a plurality of functional groups capable of forming a bond with the layered double hydroxide, when this polyfunctional compound is combined with the layered double hydroxide, it is derived from the functional group of the polyfunctional compound. It is considered that a bond is formed at a plurality of binding sites. As a result, a strong interaction is developed between the layered double hydroxide and the structural part derived from the polyfunctional compound, and the structural part derived from the polyfunctional compound is stably present in a state of being bonded to the layered double hydroxide. The presence of such a polyfunctional compound-derived structural moiety reduces the affinity between the layered double hydroxide and carbonate ion, and exhibits good anion exchange ability even in the presence of carbon dioxide gas. It is considered possible.

上記一般式(1)中のMは、2価イオンとなる金属原子であれば特に制限されず、一般式(1)中のLは、3価イオンとなる金属原子であれば特に制限されないが、Mは、Mg、Ca、Sr、Ba、Mn、Co、Ni、Cu、Znからなる群より選択される少なくとも1種の金属原子であり、Lは、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Cr、Fe、Al、Ga、Inからなる群より選択される少なくとも1種の金属原子であることが好ましい。
一般式(1)中のMとしてより好ましくは、Mg、Ca、Mn、Co、Ni、Cu、Znからなる群より選択される少なくとも1種の金属原子であり、更に好ましくは、Mg、Ca、Ni、Cu、Znからなる群より選択される少なくとも1種の金属原子である。
また、一般式(1)中のLとしてより好ましくは、La、Ce、Cr、Fe、Alからなる群より選択される少なくとも1種の金属原子であり、更に好ましくは、Fe、Alからなる群より選択される少なくとも1種の金属原子である。
コストや入手性等の点から、最も好ましくは、MがMgであり、LがAlであることである。
M in the general formula (1) is not particularly limited as long as it is a metal atom that becomes a divalent ion, and L in the general formula (1) is not particularly limited if it is a metal atom that becomes a trivalent ion. , M is at least one metal atom selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, and L is Sc, Y, La, Ce, Pr, It is preferably at least one metal atom selected from the group consisting of Nd, Cr, Fe, Al, Ga, and In.
More preferably, M in the general formula (1) is at least one metal atom selected from the group consisting of Mg, Ca, Mn, Co, Ni, Cu, and Zn, and more preferably Mg, Ca, At least one metal atom selected from the group consisting of Ni, Cu and Zn.
More preferably, L in the general formula (1) is at least one metal atom selected from the group consisting of La, Ce, Cr, Fe, and Al, and more preferably a group consisting of Fe and Al. And at least one metal atom selected from the group.
Most preferably, M is Mg and L is Al from the viewpoint of cost, availability, and the like.

上記多官能化合物は、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、シラノール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を2つ以上有する化合物であるが、官能基としては、水酸基、チオール基、シラノール基のいずれかが好ましい。
また、多官能化合物は、同種の官能基を複数有するものであってもよく、異なる種類の官能基を複数有するものであってもよいが、同種の官能基を複数有するものであることが好ましい。
The polyfunctional compound is a compound having two or more functional groups selected from the group consisting of a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, a carboxyl group, and a silanol group. Either a group or a silanol group is preferred.
The polyfunctional compound may have a plurality of the same kind of functional groups or may have a plurality of different types of functional groups, but preferably has a plurality of the same kind of functional groups. .

上記多官能化合物は、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、シラノール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を3つ以上有する化合物であることが好ましい。
多官能化合物が官能基を3つ以上有するものであると、多官能化合物由来の構造部位が層状複水酸化物と結合した状態でより安定的に存在することができ、炭酸ガス存在下でも良好なアニオン交換能を発揮することができると考えられる。
The polyfunctional compound is preferably a compound having three or more functional groups selected from the group consisting of a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, a carboxyl group, and a silanol group.
When the polyfunctional compound has three or more functional groups, the structural part derived from the polyfunctional compound can exist more stably in a state where it is combined with the layered double hydroxide, and is good even in the presence of carbon dioxide gas. It is thought that an anion exchange ability can be exhibited.

上記多官能化合物は、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、シラノール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を2つ以上有する化合物であれば、その構造は特に制限されないが、下記一般式(2);
(XRC(R4−m (2)
(式中、Xは、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、又は、シラノール基を表す。Rは、炭素数1〜4の2価の炭化水素基を表す。Rは、水素原子、水酸基、アミノ基、炭素数1〜4の1価の炭化水素基、カルボキシル基を表す。mは、2以上の整数を表す。)で表される構造の化合物であることが好ましい。
このように、多官能化合物が、官能基を有する同一の構造部位(XR)が炭素原子に複数結合したものであると、多官能化合物が、官能基由来の複数の結合部位で層状複水酸化物とより安定的に結合を形成することができると考えられる。
上記一般式(2)のXの好ましいものは、上述した多官能化合物の官能基の好ましいものと同じである。
The polyfunctional compound is not particularly limited as long as it has two or more functional groups selected from the group consisting of a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, a carboxyl group, and a silanol group, The following general formula (2);
(XR 1 ) m C (R 2 ) 4-m (2)
(In the formula, X represents a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, a carboxyl group, or a silanol group. R 1 represents a divalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms. R 2 represents a hydrogen atom. , A hydroxyl group, an amino group, a monovalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and a carboxyl group, wherein m represents an integer of 2 or more.
In this way, when the polyfunctional compound is a compound in which the same structural site (XR 1 ) having a functional group is bonded to a carbon atom, the polyfunctional compound is layered double water at a plurality of bonded sites derived from the functional group. It is considered that a bond can be more stably formed with the oxide.
The preferable thing of X of the said General formula (2) is the same as the preferable thing of the functional group of the polyfunctional compound mentioned above.

上記一般式(2)において、Rは、炭素数1〜4の2価の炭化水素基が好ましい。より好ましくは、炭素数1〜2の2価の炭化水素基である。最も好ましくは、炭素数1の2価の炭化水素基、すなわち、メチレン基である。
上記一般式(2)において、Rは、水素原子、水酸基、アミノ基、炭素数1〜4の1価の炭化水素基、カルボキシル基のいずれかが好ましい。より好ましくは、水酸基、アミノ基、カルボキシル基である。
上記一般式(2)において、mは、2〜3のいずれかが好ましい。最も好ましくは、3である。
In the general formula (2), R 1 is preferably a divalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms. More preferably, it is a C1-C2 bivalent hydrocarbon group. Most preferred is a divalent hydrocarbon group having 1 carbon atom, that is, a methylene group.
In the general formula (2), R 2 is preferably a hydrogen atom, a hydroxyl group, an amino group, a monovalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, or a carboxyl group. More preferably, they are a hydroxyl group, an amino group, and a carboxyl group.
In the general formula (2), m is preferably any one of 2 to 3. Most preferably 3.

上記多官能化合物としては、多価アルコールが特に好ましく、中でも、水酸基を3つ有する3価のアルコールが更に好ましい。最も好ましくは、トリスヒドロキシメチルアミノメタン(THAM)である。
上記一般式(1)で表される層状複水酸化物の中で、MがMgであり、LがAlであるMgAl型の層状複水酸化物を製造する場合、製造時の溶液のpHは9〜10程度が好ましい。
本発明の複合化層状複水酸化物を、後述する本発明の複合化層状複水酸化物の製造方法で製造する場合にTHAMを用い、THAMの濃度を調整すると、THAMが有するpHのバッファーとしての作用により、溶液のpHが9〜10となり、MgAl型の層状複水酸化物を製造する場合の最適なpH範囲となる。
As the polyfunctional compound, a polyhydric alcohol is particularly preferable, and among them, a trivalent alcohol having three hydroxyl groups is more preferable. Most preferred is trishydroxymethylaminomethane (THAM).
Among the layered double hydroxides represented by the general formula (1), when manufacturing an MgAl type layered double hydroxide in which M is Mg and L is Al, the pH of the solution at the time of manufacture is About 9-10 is preferable.
When the composite layered double hydroxide of the present invention is produced by the method for producing the composite layered double hydroxide of the present invention, which will be described later, THAM is used, and when the concentration of THAM is adjusted, THAM has a pH buffer. As a result, the pH of the solution is 9 to 10, which is an optimum pH range in the case of producing an MgAl-type layered double hydroxide.

