KR-102960832-B1 - 이온 교환된 하이드로탈사이트의 제조 방법

Abstract

본 발명은 이온 교환된 하이드로탈사이트의 제조 방법으로서, 번잡한 공정을 수반하지 않고 또한 대규모의 설비도 필요로 하지 않고, 하이드로탈사이트를, 부생물 등의 생성을 억제하면서 이온 교환할 수 있는, 신규의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 이온 교환된 하이드로탈사이트(3)의 제조 방법은, 분말상 또는 페이스트상의 하이드로탈사이트(1)와 산(2)을 포함하는 산 수용액을, 혼합 후의 수분량이 10 내지 60질량%의 범위 내가 되도록 혼합해서 반응시키는 제1 공정과, 상기 제1 공정에서 얻어진 반응물을, 세정 공정을 거치지 않고 건조시켜서 분쇄하는 제2 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Inventors

• 구로기, 유스케
• 니시무라, 히로시

Assignees

• 세토라스 홀딩스 가부시키가이샤

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20220916

Priority Date

20211110

Claims (8)

1. 이온 교환된 하이드로탈사이트의 제조 방법으로서, 분말상 또는 페이스트상의 하이드로탈사이트와 산 수용액을, 혼합 후의 수분량이 10 내지 60질량%의 범위 내가 되도록 혼합해서 반응시키는 제1 공정과, 상기 제1 공정에서 얻어진 반응물을, 세정 공정을 거치지 않고 건조시켜서 분쇄하는 제2 공정 을 포함하며, 상기 분말상 또는 페이스트상의 하이드로탈사이트의 수분량이 0 내지 60질량%의 범위 내이고, 상기 분말상 또는 페이스트상의 하이드로탈사이트가 하기 식 (1)로 표시되는 하이드로탈사이트인 것을 특징으로 하는, 상기 제조 방법. M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2 A n- x/n ·mH 2 O (1) (식 중, M 2+ 는 2가의 금속 이온, M 3+ 는 3가의 금속 이온, A n- 는 CO 3 2- 를 나타내고, x는 0.18≤x≤0.4를 충족하는 수를 나타내고, n은 1 내지 4의 정수를 나타내고, m은 0≤m≤5를 충족하는 수를 나타낸다.)
2. 제1항에 있어서, 상기 식 (1) 중의 M 2+ 가 Mg 2+ 및 Zn 2+ 중 적어도 1종의 금속 이온이고, M 3+ 가 Al 3+ 인 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 산 수용액에 포함되는 산이 무기산, 무기산염류, 유기산 및 유기산염류로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 산인 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산 수용액의 수분량이 10 내지 70질량%의 범위 내인 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 공정은, 상기 분말상 또는 페이스트상의 하이드로탈사이트에 대하여 상기 산 수용액을 투입하는 공정을 더 포함하고, 상기 산 수용액의 투입 속도가, 하이드로탈사이트의 질량에 대하여 0.5 내지 710질량%/분인 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
6. 삭제
7. 삭제
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Description

