JP2008081772A - Method and device for producing metal particulate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属微粒子の製造方法及び装置に係り、特に多元系合金を生成させる金属微粒子の製造であって、該金属微粒子形成の初期反応の前後において、還元剤が経時的に分解して副生ガスを伴う金属微粒子の製造方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for producing metal fine particles, and more particularly to production of metal fine particles for producing a multi-component alloy, wherein the reducing agent decomposes with time before and after the initial reaction of forming the metal fine particles. The present invention relates to a method and apparatus for producing fine metal particles accompanied with raw gas.
磁気記録媒体を構成する磁性層の保磁力を高めることのできる磁性粒子として、多元系合金の金属微粒子が注目されている。このような金属微粒子の製造においては、金属微粒子形成の過程で副生ガスの発生を伴う場合がある。この副生ガスとしては、例えば、初期反応に使用される還元剤の経時的な分解により発生するガスや、反応の副生成物として発生するガスがある。 As magnetic particles capable of increasing the coercive force of a magnetic layer constituting a magnetic recording medium, metal particles of a multi-component alloy are attracting attention. In the production of such metal fine particles, by-product gas may be generated in the process of forming the metal fine particles. As this by-product gas, for example, there are a gas generated by the decomposition of the reducing agent used in the initial reaction over time and a gas generated as a by-product of the reaction.
このように副生ガスを伴う反応は、一般的に連続処理が難しいことが知られている。この理由としては、副生ガスを連続処理の流れの中で効率的に除去できないと、連続処理の流れが不安定になって混合場や反応場が不均一になることや、反応のための液温制御を行う場合、気体は熱伝導率が小さいので、反応温度を精度良く制御できないこと等がある。 As described above, it is known that the reaction involving the by-product gas is generally difficult to continuously process. The reason for this is that if the by-product gas cannot be removed efficiently in the continuous processing flow, the continuous processing flow becomes unstable and the mixing field and reaction field become non-uniform. When performing liquid temperature control, since gas has a low thermal conductivity, the reaction temperature may not be accurately controlled.
この対策として、例えば、多元系合金の金属微粒子の製造を連続的に行う装置において、初期反応を行うための複数種の溶液を混合する第1の混合装置と、該初期反応で生成された金属微粒子を含む反応液に更に別の溶液を混合して金属微粒子に異種金属原子を導入する第2の混合装置との間に気液分離装置を設け、初期反応で生成した副生ガスを安定的に除去して反応液の流れを安定化し、反応を均一化することが提案されている(例えば、特許文献1)。
しかしながら、特許文献1は、反応の副生成物として発生した副生ガスを除去できても、還元剤の分解自体を抑制するものではなかった。このため、反応に利用されない還元剤が多く、反応場に大過剰の還元剤を供給しなければならないという問題があった。 However, even if the by-product gas generated as a by-product of the reaction can be removed, Patent Document 1 does not suppress the decomposition of the reducing agent itself. For this reason, there are many reducing agents that are not used in the reaction, and there is a problem that a large excess of reducing agent must be supplied to the reaction field.
また、液相反応を行う混合場において、還元剤が経時的に分解して気泡を発生すると、混合場を不均一にし、混合性能を低下させるという問題があった。 Further, in the mixing field where the liquid phase reaction is performed, if the reducing agent decomposes with time and bubbles are generated, there is a problem that the mixing field becomes non-uniform and the mixing performance is deteriorated.
また、還元剤の分解自体を抑制する方法として、還元剤を冷却する方法があるが、冷却温度によっては還元剤溶液に含まれる物質の溶解度が低下し、析出が生じることがあった。 In addition, as a method of suppressing the decomposition of the reducing agent itself, there is a method of cooling the reducing agent. However, depending on the cooling temperature, the solubility of the substance contained in the reducing agent solution may be reduced and precipitation may occur.