本発明の複合化層状複水酸化物は、平均粒子径(平均粒子サイズ)が50nm以下の粒子状の形状であることが好ましい。上述したように、層状複水酸化物は、層状構造を有し、その層間にアニオンが配位した構造を有している。層間に存在するアニオンのうち、層間の端部近傍(層状複水酸化物粒子の表面付近)に位置するアニオンのほうが、層間の内部に位置するアニオンよりも正の電荷を有する層部分との相互作用が弱く、他のアニオンと交換しやすいと考えられる。複合化層状複水酸化物が、平均粒子径が50nm以下の粒子のように微細化している方が、層状複水酸化物の層間の端部近傍(層状複水酸化物粒子の表面付近)に位置するアニオン交換サイトの量が増え、本発明の複合化層状複水酸化物のアニオン交換能が高まると考えられる。複合化層状複水酸化物の平均粒子径は、より好ましくは、30nm以下であり、更に好ましくは、20nm以下である。また、平均粒子径は、1nm以上であることが好ましい。
複合化層状複水酸化物粒子の平均粒子径は、SEMやTEM等の電子顕微鏡による観察、レーザー回折式粒度分布測定装置、動的光散乱式粒径分布測定装置等により測定することができるが、本発明においては、SEMやTEM等の電子顕微鏡による観察による測定方法を用いる。
The composite layered double hydroxide of the present invention preferably has a particulate shape with an average particle size (average particle size) of 50 nm or less. As described above, the layered double hydroxide has a layered structure and a structure in which anions are coordinated between the layers. Among the anions present between the layers, the anion located near the edge of the layer (near the surface of the layered double hydroxide particle) is more mutually associated with the layer portion having a positive charge than the anion located inside the layer. It is considered that the action is weak and easy to exchange with other anions. When the composite layered double hydroxide is made finer, such as particles having an average particle size of 50 nm or less, it is closer to the end portion between the layers of the layered double hydroxide (near the surface of the layered double hydroxide particles). It is considered that the amount of anion exchange sites located increases and the anion exchange ability of the composite layered double hydroxide of the present invention increases. The average particle size of the composite layered double hydroxide is more preferably 30 nm or less, and still more preferably 20 nm or less. Moreover, it is preferable that an average particle diameter is 1 nm or more.
The average particle size of the composite layered double hydroxide particles can be measured with an electron microscope such as SEM or TEM, a laser diffraction particle size distribution measuring device, a dynamic light scattering particle size distribution measuring device, or the like. In the present invention, a measurement method by observation with an electron microscope such as SEM or TEM is used.

本発明はまた、複合化層状複水酸化物を製造する方法であって、該製造方法は、2価イオンとなる金属原子の単体及び/又は化合物、3価イオンとなる金属原子の単体及び/又は化合物、並びに、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、シラノール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を有する官能基含有化合物を溶液中で混合する工程(以下、混合工程ともいう)と、該混合して得られた溶液を加熱する工程(以下、加熱工程ともいう)とを含むことを特徴とする複合化層状複水酸化物の製造方法でもある。 The present invention is also a method for producing a composite layered double hydroxide, which comprises a simple substance and / or compound of a metal atom to be a divalent ion and / or a simple substance of a metal atom to be a trivalent ion and / or Or a compound and a step of mixing a functional group-containing compound having at least one functional group selected from the group consisting of a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, a carboxyl group, and a silanol group in a solution (hereinafter, also referred to as a mixing step) And a step of heating the solution obtained by mixing (hereinafter, also referred to as a heating step), and a method for producing a composite layered double hydroxide.

本発明の複合化層状複水酸化物の製造方法は、原料溶液中の官能基含有化合物濃度をコントロールするだけで、再現性良く所望の微粒子(ナノ粒子)状の複合化層状複水酸化物を生成させることができる。これは、官能基含有化合物の官能基由来の結合部位が層状複水酸化物表面にリガンドとして結合して、層状複水酸化物粒子の安定化(凝集抑制効果)を促すためであると考えられる。このように、本発明の複合化層状複水酸化物の製造方法は、簡便な操作で再現性良く微粒子(ナノ粒子)状の複合化層状複水酸化物を製造することができるため、工業的な利用も期待される有用な製造方法である。
本発明の複合化層状複水酸化物の製造方法は、上述した本発明の複合化層状複水酸化物を製造する方法としても好適に用いることができる。すなわち、官能基含有化合物が、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、シラノール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を2つ以上有する多官能化合物であることは、本発明の複合化層状複水酸化物の製造方法の好適な実施形態の1つである。
The method for producing a composite layered double hydroxide of the present invention can produce a desired composite layered double hydroxide in the form of fine particles (nanoparticles) with good reproducibility only by controlling the concentration of the functional group-containing compound in the raw material solution. Can be generated. This is considered to be because the binding site derived from the functional group of the functional group-containing compound binds to the surface of the layered double hydroxide as a ligand and promotes stabilization (aggregation suppressing effect) of the layered double hydroxide particles. . Thus, the method for producing a composite layered double hydroxide of the present invention can produce a composite layered double hydroxide in the form of fine particles (nanoparticles) with a simple operation and good reproducibility. This is a useful production method that is expected to be used in many ways.
The method for producing the composite layered double hydroxide of the present invention can also be suitably used as a method for producing the composite layered double hydroxide of the present invention described above. That is, the functional group-containing compound is a polyfunctional compound having two or more functional groups selected from the group consisting of a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, a carboxyl group, and a silanol group. It is one of the suitable embodiment of the manufacturing method of a composite layered double hydroxide.

本発明の複合化層状複水酸化物の製造方法に用いる2価イオンとなる金属原子、3価イオンとなる金属原子は、上述した一般式(1)のM、Lと同様の金属原子が挙げられ、好ましいものも同様である。
2価イオンとなる金属原子や3価イオンとなる金属原子の化合物としては、塩化物、酸化物、硫化物、水酸化物、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、リン酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩、アルコキシド、アセチルアセトナート等を用いることができる。これらの中でも、塩化物、硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩のいずれかが好ましい。
本発明の複合化層状複水酸化物の製造方法に用いる官能基含有化合物が有する官能基として好ましいものは、上述した多官能化合物が有する官能基の好ましいものと同様である。
Examples of the metal atom to be a divalent ion and the metal atom to be a trivalent ion used in the method for producing a composite layered double hydroxide of the present invention include the same metal atoms as M and L in the above general formula (1). The preferred ones are also the same.
Examples of the metal atom that becomes a divalent ion or a metal atom that becomes a trivalent ion include chloride, oxide, sulfide, hydroxide, sulfate, nitrate, carbonate, phosphate, acetate, oxalic acid Salts, citrates, alkoxides, acetylacetonates and the like can be used. Among these, any of chloride, sulfate, nitrate, and acetate is preferable.
What is preferable as the functional group which the functional group-containing compound used in the method for producing the composite layered double hydroxide of the present invention has is the same as the preferable functional group which the polyfunctional compound described above has.