이온 교환된 하이드로탈사이트의 제조 방법 본 발명은 이온 교환된 하이드로탈사이트의 제조 방법에 관한 것이다. 일반적으로, 2종류의 물질을 혼합하는 경우, 분체(고체)끼리의 혼합보다 액체(슬러리)끼리의 혼합 쪽이 균일하게 분산하기 쉽기 때문에, 보다 균일한 혼합물을 얻을 수 있다. 이것은 하이드로탈사이트류 화합물(이하, 단순히 「하이드로탈사이트」라고 칭한다.)의 이온 교환(인터칼레이션)에 있어서도 마찬가지이며, 하이드로탈사이트를 충분히 이온 교환하기 위해서는, 액체끼리로 혼합하여, 반응시킬 필요가 있다고 상식적으로 생각되고 있다. 하이드로탈사이트를 이온 교환하는 일반적인 방법, 즉 이온 교환된 하이드로탈사이트의 일반적인 제조 방법으로서는, 재구축법, 이온 교환법 및 공침법의 3개의 방법이 알려져 있고, 호스트 물질로서의 하이드로탈사이트와 게스트 물질(인터칼레이션되는 물질)의 조합 등에 따라서 적절한 방법이 선택된다. 여기서, 재구축법이란, 하이드로탈사이트를 미리 고온에서 소성하여, 하이드로탈사이트로부터 탄산 및 층간수의 적어도 일부를 탈리시켜 얻은 열분해물을, 물 등의 용매 중에서 게스트 물질과 공존시킴으로써, 열분해물이 하이드로탈사이트로 되돌아갈 때에 게스트 물질을 층간에 도입시키는 방법이다. 구체적으로는, 하이드로탈사이트를 고온에서 소성하는 공정과, 하이드로탈사이트의 열분해물을 물 등의 용매 중에서 게스트 물질과 공존시킴으로써 양자를 반응시키는 공정과, 고체의 반응 생성물을 반응액으로부터 분리하는 공정과, 분리한 고체의 반응 생성물을 건조시켜서 분쇄하는 공정을 포함하는 방법이다. 또한, 이온 교환법이란, 하이드로탈사이트와 음이온성의 게스트 물질을 용매 중에서 혼합함으로써, 하이드로탈사이트의 층간에 게스트 물질을 인터칼레이트하는 방법이다. 구체적으로는, 하이드로탈사이트를 용매에 현탁하는 공정과, 하이드로탈사이트의 현탁액(슬러리)에 음이온성의 게스트 물질을 포함하는 용액을 적하함으로써 양자를 반응시키는 공정과, 고체의 반응 생성물을 반응액으로부터 분리하는 공정과, 분리한 고체의 반응 생성물을 건조시켜서 분쇄하는 공정을 포함하는 방법이다. 이러한 이온 교환법의 일례로서, 예를 들어 특허문헌 1에는, 탄산 이온형의 층상 복수 산화물(LDH)을 출발 물질로서, 적은 종류 및 양의 시약을 사용해서 간편 또한 신속하게 탈탄산 이온 반응을 행함으로써, 결정 외형, 결정 구조 및 결정성을 유지한 채, 음이온 교환성이 우수한 LDH를 제조할 수 있는 방법이 제안되고 있다. 그리고, 공침법이란, 게스트 물질을 수중에 용해 또는 현탁시킨 액 중에, 하이드로탈사이트의 원료인 2가 금속 이온염의 용액과 3가 금속 이온염의 용액을 적하함으로써, 게스트 물질을 포함한 하이드로탈사이트를 합성하는 방법이다. 도 1은 본 발명의 제조 방법의 제1 공정에서의, 호스트 물질로서의 하이드로탈사이트와, 게스트 물질로서의 산과의 이온 교환 반응을 설명하기 위한 모식도이다. 이하, 본 발명의 이온 교환된 하이드로탈사이트의 제조 방법(이하, 단순히 「본 발명의 제조 방법」이라 칭하는 경우가 있다.)에 대해서 상세히 설명한다. [제조 방법] 본 발명의 제조 방법은, 분말상 또는 페이스트상의 하이드로탈사이트와 산 수용액을, 혼합 후의 수분량이 10 내지 60질량%의 범위 내가 되도록 혼합해서 반응시키는 제1 공정과, 해당 제 1 공정에서 얻어진 반응물을, 세정 공정을 거치지 않고 건조시켜서 분쇄하는 제2 공정을 포함하는 제조 방법이다. 