一种人造矿物的制造方法及人造矿物技术

本发明专利技术是一种人造矿物的制造方法，将含有一种或多种金属元素的无定形前体凝胶在规定条件下通过加热加压的合成反应进行结晶，在所述合成反应之前，将所述无定形前体凝胶冷冻并干燥。通过冷冻所述无定形前体凝胶，无定形前体凝胶中的基本单元的聚集状态被固定，因此，将该无定形前体凝胶干燥、结晶时，可以得到具有规定晶体结构的人造矿物。有规定晶体结构的人造矿物。有规定晶体结构的人造矿物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种人造矿物的制造方法及人造矿物


[0001]本专利技术涉及一种人造矿物的制造方法及人造矿物。

技术介绍

[0002]人造矿物是将无定形前体凝胶通过析出沉淀法、水热合成法、溶剂热法、干凝胶转化法、煅烧法等方法进行结晶而制造(合成)的。通过结晶，能够得到颗粒状、薄膜状等形式的人造矿物。
[0003]无定形前体凝胶由含有金属元素作为主要成分、半导体元素和非金属元素作为其他成分的原料以及如pH调节剂、表面活性剂、高分子化合物和被称为结构导向剂的有机阳离子等决定人造矿物的晶体结构和细孔结构等各种材料构成。为了得到具有所需物理性质的人造矿物，重要的是适当设置前体凝胶原料中所含的成分、其他材料的种类、混合比例、混合方法等。
[0004]矿物晶体由称为基本单元或簇的最小单元结构的重复结构组成。人们发现，在无定形前体凝胶中已经形成了矿物晶体的最小单元结构，并认为在对无定形前体凝胶进行加热、加压的过程中，与晶体的最小单元结构配位的水分子和溶剂分子脱去，并进行结晶。
[0005]例如，非专利文献1中记载了，对以MoO4(H2AsO4)2为基本单元的人造矿物进行利用同步辐射的原位XAFS(X射线吸收精细结构)分析的结果是，所述基本单元的立体结构由以钼为中心的六配位八面体和以砷为中心的四配位四面体组成，该基本单元的立体结构也在无定形前体凝胶中形成。基本单元的大小为0.1纳米左右，因此通过利用了XAFS的分析，已经发现0.1纳米尺度上的元素的排列和配置在前体凝胶中大致确定。
[0006]另外，关于合成沸石，有关于从前体凝胶结晶的过程的报道，例如通过采用了NMR的分析(非专利文献2)、或者采用了原位SAXS(小角X射线散射)和WAXS(广角X射线散射)的分析(非专利文献3)，已经报道了在前体凝胶中形成有沸石晶体的几纳米尺度的最小单元结构(处于多个基本单元聚集的状态的结构)。在通过NMR、SAXS、WAXS的分析中，几纳米尺度的结构变得清楚。因此，尽管0.1纳米尺度的基本单元中的元素的排列和配置并不清楚，但可知基本单元是在前体凝胶中形成的、基本单元彼此如何聚集以及如何结晶的。人们发现，由于在基本单元(0.1纳米尺度)彼此聚集的状态的几纳米尺度的结构中会出现相当大的任意性，因此在大量基本单元有序地排列配置并形成最终的晶体结构的过程中有很多不确定因素。
[0007]由于在前体凝胶阶段已经形成了矿物晶体的0.1纳米尺度的基本单元，因此通过在保持该基本单元中的元素的排列和配置的同时进行结晶，在一定程度上应该能够得到具有所需晶体结构的人造矿物。但是，在无定形的前体凝胶中，基本单元的聚集状态不稳定且不唯一。因此，即使前体凝胶的原料中所含的元素的种类、混合比例、或其他材料的种类、添加量相同，也会存在前体凝胶中的基本单元的聚集状态根据前体凝胶的制备温度、制备时间、制备量(制造规模)、从制备前体凝胶后到开始结晶过程为止的时间等而变化，并且所得到的人造矿物的物理性质不稳定的问题。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1：国际公开第WO2004/040635A1
[0011]专利文献2：日本特开2013
‑
129590号公报
[0012]非专利文献
[0013]非专利文献1：Atsushi Mizusawa，“XAFS Investigations ofHydrothermal Processes”，综合研究研究生院大学，学位论文，2004年
[0014]非专利文献2：Chil
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Hung Cheng and Daniel F.Schantz，29Si NMR Studies ofZeolite Precursor Solutions，J.Phys.Chem.B 2006，110313
‑
318
[0015]非专利文献3：P.P.E.A.D.Moor等，Imaging theAssembly Process ofthe Organic
‑
Mediated Synthesis ofa Zeolite，Chem.Eur.J，1999，5，No.7，2083
[0016]非专利文献4：以有机硅烷作为Si源的SAPO系沸石催化剂的开发、化学工学会年会研究发表讲演要旨集、2016年3月13日
[0017]非专利文献5：Defect engineering to boost catalytic activity ofBeta zeolite on low
‑
densitypolyethylene cracking.Materials Today Sustainability，Available online 27December 2021，100098