上記2価イオンとなる金属原子の単体及び/又は化合物や、3価イオンとなる金属原子の単体及び/又は化合物、並びに、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、シラノール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を有する官能基含有化合物の溶液を調製するために使用する溶媒は、これらが溶解するものであれば特に制限されず、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、水、アセトン、酢酸エチル、ベンゼン、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、ノルマルヘキサン等の1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、メタノール、エタノール、水が好ましく、水がより好ましい。 Selected from the group consisting of the simple substance and / or compound of a metal atom that becomes a divalent ion, the simple substance and / or compound of a metal atom that becomes a trivalent ion, and a hydroxyl group, amino group, thiol group, carboxyl group, and silanol group The solvent used for preparing the solution of the functional group-containing compound having at least one functional group is not particularly limited as long as it dissolves, and methanol, ethanol, propanol, butanol, water, acetone , Ethyl acetate, benzene, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, cyclohexane, normal hexane or the like can be used. Among these, methanol, ethanol, and water are preferable, and water is more preferable.

本発明の複合化層状複水酸化物の製造方法における混合工程は、2価イオンとなる金属原子の単体及び/又は化合物、3価イオンとなる金属原子の単体及び/又は化合物、並びに、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、シラノール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を有する官能基含有化合物が溶液中で混合されることになる限り、これら3種を一度に添加して混合してもよく、予めいずれか2種を混合してから残りの1種を混合してもよいが、通常は、2価イオンとなる金属原子の単体及び/又は化合物、並びに、3価イオンとなる金属原子の単体及び/又は化合物を含む溶液と、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、シラノール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を有する官能基含有化合物を含む溶液とを調製した後、これらの溶液を混合する方法が用いられる。 The mixing step in the method for producing a composite layered double hydroxide of the present invention includes a simple substance and / or compound of a metal atom that becomes a divalent ion, a simple substance and / or compound of a metal atom that becomes a trivalent ion, and a hydroxyl group, As long as a functional group-containing compound having at least one functional group selected from the group consisting of an amino group, a thiol group, a carboxyl group, and a silanol group is to be mixed in the solution, these three types are added at once. However, it is also possible to mix any two of them in advance and then mix the remaining one. Usually, however, a simple substance and / or compound of a metal atom that becomes a divalent ion, and a trivalent A governmental solution having at least one functional group selected from the group consisting of a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, a carboxyl group, and a silanol group, and a solution containing a simple substance and / or compound of metal atoms to be ions After preparing a solution containing a group containing compound, a method of mixing these solutions are used.

上記2価イオンとなる金属原子の単体及び/又は化合物、並びに、3価イオンとなる金属原子の単体及び/又は化合物を含む溶液(以下、金属含有溶液とも記載する)と、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、シラノール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を有する官能基含有化合物を含む溶液(以下、官能基含有化合物含有溶液とも記載する)とを調製した後、これらの溶液を混合する工程を行う場合、金属含有溶液中の2価イオンとなる金属原子と、3価イオンとなる金属原子とのモル比([2価イオンとなる金属原子]/[3価イオンとなる金属原子])は、1/10〜20/1であることが好ましい。このようなモル比で混合することで、複合化層状複水酸化物の層状構造を安定的に形成することができる。より好ましくは、1/2〜5/1である。
また、金属含有溶液中の2価イオンとなる金属原子及び3価イオンとなる金属原子の合計と、官能基含有化合物含有溶液中の官能基含有化合物とのモル比([2価イオンとなる金属原子及び3価イオンとなる金属原子の合計]/[官能基含有化合物])は、1/500〜200/1であることが好ましい。このようなモル比で混合することで、層状複水酸化物と官能基含有化合物との結合を安定的に形成することができる。より好ましくは、1/200〜50/1である。
A simple substance and / or compound of a metal atom to be a divalent ion, a solution containing a simple substance and / or a compound of a metal atom to be a trivalent ion (hereinafter also referred to as a metal-containing solution), a hydroxyl group, an amino group, After preparing a solution containing a functional group-containing compound having at least one functional group selected from the group consisting of a thiol group, a carboxyl group, and a silanol group (hereinafter also referred to as a functional group-containing compound-containing solution), these When the step of mixing the solution of is performed, the molar ratio of the metal atom to be a divalent ion and the metal atom to be a trivalent ion in the metal-containing solution ([metal atom to be a divalent ion] / [trivalent ion] The metal atom]) is preferably 1/10 to 20/1. By mixing at such a molar ratio, the layered structure of the composite layered double hydroxide can be stably formed. More preferably, it is 1/2 to 5/1.
Further, the molar ratio of the total of metal atoms to be divalent ions and metal atoms to be trivalent ions in the metal-containing solution and the functional group-containing compound in the functional group-containing compound-containing solution ([metal to be divalent ions] The sum of atoms and metal atoms to be trivalent ions] / [functional group-containing compound]) is preferably 1/500 to 200/1. By mixing at such a molar ratio, the bond between the layered double hydroxide and the functional group-containing compound can be stably formed. More preferably, it is 1/200 to 50/1.

上記金属含有溶液と、官能基含有化合物含有溶液とを調製した後、これらの溶液を混合する工程を行う場合、金属含有溶液に官能基含有化合物含有溶液を添加することが好ましい。この場合、添加の方法は、一括添加であってよく、逐次添加であってもよい。 After preparing the said metal containing solution and a functional group containing compound containing solution, when performing the process of mixing these solutions, it is preferable to add a functional group containing compound containing solution to a metal containing solution. In this case, the addition method may be batch addition or sequential addition.

本発明の複合化層状複水酸化物の製造方法における加熱工程は、30〜300℃の温度で行われることが好ましい。このような温度で加熱することで、複合化層状複水酸化物の熟成が進み、複合化層状複水酸化物を高い収率で得ることができる。加熱工程の温度は、より好ましくは、40〜200℃であり、更に好ましくは、50〜120℃である。
また、複合化層状複水酸化物の熟成を充分に進めることと、製造の効率の両方を考慮すると、加熱工程の時間は、0.5〜50時間であることが好ましい。より好ましくは、1〜25時間であり、更に好ましくは、1.5〜15時間である。
The heating step in the method for producing a composite layered double hydroxide of the present invention is preferably performed at a temperature of 30 to 300 ° C. By heating at such a temperature, aging of the composite layered double hydroxide proceeds, and the composite layered double hydroxide can be obtained in a high yield. More preferably, the temperature of a heating process is 40-200 degreeC, More preferably, it is 50-120 degreeC.
In consideration of both the sufficient aging of the composite layered double hydroxide and the production efficiency, the time for the heating step is preferably 0.5 to 50 hours. More preferably, it is 1-25 hours, More preferably, it is 1.5-15 hours.

本発明の複合化層状複水酸化物の製造方法は、必要に応じ、上記混合工程及び加熱工程の後に、得られた複合化層状複水酸化物を精製する工程を含んでいてもよい。精製方法は特に制限されず、濾過、遠心分離、デカンテーション等を用いることができる。 The method for producing the composite layered double hydroxide of the present invention may include a step of purifying the obtained composite layered double hydroxide after the mixing step and the heating step, if necessary. The purification method is not particularly limited, and filtration, centrifugation, decantation and the like can be used.