このような弊害の結果、製造された金属微粒子は、粒子サイズが大きく、分散性の悪いものが多かった。 As a result of such adverse effects, the metal fine particles produced have a large particle size and often have poor dispersibility.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、分解性を有する還元剤、例えば、経時的に分解して副生ガスを発生する還元剤を用いた反応において、還元剤の分解自体を抑止することにより副生ガスによる混合場の不均一化を抑制し、微小サイズで単分散性に優れた金属微粒子を安定的に製造することができる金属微粒子の製造方法及び装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances. In a reaction using a reducing agent having decomposability, for example, a reducing agent that decomposes with time to generate a by-product gas, the reducing agent itself is decomposed. Providing a method and apparatus for producing metal fine particles that can suppress non-uniformity of the mixing field due to by-product gas by suppressing the fine particles and can stably produce fine metal fine particles having excellent monodispersibility. Objective.
本発明の請求項1は前記目的を達成するために、分解性の還元剤と析出性物質とを少なくとも含有する第1の溶液と、金属微粒子を作製する金属原子又は金属イオンを含有する第2の溶液とを液相法により混合反応させて金属微粒子を形成する混合工程を備えた金属微粒子の製造方法であって、前記第1の溶液を調製すると共に、該調製した第1の溶液を前記析出性物質の析出温度よりも高く且つ前記還元剤の分解温度よりも低い第1の温度に予め冷却しておく第1冷却工程と、前記混合工程の直前で、前記第1の溶液を前記第1の温度よりも低い第2の温度まで冷却する第2冷却工程と、の2段階冷却を行うことを特徴とする金属微粒子の製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention provides a first solution containing at least a decomposable reducing agent and a depositing substance, and a second solution containing a metal atom or a metal ion for producing metal fine particles. A metal fine particle production method comprising a mixing step of forming a metal fine particle by mixing and reacting with a solution of the above by a liquid phase method, wherein the first solution is prepared, and the prepared first solution is added to the first solution. A first cooling step of pre-cooling to a first temperature higher than the precipitation temperature of the precipitating substance and lower than the decomposition temperature of the reducing agent; and immediately before the mixing step, the first solution is added to the first solution. Provided is a method for producing fine metal particles, characterized by performing two-stage cooling including a second cooling step of cooling to a second temperature lower than the first temperature.
請求項1によれば、還元剤を含有する第1の溶液の調製時には、溶液中に析出を生じさせない範囲で緩やかに冷却し、混合・反応させる直前で更に低い温度に急冷するようにしたので、析出を生じさせることなく還元剤を充分に冷却してから混合・反応させることができる。これにより、混合工程で混合熱や反応熱等の発熱があっても還元剤が分解するのを抑制できる。したがって、例えば、経時的に分解して副生ガスを発生する還元剤を用いる場合、混合・反応前後で還元剤の分解自体を抑止できるので、混合場に副生ガスが混入するのを抑制し、微小サイズで単分散性に優れた金属微粒子を安定的に製造することができる。ここで、分解性の還元剤としては、経時的に分解して副生ガスを発生する還元剤、副生ガスを発生しない還元剤、のいずれも含まれる。ここで、析出性物質とは、溶液の温度低下で容易に析出する物質を言い、例えば界面活性剤等が挙げられる。また、分解温度とはJISK7210で測定した温度をいう。 According to the first aspect of the present invention, when the first solution containing the reducing agent is prepared, the solution is gently cooled in a range that does not cause precipitation in the solution, and immediately cooled to a lower temperature immediately before mixing and reaction. The reducing agent can be sufficiently cooled and mixed and reacted without causing precipitation. Thereby, even if there is exotherm such as heat of mixing or heat of reaction in the mixing step, it is possible to suppress decomposition of the reducing agent. Therefore, for example, when using a reducing agent that decomposes over time to generate by-product gas, decomposition of the reducing agent itself can be suppressed before and after mixing and reaction, so that mixing of by-product gas in the mixing field is suppressed. In addition, metal fine particles having a small size and excellent monodispersibility can be stably produced. Here, the decomposable reducing agent includes both a reducing agent that decomposes with time to generate by-product gas and a reducing agent that does not generate by-product gas. Here, the precipitating substance means a substance that easily precipitates when the temperature of the solution is lowered, and examples thereof include a surfactant. The decomposition temperature is a temperature measured by JISK7210.