技术实现思路

[0018]专利技术要解决的技术问题
[0019]本专利技术要解决的技术问题是稳定地得到具有规定晶体结构和物理性质的人造矿物。
[0020]解决问题的技术手段
[0021]本专利技术是一种人造矿物的制造方法，将含有一种或多种金属元素的无定形前体凝胶在规定条件下通过加热加压的合成反应进行结晶，其特征在于，
[0022]在所述合成反应之前，将所述无定形前体凝胶冷冻并干燥。
[0023]通过冷冻无定形前体凝胶，该无定形前体凝胶中的基本单元的聚集状态被固定。因此，将冷冻后的无定形前体凝胶干燥，并通过随后的处理，如在室温下通过pH调节进行沉淀、加湿、加热、加压等而结晶时，可以得到具有均匀晶体结构的人造矿物。需要说明的是，为了将无定形前体凝胶中的基本单元的聚集状态固定在获得具有所需晶体结构的人造矿物所必需的状态，重要的是在适当的时机且在适当的条件下将无定形前体凝胶冷冻。冷冻的时机条件可以通过实验确定。这里，冷冻条件是指冷冻温度、冷冻速度、冷冻时间等。
[0024]在本专利技术中，为了固定无定形前体凝胶中的基本单元的聚集状态，优选在尽可能短的时间内(即，快速地)冷冻无定形前体凝胶，作为快速冷冻的方法，可以列举例如将装有无定形前体凝胶的容器浸入液氮中的方法。另外，无定形前体凝胶的冷冻和干燥可以采用不同的装置进行，也可以采用冷冻干燥机等一个装置进行。
[0025]在本专利技术的制造方法中，作为所述合成反应，可以采用选自析出沉淀法、水热合成法、溶剂热法、干凝胶转化法、原子植入法、煅烧法中的方法。
[0026]另外，在本专利技术的人造矿物的制造方法中，所述无定形前体凝胶含有选自钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、镧系元素、铪、钽、
钨、铼、锇中的一种或多种元素；
[0027]在所述无定形前体凝胶中，该无定形前体凝胶中所含的元素采取以六配位八面体为单元结构的配位结构，至少一部分单元结构可以为不均匀的六配位八面体，其中六个配体中的两个配体与其它四个配体不同。
[0028]进一步，在本专利技术的人造矿物的制造方法中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种人造矿物的制造方法，将含有一种或多种金属元素的无定形前体凝胶在规定条件下通过加热加压的合成反应进行结晶，其中，在所述合成反应之前，在规定条件下将所述无定形前体凝胶冷冻并干燥。2.根据权利要求1所述的人造矿物的制造方法，其中，所述规定条件是所述无定形前体凝胶中的基本单元的聚集状态被固定的条件。3.根据权利要求1或2所述的人造矿物的制造方法，其中，所述合成反应是选自析出沉淀法、水热合成法、溶剂热法、干凝胶转化法、原子植入法、煅烧法中的方法。4.根据权利要求1至3中任一项所述的人造矿物的制造方法，其中，所述无定形前体凝胶含有选自钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、镧系元素、铪、钽、钨、铼、锇中的一种或多种元素；在所述无定形前体凝胶中，该无定形前体凝胶中所含的元素采取以六配位八面体为单元结构的配位结构，至少一部分单元结构为不均...

【专利技术属性】
技术研发人员：水沢厚志，
申请(专利权)人：ACBiode株式会社，
类型：发明
国别省市：