本発明の複合化層状複水酸化物は、上述の構成よりなり、炭酸イオン(CO 2−)との親和性が著しく低く、CO存在条件下や炭酸イオンを層間アニオンとして取り込んだ条件下であっても、水中に存在する硝酸イオン(NO )、ヒ酸水素イオン(HAsO 2−)、セレン酸イオン(SeO 2−)、テトラヒドロキシホウ酸イオン(B(OH) )等の有害アニオンを、アニオン交換反応によって高効率に除去することができる。本発明の複合化層状複水酸化物は、このような特異的なアニオン交換能を利用して、触媒、触媒担体、薬物担体、アニオン伝導体、ナノ複合体のホスト材料等への利用が期待できる。
また、本発明の複合化層状複水酸化物の製造方法は、簡便な操作で所望の微粒子(ナノ粒子)を再現性良く生成させることができることから、工業的な利用も期待される有用な複合化層状複水酸化物の製造方法である。
The composite layered double hydroxide of the present invention has the above-described structure, and has a significantly low affinity with carbonate ions (CO 3 2− ). Conditions under the presence of CO 2 and conditions in which carbonate ions are incorporated as interlayer anions. Even in this case, nitrate ions (NO 3 ), hydrogen arsenate ions (HAsO 4 2− ), selenate ions (SeO 4 2− ), tetrahydroxyborate ions (B (OH) 4 ) And the like can be efficiently removed by anion exchange reaction. The composite layered double hydroxide of the present invention is expected to be used as a catalyst, a catalyst carrier, a drug carrier, an anion conductor, a host material of a nanocomposite, etc. by utilizing such a specific anion exchange ability. it can.
In addition, since the method for producing a composite layered double hydroxide of the present invention can produce desired fine particles (nanoparticles) with a good reproducibility by a simple operation, a useful composite expected to be used industrially. This is a method for producing a layered double hydroxide.

層状複水酸化物(LDH)の構造を示した図である。LDHは、(1)層構造(Basal Layer)と(2)の層間部分(Interlayer)とを有する構造である。図1中、(A)はOHを、(B)は2価金属イオンを、(C)は3価金属イオンを、(D)はアニオン(An−)を、(E)は水(HO)を、それぞれ表す。It is the figure which showed the structure of layered double hydroxide (LDH). The LDH is a structure having (1) a layer structure (Basal Layer) and (2) an interlayer part (Interlayer). In FIG. 1, (A) is OH , (B) is a divalent metal ion, (C) is a trivalent metal ion, (D) is an anion (A n− ), (E) is water ( H 2 O) respectively. 実施例1、2で合成した複合化層状複水酸化物1(LDHNP(10nm))、複合化層状複水酸化物2(LDHNP(25nm))、及び、比較例1で合成した層状複水酸化物(LDH)のSEM測定結果を示した図である。(a)がLDHNP(10nm)を、(b)がLDHNP(25nm)を、(c)がLDHを測定した結果である。Composite layered double hydroxide 1 (LDHNP (10 nm)) synthesized in Examples 1 and 2, Composite layered double hydroxide 2 (LDHNP (25 nm)), and layered double hydroxide synthesized in Comparative Example 1 It is the figure which showed the SEM measurement result of a thing (LDH). (A) is a result of measuring LDHNP (10 nm), (b) is a result of measuring LDHNP (25 nm), and (c) is a result of measuring LDH. 実施例1、2で合成した複合化層状複水酸化物1(LDHNP(10nm))、複合化層状複水酸化物2(LDHNP(25nm))、及び、比較例1で合成した層状複水酸化物(LDH)のXRD測定結果を示した図である。(a)がLDHNP(10nm)を、(b)がLDHNP(25nm)を、(c)がLDHを測定した結果である。Composite layered double hydroxide 1 (LDHNP (10 nm)) synthesized in Examples 1 and 2, Composite layered double hydroxide 2 (LDHNP (25 nm)), and layered double hydroxide synthesized in Comparative Example 1 It is the figure which showed the XRD measurement result of the thing (LDH). (A) is a result of measuring LDHNP (10 nm), (b) is a result of measuring LDHNP (25 nm), and (c) is a result of measuring LDH. 実施例1、2で合成した複合化層状複水酸化物1(LDHNP(10nm))、複合化層状複水酸化物2(LDHNP(25nm))、及び、比較例1で合成した層状複水酸化物(LDH)のFTIR測定結果を示した図である。(a)がLDHNP(10nm)を、(b)がLDHNP(25nm)を、(c)がLDHを測定した結果である。Composite layered double hydroxide 1 (LDHNP (10 nm)) synthesized in Examples 1 and 2, Composite layered double hydroxide 2 (LDHNP (25 nm)), and layered double hydroxide synthesized in Comparative Example 1 It is the figure which showed the FTIR measurement result of the thing (LDH). (A) is a result of measuring LDHNP (10 nm), (b) is a result of measuring LDHNP (25 nm), and (c) is a result of measuring LDH. 実施例1で合成した複合化層状複水酸化物1(LDHNP(10nm))の13C−NMR測定結果を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a 13 C-NMR measurement result of a composite layered double hydroxide 1 (LDHNP (10 nm)) synthesized in Example 1. 実施例3で合成した複合化層状複水酸化物3のSEM測定結果を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing the SEM measurement result of the composite layered double hydroxide 3 synthesized in Example 3. 実施例3で合成した複合化層状複水酸化物3のXRD測定結果を示した図である。図右上の枠内は、複合化層状複水酸化物3粒子の粒径分布を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing an XRD measurement result of a composite layered double hydroxide 3 synthesized in Example 3. In the upper right frame of the figure, the particle size distribution of the composite layered double hydroxide 3 particles is shown. 実施例4で合成した複合化層状複水酸化物4のSEM測定結果を示した図である。6 is a diagram showing an SEM measurement result of a composite layered double hydroxide 4 synthesized in Example 4. FIG. 実施例4で合成した複合化層状複水酸化物4のXRD測定結果を示した図である。図右上の枠内は、複合化層状複水酸化物4粒子の粒径分布を示した図である。FIG. 6 is a view showing an XRD measurement result of the composite layered double hydroxide 4 synthesized in Example 4. In the upper right frame of the figure, the particle size distribution of the composite layered double hydroxide 4 particles is shown. 複合化層状複水酸化物(LDHNP)及び層状複水酸化物(LDH)のNO アニオン交換能評価の結果を示した図である。(a)がLDHNP(10nm)の、(b)がLDHNP(25nm)の、(c)がLDHの、(d)がLDHNP(10nm)−asの評価結果である。NO 3 composite layered double hydroxide (LDHNP) and layered double hydroxide (LDH) - A diagram showing the results of anion exchange capacity evaluation. (A) LDHNP (10 nm), (b) LDHNP (25 nm), (c) LDH, (d) LDHNP (10 nm) -as. 複合化層状複水酸化物(LDHNP)及び層状複水酸化物(LDH)のNO アニオン交換後の層構造の単位間隔(Basal Spacing)を測定した結果を示した図である。(a)がLDHNP(10nm)の、(b)がLDHNP(25nm)の、(c)がLDHの、(d)がLDHNP(10nm)−asの評価結果である。A diagram showing the results of unit intervals of the layer structure after anion exchange (Basal Spacing) was measured - NO 3 composite layered double hydroxide (LDHNP) and layered double hydroxides (LDH). (A) LDHNP (10 nm), (b) LDHNP (25 nm), (c) LDH, (d) LDHNP (10 nm) -as.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「重量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, “part” means “part by weight” and “%” means “mass%”.

実施例における各種測定は、以下の機器、方法により行った。
<電子顕微鏡(SEM)測定>
Hitachi S−4700 顕微鏡を用い、コロイド溶液又は粉末状のサンプルをエタノールに分散させ、カーボン被覆されたCuグリッドに滴下して測定した。
<FTIR測定>
Jasco FT/IR−4100を用い、KBrプレート法により測定した。
13C−NMR測定>
Chemagnetics CMX−300 Infinityを用い、76.5MHz、コンタクトタイム5.0m秒、繰り返し時間5秒で測定した。
<XRD測定>
Rigaku Smartlab diffractometerでCuKα線(45kV、200mA)を用いて測定した。
<元素分析>
Shimadzu ICPS−8100を用い、誘導結合プラズマ分析により測定した。
Various measurements in the examples were performed by the following equipment and methods.
<Electron microscope (SEM) measurement>
Using a Hitachi S-4700 microscope, a colloidal solution or a powder sample was dispersed in ethanol and dropped onto a carbon-coated Cu grid.
<FTIR measurement>
It was measured by KBr plate method using Jasco FT / IR-4100.
< 13C -NMR measurement>
The measurement was carried out using a Chemicals CMX-300 Infinity at 76.5 MHz, a contact time of 5.0 ms, and a repetition time of 5 seconds.
<XRD measurement>
Measurement was performed using a Rigaku Smartlab diffractometer using CuKα rays (45 kV, 200 mA).
<Elemental analysis>
Measurement was performed by inductively coupled plasma analysis using Shimadzu ICPS-8100.