본 발명의 제조 방법은, 제1 공정에 있어서, 분말상 또는 페이스트상의 하이드로탈사이트와 산 수용액을, 혼합 후의 수분량이 10 내지 60질량%의 범위 내가 되도록 혼합해서 반응시킴으로써, 종래의 재구축법이나 이온 교환법, 공침법에 있어서 불가결했던, 하이드로탈사이트의 소성 공정이나 여과 공정, 반응 후의 세정 공정 등의 번잡한 공정이나 대규모의 설비를 필요로 하지 않고, 하이드로탈사이트를, 부생물 등의 생성을 억제하면서, 충분히 이온 교환할 수 있다. 또한, 종래의 방법으로는, 목적으로 하는 이온 교환량에 대하여, 과잉량의 게스트 물질이 필요했지만, 본 발명의 제조 방법은, 목적으로 하는 이온 교환량에 대하여 등량의 게스트 물질로 충분히 이온 교환할 수 있기 때문에(즉, 목적으로 하는 이온 교환량에 대하여, 필요한 게스트 물질이 등량이기 때문에), 이온 교환량의 제어가 용이한 데다가, 과잉량의 게스트 물질이나 유기 용매의 잔사가 발생하기 어려워져서, 결과적으로 환경 부하를 저감할 수 있고, 생산 비용에도 우수하다고 하는 이점이 있다. 또한, 본 발명의 제조 방법은, 물에 불용인 음이온의 이온 교환도 가능하기 때문에, 각종 용도에 따른 다양한 특수품을 생산할 수 있다는 이점도 있다. 이하, 본 발명의 제조 방법의 각 공정에 대해서 설명한다. [제1 공정] 본 발명의 제조 방법에 있어서, 제1 공정은 분말상 또는 페이스트상의 하이드로탈사이트와 산 수용액을, 혼합 후의 수분량이 10 내지 60질량%의 범위 내가 되도록 혼합해서 반응시키는 공정이다. 구체적으로는, 제1 공정은 다음과 같은 수순으로 행해진다. 즉, 소정량의 분말상 또는 페이스트상의 하이드로탈사이트를 임의의 교반 수단을 구비한 반응 용기 내에 공급하고, 교반하면서, 여기에 소정량의 산 수용액을 투입하고, 반응 용기 내의 내용물을 소정 시간 혼합함으로써, 호스트 물질로서의 하이드로탈사이트와, 게스트 물질로서의 산을 이온 교환 반응시킨다. 이 제1 공정에 있어서는, 하이드로탈사이트와 산 수용액의 혼합물 수분량이 혼합물의 전체 질량(100질량%)에 대하여 10 내지 60질량%의 범위 내가 되도록, 하이드로탈사이트의 함수량 및 공급량, 산 수용액의 수분 농도(즉, 수분량) 및 첨가량, 그리고 필요에 따라 추가의 수분량등을 조정할 필요가 있다. 분말상 또는 페이스트상의 하이드로탈사이트와 산 수용액의 혼합 후의 수분량은, 바람직하게는 20 내지 60질량%의 범위 내이다. 또한, 본 명세서에 있어서 「혼합 후의 수분량이 10 내지 60질량%의 범위 내」란, 「혼합물에 포함되는 수분량이 혼합물의 전체 질량(100질량%)에 대하여 10 내지 60질량%의 범위 내」인 것을 의미한다. 여기서, 도 1은 본 발명의 제조 방법의 제1 공정에서의, 호스트 물질로서의 하이드로탈사이트와, 게스트 물질로서의 산과의 이온 교환 반응을 설명하기 위한 모식도이다. 또한, 도 1에 도시한 이온 교환 반응은, 본 발명의 제조 방법에 있어서의 제1 공정의 일례에 지나지 않으며, 본 발명에 사용되는 하이드로탈사이트 및 산 수용액의 종류 등은, 이 도 1에 도시한 것에 한정되지 않는다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 공정에 있어서는, 호스트 물질로서의 하이드로탈사이트(1)와, 게스트 물질로서의 산(2)(HX)을, 10 내지 60질량%라고 하는 특정한 수분량의 존재 하에서 혼합하는 것만으로, 하이드로탈사이트(1)의 층간에 포함되는 음이온(탄산 이온; CO32-)과 산(2)(HX)으로부터 발생하는 음이온(X-)을 이온 교환시킬 수 있다. 