実施例1(複合化層状複水酸化物1(LDHNP(10nm))の合成)
ポリプロピレン容器に、MgCl・6HOとAlCl・6HOと水を入れて、MgClが13.1mM、AlClが6.9mMの濃度となり、液量の合計が100mlとなるように混合した(水溶液1とする)。水溶液1とは別に、ビーカーに、トリスヒドロキシメチルアミノメタン(THAM)と水を入れ、トリスヒドロキシメチルアミノメタン(THAM)が2.0Mの濃度となり、液量の合計が100mlとなるように混合した(水溶液2とする)。水溶液1に、水溶液2を一度に添加し、混合した後、密閉したポリプロピレン容器中で、80℃で12時間静置して熟成させた。熟成後、生成した複合化層状複水酸化物が分散した溶液の一部をSEM測定に供した。残りの溶液を孔径0.2μmのメンブランフィルターで濾過した。得られた複合化層状複水酸化物をNaCO水溶液(0.5M)に再度分散させ、1時間攪拌し、層状複水酸化物の層間のアニオンを全てCO 2−に交換した。その後、再分散液を濾過した。得られた複合化層状複水酸化物を脱イオン水で洗浄と濾過を2回繰り返し、得られたゲル状の複合化層状複水酸化物を80℃で乾燥し、乳鉢中で細かく砕いて粉末状(粒子状)の複合化層状複水酸化物1(LDHNP(10nm))を得た。上記SEM測定結果を図2に、得られた複合化層状複水酸化物1のXRD測定結果を図3に示す。
また、FTIR測定結果を図4に示す。1087cm−1と1135cm−1のバンドは、それぞれ、M−O−C、C−C−Oの伸縮振動によるものであり、THAMがLDHNPの表面の内側や外側に配位していることを示唆する。
また、複合化層状複水酸化物1の13C−NMR測定結果を図5に示す。図5において、破線(i)〜(iv)は、シグナルの解析結果を示す。58.8ppm(iii)と70.6ppm(ii)のシグナルは、それぞれ、フリーのメチレン炭素(−CHO−)と、配位したTHAMのメチレン炭素とに帰属される。50.5ppm(iv)のシグナルは、アルコキサイド種として層状複水酸化物(LDH)に配位したTHAMの4級炭素(−CNH)に帰属される。168.3ppmのシグナルは、CO 2−の炭素に帰属される。
Example 1 (Synthesis of composite layered double hydroxide 1 (LDHNP (10 nm)))
In a polypropylene container, put MgCl 2 · 6H 2 O, AlCl 3 · 6H 2 O and water so that the concentration of MgCl 2 is 13.1 mM and AlCl 3 is 6.9 mM, and the total liquid volume is 100 ml. Mixed (referred to as aqueous solution 1). Separately from the aqueous solution 1, trishydroxymethylaminomethane (THAM) and water were put into a beaker and mixed so that the concentration of trishydroxymethylaminomethane (THAM) was 2.0 M and the total amount of liquid was 100 ml. (Referred to as aqueous solution 2). The aqueous solution 2 was added to the aqueous solution 1 at a time, mixed, and then allowed to stand at 80 ° C. for 12 hours in an airtight polypropylene container for aging. After aging, a part of the solution in which the produced composite layered double hydroxide was dispersed was subjected to SEM measurement. The remaining solution was filtered through a membrane filter having a pore size of 0.2 μm. The obtained composite layered double hydroxide was dispersed again in an aqueous Na 2 CO 3 solution (0.5 M) and stirred for 1 hour to exchange all the anions between the layers of the layered double hydroxide with CO 3 2− . Thereafter, the redispersion was filtered. The obtained composite layered double hydroxide was washed twice with deionized water and filtered twice, and the resulting gel composite layered double hydroxide was dried at 80 ° C. and finely crushed in a mortar. (Particulate) composite layered double hydroxide 1 (LDHNP (10 nm)) was obtained. The SEM measurement results are shown in FIG. 2, and the XRD measurement results of the obtained composite layered double hydroxide 1 are shown in FIG.
Moreover, the FTIR measurement result is shown in FIG. The 1087 cm -1 and 1135 cm -1 bands are due to the stretching vibrations of M-O-C and C-C-O, respectively, suggesting that THAM is coordinated inside and outside the surface of LDHNP. To do.
Moreover, the 13 C-NMR measurement result of the composite layered double hydroxide 1 is shown in FIG. In FIG. 5, broken lines (i) to (iv) indicate signal analysis results. The signals of 58.8 ppm (iii) and 70.6 ppm (ii) are attributed to the free methylene carbon (—CH 2 O—) and the coordinated THAM methylene carbon, respectively. The signal of 50.5 ppm (iv) is attributed to the quaternary carbon (—CNH 2 ) of THAM coordinated to the layered double hydroxide (LDH) as an alkoxide species. The signal of 168.3 ppm is attributed to the carbon of CO 3 2− .

実施例2(複合化層状複水酸化物2(LDHNP(25nm))の合成)
THAMの0.5M溶液を用い、水溶液中のMgClを15mM、AlClを5mMの濃度にした以外は、実施例1と同様にして複合化層状複水酸化物2(LDHNP(25nm)を合成した。複合化層状複水酸化物2のSEM測定結果を図2に、XRD測定結果を図3に示す。また、FTIR測定結果を図4に示す。
Example 2 (Synthesis of composite layered double hydroxide 2 (LDHNP (25 nm)))
A composite layered double hydroxide 2 (LDHNP (25 nm)) was synthesized in the same manner as in Example 1 except that a 0.5M THAM solution was used and the MgCl 2 concentration in the aqueous solution was 15 mM and the AlCl 3 concentration was 5 mM. The SEM measurement result of the composite layered double hydroxide 2 is shown in Fig. 2, the XRD measurement result is shown in Fig. 3, and the FTIR measurement result is shown in Fig. 4.

比較例1(層状複水酸化物(LDH)の合成)
ビーカーに、MgCl・6HOとAlCl・6HOと水を入れて、MgClが333mM、AlClが167mMの濃度となり、液量の合計が30mlとなるように混合した(水溶液3とする)。濃度が0.1Mで液量が50mlのNaCO水溶液に水溶液3を室温で滴下した。その間、溶液のpHが10に保たれるよう、2.0MのNaOH水溶液を適宜添加した。滴下終了後、溶液を80℃で12時間静置して熟成させた。析出した沈殿を濾紙で濾過し、水で洗浄し、80℃で乾燥して層状複水酸化物を得た。
得られた層状複水酸化物のSEM測定結果を図2に、XRD測定結果を図3に示す。また、FTIR測定結果を図4に示す。
実施例1、2で合成したLDHNP(10nm)、LDHNP(25nm)及び比較例1で合成したLDHの結晶子サイズ及び平均粒子サイズを表1に、成分組成(モル比)を表2に示す。
表1中、「Dhkl」は、[hkl]方向の結晶子サイズ(XRD測定で得られた[hkl]回折ピークから算出した結晶子サイズ)を表す。結晶子(一次粒子)がいくつか集まって形成された二次粒子の大きさがSEM測定による平均粒子サイズ(一般的な平均粒子径)に相当すると考えられる。
Comparative Example 1 (Synthesis of layered double hydroxide (LDH))
In a beaker, MgCl 2 · 6H 2 O, AlCl 3 · 6H 2 O and water were added, and mixed so that the concentration of MgCl 2 was 333 mM and AlCl 3 was 167 mM, and the total amount of the solution was 30 ml (aqueous solution 3 And). The aqueous solution 3 was added dropwise at room temperature to an aqueous Na 2 CO 3 solution having a concentration of 0.1 M and a liquid volume of 50 ml. In the meantime, a 2.0 M NaOH aqueous solution was appropriately added so that the pH of the solution was maintained at 10. After completion of dropping, the solution was allowed to stand at 80 ° C. for 12 hours for aging. The deposited precipitate was filtered with a filter paper, washed with water, and dried at 80 ° C. to obtain a layered double hydroxide.
The SEM measurement result of the obtained layered double hydroxide is shown in FIG. 2, and the XRD measurement result is shown in FIG. Moreover, the FTIR measurement result is shown in FIG.
Table 1 shows the crystallite size and average particle size of LDHNP (10 nm) and LDHNP (25 nm) synthesized in Examples 1 and 2 and LDH synthesized in Comparative Example 1, and Table 2 shows the component composition (molar ratio).
In Table 1, “D hkl ” represents the crystallite size in the [hkl] direction (crystallite size calculated from the [hkl] diffraction peak obtained by XRD measurement). The size of secondary particles formed by collecting several crystallites (primary particles) is considered to correspond to the average particle size (general average particle size) measured by SEM.

実施例3(複合化層状複水酸化物3の合成)
THAMの2.0M水溶液の代わりにL−リジンの1M水溶液を用いたこと以外は実施例1と同様にして複合化層状複水酸化物3を合成した。複合化層状複水酸化物3のSEM測定結果を図6に、XRD測定結果を図7に示す。D003とD110はそれぞれ9.7nm及び20.1nmであり、SEM測定による平均粒子サイズは47.9nmであった。
Example 3 (Synthesis of composite layered double hydroxide 3)
A composite layered double hydroxide 3 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that a 1M aqueous solution of L-lysine was used instead of the 2.0M aqueous solution of THAM. The SEM measurement result of the composite layered double hydroxide 3 is shown in FIG. 6, and the XRD measurement result is shown in FIG. D 003 and D 110 were 9.7 nm and 20.1 nm, respectively, and the average particle size by SEM measurement was 47.9 nm.

実施例4(複合化層状複水酸化物4の合成)
THAMの2.0M水溶液の代わりに2−アミノ−1,3−プロパンジオールの1M水溶液を用いたこと以外は実施例1と同様にして複合化層状複水酸化物4を合成した。複合化層状複水酸化物4のSEM測定結果を図8に、XRD測定結果を図9に示す。D003とD110はそれぞれ9.7nm及び20.7nmであり、SEM測定による平均粒子サイズは30.7nmであった。
Example 4 (Synthesis of composite layered double hydroxide 4)
A composite layered double hydroxide 4 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that a 1M aqueous solution of 2-amino-1,3-propanediol was used instead of the 2.0M aqueous solution of THAM. The SEM measurement result of the composite layered double hydroxide 4 is shown in FIG. 8, and the XRD measurement result is shown in FIG. D 003 and D 110 were 9.7 nm and 20.7 nm, respectively, and the average particle size by SEM measurement was 30.7 nm.

実施例5(複合化層状複水酸化物5(LDHNP(10nm)−as)の合成)
実施例1において、生成したLDHNPをNaCO水溶液(0.5M)に再度分散させ、層間のアニオンを全てCO 2−に交換する操作を行わなかった以外は、実施例1と同様にして複合化層状複水酸化物5(LDHNP(10nm)−as)を合成した。
Example 5 (Synthesis of composite layered double hydroxide 5 (LDHNP (10 nm) -as))
In Example 1, the produced LDHNP was dispersed again in an aqueous Na 2 CO 3 solution (0.5 M), and the same procedure as in Example 1 was performed, except that the operation of exchanging all the anions between the layers with CO 3 2− was not performed. Thus, composite layered double hydroxide 5 (LDHNP (10 nm) -as) was synthesized.

実施例6(アニオン交換能評価)
実施例1、2、5で合成した複合化層状複水酸化物1、2、5、及び、比較例1で合成した層状複水酸化物をそれぞれNaNOの1.0M水溶液に、2mg/mLの濃度となるように添加し、通常の大気雰囲気下で2時間攪拌した。その後、複合化層状複水酸化物1、2、5、及び、層状複水酸化物を濾過して回収し、水で2回、アセトンで1回洗浄して室温で乾燥させた。乾燥後の複合化層状複水酸化物1、2、5、及び、層状複水酸化物のNO イオンの量を元素分析により定量した。また、複合化層状複水酸化物1、2、5、及び、層状複水酸化物の層構造の単位間隔(Basal Spacing)をXRDにより測定した。同様の操作を、NaNO水溶液の濃度を2.5M、5.0M、10.0Mに変更して行った。
NO イオンの量の測定結果を図10に、NO イオン交換後の層構造の単位間隔(Basal Spacing)の測定結果を図11に示す。
なお、層構造の単位間隔(Basal Spacing)は、Basal Layer 1層+Interlayer 1層の幅に相当するものである。アニオン交換が起こっても、Basal Layerの幅は変化しないため、Basal Spacingが広がることは、Interlayer(層間)が広がることを意味すると考えられる。
図10では、NO /Al3+値を理論アニオン交換率として用い、THAMはアニオン交換の過程で失われないとして、その最小値をプロットした。NO /Al3+がとりうる値の幅は、プロット上方のエラーバーで表した。
図11において、LDH(Mg/Al=2)で、層間のアニオンが完全にNO で置換された場合のBasal Spacingは、0.89nmである。
Example 6 (Evaluation of anion exchange capacity)
The composite layered double hydroxides 1, 2, 5 synthesized in Examples 1, 2, 5 and the layered double hydroxide synthesized in Comparative Example 1 were each added to a 1.0 M aqueous solution of NaNO 3 at 2 mg / mL. The resulting solution was added to a concentration of 1, and stirred for 2 hours in a normal air atmosphere. Thereafter, the composite layered double hydroxides 1, 2, 5, and the layered double hydroxide were collected by filtration, washed twice with water and once with acetone, and dried at room temperature. The amount of NO 3 ions in the composite layered double hydroxide 1, 2, 5 and the layered double hydroxide after drying was quantified by elemental analysis. Further, the unit spacing (basal spacing) of the layer structure of the composite layered double hydroxides 1, 2, 5 and the layered double hydroxide was measured by XRD. The same operation was performed by changing the concentration of the NaNO 3 aqueous solution to 2.5M, 5.0M, and 10.0M.
NO 3 - in Figure 10 the measurement results of the amount of ions, NO 3 - Figure 11 shows the measurement results of the unit interval of a layer structure after ion exchange (Basal Spacing).
In addition, the unit interval (Basal Spacing) of the layer structure corresponds to the width of the Basal Layer 1 layer + Interlayer 1 layer. Even if anion exchange occurs, the width of Basal Layer does not change. Therefore, the expansion of Basal Spacing is considered to mean that the Interlayer (interlayer) is expanded.
In FIG. 10, NO 3 / Al 3+ value was used as the theoretical anion exchange rate, and THAM was not lost in the process of anion exchange, and the minimum value was plotted. NO 3 - width / Al 3+ is possible values are expressed in the plot above the error bars.
In FIG. 11, Basal Spacing when the anion between layers is completely substituted with NO 3 with LDH (Mg / Al = 2) is 0.89 nm.