그 결과, 이온 교환된 하이드로탈사이트(3)를 얻을 수 있다. 또한, 도 1에 도시한 예에 있어서는, 하이드로탈사이트(1)의 층간에 포함되어 있던 탄산 이온(CO32-)은 이온 교환 후에 탄산 가스(CO2 가스)로서 제거된다. 이와 같이 해서, 본 발명의 제조 방법은, 제1 공정에 있어서, 분말상 또는 페이스트상의 하이드로탈사이트와 산 수용액을, 10 내지 60질량%라고 하는 특정한 수분량의 존재 하에서 혼합해서 반응시킴으로써, 종래의 재구축법이나 이온 교환법, 공침법에 있어서 불가결했던, 하이드로탈사이트의 소성 공정이나 여과 공정, 반응 후의 세정 공정 등의 번잡한 공정이나 대규모의 설비를 필요로 하지 않고, 하이드로탈사이트를, 부생물 등의 생성을 억제하면서, 충분히 이온 교환할 수 있다. 또한, 본 발명의 제조 방법으로는, 목적으로 하는 이온 교환량에 대하여 등량의 게스트 물질로 충분히 이온 교환할 수 있기 때문에, 이온 교환량의 제어가 용이한 데다가, 과잉량의 게스트 물질이나 유기 용매의 잔사가 발생하기 어려워져서, 결과적으로 환경 부하를 저감할 수 있고, 생산 비용에도 우수하다고 하는 이점이 있다. (분말상 또는 페이스트상의 하이드로탈사이트) 본 발명의 제조 방법에 있어서, 원료로서 사용할 수 있는 호스트 물질의 하이드로탈사이트는 분말상 또는 페이스트상의 하이드로탈사이트이면 특별히 한정되지 않고, 공지된 임의의 하이드로탈사이트를 채용할 수 있다. 또한, 페이스트상의 하이드로탈사이트는, 통상 수분량이 60질량% 이하인 소정의 점성과 유동성을 갖는 하이드로탈사이트이고, 수분량이 60질량%를 초과하는 슬러리상의 하이드로탈사이트와는, 적어도 그 수분량에 의해 명확하게 구별된다. 본 발명의 제조 방법에 있어서, 원료로서 사용할 수 있는 분말상 또는 페이스트상의 하이드로탈사이트는, 하기 식 (1)로 표시되는 하이드로탈사이트인 것이 바람직하다. M2+1-xM3+x(OH)2An-x/n·mH2O (1) (식 중, M2+는 2가의 금속 이온, M3+는 3가의 금속 이온, An-는 n가의 음이온을 나타내고, x는 0.18≤x≤0.4를 충족하는 수를 나타내고, n은 1 내지 4의 정수를 나타내고, m은 0≤m≤5를 충족하는 수를 나타낸다.) 본 발명의 제조 방법은, 원료로서 사용할 수 있는 분말상 또는 페이스트상의 하이드로탈사이트가 상기 식 (1)로 표시되는 범용성이 높은 하이드로탈사이트이어도, 부생물 등의 생성을 억제하면서, 충분히 이온 교환할 수 있기 때문에, 각종 용도 등에 따른 폭넓은 제품 설계를 실현할 수 있다. 또한, 분말상 또는 페이스트상의 하이드로탈사이트는, 상기 식 (1) 중의 M2+가 Mg2+ 및 Zn2+ 중 적어도 1종의 금속 이온이고, M3+가 Al3+인 것이 더욱 바람직하다. 원료로서 사용할 수 있는 분말상 또는 페이스트상의 하이드로탈사이트가 이러한 특정한 하이드로탈사이트이면, 상술한 효과를 보다 확실하게 얻을 수 있다. 또한, 금속종의 더욱 바람직한 조합으로서는, 각종 용도에 있어서의 범용성의 높이로부터, MgAl, MgAlZn 및 ZnAl을 들 수 있고, 그 중에서 MgAl이 특히 바람직하다. 또 다른 관점에