実施例7(有害オキシアニオンの除去性能評価)
NaHAsO・7H2O、NaSeOをそれぞれ水に溶解した溶液、及び、原子吸光分析用のホウ素の標準溶液を有害オキシアニオン溶液とした。
HAsO 2−及びSeO 2−溶液は、ともにpH8であった。ホウ素溶液は、1MNaOH溶液を用いてpH11に調整した。この条件では、ホウ素は、主に(BOH) として存在している。実施例5で合成した複合化層状複水酸化物5(LDHNP(10nm)−as)を有害オキシアニオン溶液に添加して室温で2時間攪拌し、有害オキシアニオンとのアニオン交換(有害オキシアニオンの吸着除去)を行った。その後、複合化層状複水酸化物を孔径0.2μmのメンブランフィルターで濾過して回収し、各アニオンの濃度をICPで測定した。比較例1の層状複水酸化物(LDH)を有害オキシアニオン溶液に添加して同様の操作を行い、各アニオンの濃度をICPで測定した。測定は、有害オキシアニオン溶液中でのLDHNP(10nm)−as、LDHの濃度がそれぞれ0.01質量%、0.10質量%、1.0質量%となるように添加量を調整して行った。結果を表3に示す。
Example 7 (Evaluation of removal performance of harmful oxyanions)
A solution prepared by dissolving Na 2 HAsO 4 .7H 2 O and Na 2 SeO 4 in water and a standard solution of boron for atomic absorption analysis were used as harmful oxyanion solutions.
Both the HAsO 4 2- and SeO 4 2- solutions had a pH of 8. The boron solution was adjusted to pH 11 using 1M NaOH solution. In this condition, boron is mainly (BOH) 4 - are present as. The composite layered double hydroxide 5 (LDHNP (10 nm) -as) synthesized in Example 5 was added to the harmful oxyanion solution and stirred at room temperature for 2 hours, and anion exchange with the harmful oxyanion (of harmful oxyanion was performed). Adsorption removal). Thereafter, the composite layered double hydroxide was recovered by filtration through a membrane filter having a pore size of 0.2 μm, and the concentration of each anion was measured by ICP. The same operation was performed by adding the layered double hydroxide (LDH) of Comparative Example 1 to the harmful oxyanion solution, and the concentration of each anion was measured by ICP. The measurement is performed by adjusting the addition amount so that the concentrations of LDHNP (10 nm) -as and LDH in the harmful oxyanion solution are 0.01% by mass, 0.10% by mass and 1.0% by mass, respectively. It was. The results are shown in Table 3.

表1及び実施例3、4の結果から、実施例1〜4の複合化層状複水酸化物(LDHNP)では、比較例1の層状複水酸化物(LDH)に比べて、結晶子サイズ及び平均粒子サイズが小さいことが確認された。XRD測定結果から、実施例1〜4の複合化層状複水酸化物(LDHNP)、及び、比較例1の層状複水酸化物(LDH)は、いずれもMgAl型LDHであることが確認されたことから、THAMの作用により結晶子サイズ及び平均粒子サイズが小さくなったことが示された。また、複合化層状複水酸化物、特に、複合化層状複水酸化物1(LDHNP(10nm))のXRD測定における[003]回折ピーク位置から求められる格子面間隔(d003値)が層状複水酸化物(LDH)の値よりも大きくなっており、THAMが層状複水酸化物の外側だけでなく、層間にも存在していることが示唆される。
表2の元素分析の結果をみると、LDHのMg/Al比は、約2であり、これは、LDH層に入るAl3+の上限の値であり、LDHは最も高いアニオン交換容量を有している。LDHのアニオン交換容量の理論値は、ブルーサイト層中のAl3+の量に対応しており、複合化層状複水酸化物2(LDHNP(25nm))、及び、層状複水酸化物(LDH)中のCO 2−の量は、Al3+の量から見積もられる量とほぼ同じである。一方、複合化層状複水酸化物1(LDHNP(10nm))の場合には、CO 2−の量は、Al3+の量から見積もられる量よりも多い。これは、THAMのアミノ基及び/又は複合化層状複水酸化物の末端の壊れた結合に由来する付加的なアニオン交換サイトが生成したためであると考えられる。
From the results of Table 1 and Examples 3 and 4, in the composite layered double hydroxide (LDHNP) of Examples 1 to 4, compared to the layered double hydroxide (LDH) of Comparative Example 1, the crystallite size and It was confirmed that the average particle size was small. From the XRD measurement results, it was confirmed that the composite layered double hydroxide (LDHNP) of Examples 1 to 4 and the layered double hydroxide (LDH) of Comparative Example 1 were both MgAl type LDH. From this, it was shown that the crystallite size and the average particle size were reduced by the action of THAM. In addition, the lattice spacing (d 003 value) obtained from the [003] diffraction peak position in the XRD measurement of the composite layered double hydroxide 1, particularly the composite layered double hydroxide 1 (LDHNP (10 nm)) is layered composite. It is larger than the value of hydroxide (LDH), suggesting that THAM exists not only outside the layered double hydroxide but also between the layers.
Looking at the results of elemental analysis in Table 2, the Mg / Al ratio of LDH is about 2, which is the upper limit value of Al 3+ entering the LDH layer, and LDH has the highest anion exchange capacity. ing. The theoretical value of the anion exchange capacity of LDH corresponds to the amount of Al 3+ in the brucite layer, and is a composite layered double hydroxide 2 (LDHNP (25 nm)) and a layered double hydroxide (LDH). The amount of CO 3 2− is almost the same as the amount estimated from the amount of Al 3+ . On the other hand, in the case of the composite layered double hydroxide 1 (LDHNP (10 nm)), the amount of CO 3 2− is larger than the amount estimated from the amount of Al 3+ . This is thought to be due to the formation of additional anion exchange sites derived from THAM amino groups and / or broken bonds at the ends of the composite layered double hydroxide.

THAMの2.0M水溶液の代わりにL−リジンの1M水溶液や2−アミノ−1,3−プロパンジオールの1M水溶液を用いて製造した複合化層状複水酸化物3や複合化層状複水酸化物4においても、結晶子サイズ及び平均粒子サイズは、層状複水酸化物(LDH)に比べて小さくなっている。複合化層状複水酸化物3又は4の製造時には、pHを9.6〜10.1(THAMを用いた場合と近い値)に保っていたにもかかわらず、複合化層状複水酸化物のサイズはTHAMを用いた場合よりも大きく、XRDパターンではTHAMを用いた複合化層状複水酸化物1や2よりもシャープなピークが観測された。この結果から、THAMを用いて得られた複合化層状複水酸化物で結晶子サイズや平均粒子サイズが小さくなったのは、THAMのpHのバッファとしての作用よりも、THAMがLDHに配位してLDHの凝集を抑制したことによる影響が大きいと考えられる。 Composite layered double hydroxide 3 or composite layered double hydroxide produced using 1M aqueous solution of L-lysine or 1M aqueous solution of 2-amino-1,3-propanediol instead of 2.0M aqueous solution of THAM In FIG. 4, the crystallite size and the average particle size are smaller than those of the layered double hydroxide (LDH). When the composite layered double hydroxide 3 or 4 was produced, the pH of the composite layered double hydroxide was kept at 9.6 to 10.1 (a value close to that when THAM was used). The size was larger than when THAM was used, and sharper peaks were observed in the XRD pattern than in the composite layered double hydroxides 1 and 2 using THAM. From this result, the crystallite size and average particle size of the composite layered double hydroxide obtained using THAM were reduced because THAM coordinated to LDH rather than acting as a pH buffer for THAM. Therefore, it is considered that the influence by suppressing the aggregation of LDH is great.

図10に示したNO アニオンの交換能評価の結果から、層状複水酸化物(LDH)では、NO アニオンとの交換はほとんど進まないのに対し、複合化層状複水酸化物(LDHNP)では、アニオン交換が進行することが確認された。NaNO 10M溶液の場合で比較すると、アニオン交換能は、複合化層状複水酸化物1(LDHNP(10nm))が48%、複合化層状複水酸化物2(LDHNP(25nm))が36%、複合化層状複水酸化物5(LDHNP(10nm)−as)が73%であり、アニオンとしてClとCO 2−とを含む複合化層状複水酸化物5(LDHNP(10nm)−as)が最も高いアニオン交換能を有する結果となった。
図11の層構造の単位間隔(Basal Spacing)のグラフにおいて、複合化層状複水酸化物(LDHNP)では、層状複水酸化物(LDH)よりもBasal Spacingが広がっており、層間にTHAMが配位しているものと考えられる。LDHNP(10nm)と、LDHNP(10nm)−asについて、1M NaNO溶液の場合に層間距離が低下しているのは、層間に存在するTHAMがイオン交換操作中にLDH表面から脱着し、層間から抜けていった可能性が考えられる。
From exchange capacity evaluation results of the anion, the layered double hydroxide (LDH), NO 3 - - NO 3 shown in FIG. 10 while not proceed little exchange with anion, composite layered double hydroxides ( In LDHNP), it was confirmed that anion exchange proceeds. Compared with the case of NaNO 3 10M solution, the anion exchange capacity was 48% for the composite layered double hydroxide 1 (LDHNP (10 nm)) and 36% for the composite layered double hydroxide 2 (LDHNP (25 nm)). , Composite layered double hydroxide 5 (LDHNP (10 nm) -as) is 73%, and composite layered double hydroxide 5 (LDHNP (10 nm) -as) containing Cl and CO 3 2− as anions is used. ) Resulted in the highest anion exchange capacity.
In the graph of the unit spacing (Basal Spacing) of the layer structure in FIG. 11, in the composite layered double hydroxide (LDHNP), Basal Spacing spreads more than the layered double hydroxide (LDH), and THAM is arranged between the layers. It is thought that it is ranked. Regarding LDHNP (10 nm) and LDHNP (10 nm) -as, the interlayer distance decreases in the case of 1M NaNO 3 solution because the THAM present between the layers is desorbed from the LDH surface during the ion exchange operation, There is a possibility that it was missing.

表3の有害オキシアニオンの除去性能評価結果から、複合化層状複水酸化物(LDHNP)は、層状複水酸化物(LDH)に比べて優れた有害オキシアニオンの除去性能を有することが確認された。LDHNP(10nm)−asを用いたAs及びSeの吸着後の値は、いずれも検出限界以下であった。検出限界は、ブランク試料の応答の3.3σにより決定した。LDHNP(10nm)−asを用いたBの吸着後の値は、吸着を連続で2回行った後の値である。1回目の吸着後の値は、22.5ppm(77.8%除去)であった。 From the results of evaluating the removal performance of harmful oxyanions in Table 3, it was confirmed that the composite layered double hydroxide (LDHNP) has an excellent removal performance of harmful oxyanions compared to the layered double hydroxide (LDH). It was. The values after adsorption of As and Se using LDHNP (10 nm) -as were both below the detection limit. The detection limit was determined by 3.3 s of the blank sample response. The value after adsorption of B using LDHNP (10 nm) -as is the value after the adsorption is carried out twice continuously. The value after the first adsorption was 22.5 ppm (77.8% removal).

(1):層構造(Basal Layer)
(2):層間部分(Interlayer)
(A):OH
(B):2価金属イオン
(C):3価金属イオン
(D):アニオン(An−
(E):水(HO)
(1): Layer structure (Basal Layer)
(2): Interlayer part
(A): OH
(B): Divalent metal ion (C): Trivalent metal ion (D): Anion (A n− )
(E): Water (H 2 O)

Claims (5)

下記一般式(1);
2+ 1−x3+ (OH)n− x/n・yHO (1)
(式中、Mは、2価イオンとなる金属原子を表し、Lは、3価イオンとなる金属原子を表す。An−は、n価のアニオンを表す。xは、0<x<1の数を表し、yは、0以上の数を表す。nは、1〜3の数を表す。)で表される層状複水酸化物に、下記一般式(2);
(XR C(R 4−m (2)
(式中、Xは、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、又は、シラノール基を表す。R は、炭素数1〜4の2価の炭化水素基を表す。R は、水素原子、水酸基、アミノ基、炭素数1〜4の1価の炭化水素基、カルボキシル基を表す。mは、2以上の整数を表す。)で表される構造の多官能化合物由来の構造部位が、該官能基由来の結合部位で結合していることを特徴とする複合化層状複水酸化物。
The following general formula (1);
M 2+ 1-x L 3+ x (OH) 2 A n- x / n · yH 2 O (1)
(In the formula, M represents a metal atom to be a divalent ion, L represents a metal atom to be a trivalent ion, and A n− represents an n-valent anion. X represents 0 <x <1. Y represents a number of 0 or more, and n represents a number of 1 to 3.) In the layered double hydroxide represented by the following general formula (2);
(XR 1 ) m C (R 2 ) 4-m (2)
(In the formula, X represents a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, a carboxyl group, or a silanol group. R 1 represents a divalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms. R 2 represents a hydrogen atom. , A hydroxyl group, an amino group, a monovalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and a carboxyl group, and m represents an integer of 2 or more). A composite layered double hydroxide characterized by being bonded at a binding site derived from the functional group.
前記一般式(1)中のMは、Mg、Ca、Sr、Ba、Mn、Co、Ni、Cu、Znからなる群より選択される少なくとも1種の金属原子であり、Lは、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Cr、Fe、Al、Ga、Inからなる群より選択される少なくとも1種の金属原子であることを特徴とする請求項1に記載の複合化層状複水酸化物。 M in the general formula (1) is at least one metal atom selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Mn, Co, Ni, Cu, and Zn, and L is Sc, Y 2. The composite layered double hydroxide according to claim 1, which is at least one metal atom selected from the group consisting of La, Ce, Pr, Nd, Cr, Fe, Al, Ga, and In. object. 前記多官能化合物は、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、シラノール基からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を3つ以上有する化合物であることを特徴とする請求項1又は2に記載の複合化層状複水酸化物。 The polyfunctional compound is a compound having at least three functional groups selected from the group consisting of a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, a carboxyl group, and a silanol group. The composite layered double hydroxide described in 1. 前記複合化層状複水酸化物は、平均粒子径が50nm以下の粒子状の形状であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の複合化層状複水酸化物。 The composite layered double hydroxide according to any one of claims 1 to 3, wherein the composite layered double hydroxide has a particle shape having an average particle diameter of 50 nm or less. 複合化層状複水酸化物を製造する方法であって、該製造方法は、
2価イオンとなる金属原子の単体及び/又は化合物、3価イオンとなる金属原子の単体及び/又は化合物、並びに、下記一般式(2);
(XR C(R 4−m (2)
(式中、Xは、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基、又は、シラノール基を表す。R は、炭素数1〜4の2価の炭化水素基を表す。R は、水素原子、水酸基、アミノ基、炭素数1〜4の1価の炭化水素基、カルボキシル基を表す。mは、2以上の整数を表す。)で表される構造の官能基含有化合物を溶液中で混合する工程と、
該混合して得られた溶液を加熱する工程とを含む
ことを特徴とする複合化層状複水酸化物の製造方法。
A method for producing a composite layered double hydroxide, the production method comprising:
Simple substance and / or compound of a metal atom to be a divalent ion, simple substance and / or compound of a metal atom to be a trivalent ion, and the following general formula (2);
(XR 1 ) m C (R 2 ) 4-m (2)
(In the formula, X represents a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, a carboxyl group, or a silanol group. R 1 represents a divalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms. R 2 represents a hydrogen atom. , A hydroxyl group, an amino group, a monovalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms and a carboxyl group, m represents an integer of 2 or more) and a functional group-containing compound having a structure represented by And a process of
And a step of heating the solution obtained by mixing. A method for producing a composite layered double hydroxide, comprising:
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