請求項2は請求項1において、前記混合工程は、前記第1の溶液と前記第2の溶液とを瞬間的に混合して反応させる瞬間混合であることを特徴とする。 A second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, the mixing step is instantaneous mixing in which the first solution and the second solution are instantaneously mixed and reacted.
瞬間混合であるため、第1、第2の溶液間の反応が開始する前に、反応場を均一にすることができ、微粒子の粒径を制御しやすくなる。 Because of the instantaneous mixing, the reaction field can be made uniform before the reaction between the first and second solutions starts, and the particle size of the fine particles can be easily controlled.
請求項3は請求項1又は2において、前記液相法は、逆ミセル法であると共に、前記第1の溶液は、前記析出性物質として界面活性剤を含有する非水溶性有機溶媒と前記還元剤を含有する還元剤水溶液とを混合した逆ミセル溶液(溶液L1)であり、且つ前記第2の溶液は、界面活性剤を含有する非水溶性有機溶媒と前記金属原子又は金属イオンを含有する金属塩水溶液とを混合した逆ミセル溶液(溶液L2)であることを特徴とする。 A third aspect of the present invention is the method according to the first or second aspect, wherein the liquid phase method is a reverse micelle method, and the first solution includes a water-insoluble organic solvent containing a surfactant as the precipitation substance and the reduction A reverse micelle solution (solution L1) mixed with a reducing agent aqueous solution containing an agent, and the second solution contains a water-insoluble organic solvent containing a surfactant and the metal atom or metal ion. It is a reverse micelle solution (solution L2) mixed with an aqueous metal salt solution.
請求項3によれば、液相法を逆ミセル法で行うことにより作製される金属微粒子の粒径を制御し易くなる。 According to the third aspect, it is easy to control the particle diameter of the metal fine particles produced by performing the liquid phase method by the reverse micelle method.
請求項4は請求項1〜3の何れか1項において、前記第2冷却工程における前記第1の溶液の滞留時間は、前記第1の溶液を前記第2の温度に設定した後、前記第1の溶液中の析出性物質が析出し始めるまでの時間よりも短くすることを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to third aspects, wherein the residence time of the first solution in the second cooling step is set after the first solution is set to the second temperature. It is characterized in that it is shorter than the time until the depositing substance in 1 solution starts to precipitate.
請求項5は請求項4において、前記滞留時間は、1分以下であることを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention according to the fourth aspect is characterized in that the residence time is 1 minute or less.
請求項4及び5によれば、還元剤を含有する第1の溶液を、混合工程の前に析出を生じさせることなく十分に冷却できる。ここで、析出性物質が析出し始めるまでの時間は、溶液の組成により変わるため、事前に溶液の組成に応じて析出温度を測定しておくことにより求めることができる。 According to claims 4 and 5, the first solution containing the reducing agent can be sufficiently cooled without causing precipitation before the mixing step. Here, since the time until the depositing substance starts to precipitate varies depending on the composition of the solution, it can be obtained by measuring the deposition temperature according to the composition of the solution in advance.
請求項6は請求項1〜5の何れか1項において、前記混合工程の前段に、前記第1の溶液のpHを調整するpH調整工程を備えたことを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to fifth aspects, a pH adjusting step for adjusting a pH of the first solution is provided before the mixing step.
請求項6によれば、混合・反応前に還元剤が分解しないpH領域に調整することにより、混合場においても還元剤の分解を抑制できる。 According to the sixth aspect, by adjusting to a pH range where the reducing agent does not decompose before mixing and reaction, decomposition of the reducing agent can be suppressed even in the mixing field.
本発明の請求項7は前記目的を達成するために、分解性の還元剤を少なくとも含有する第1の溶液と、金属微粒子を作製する金属原子又は金属イオンを含有する第2の溶液とを液相法により混合反応させて金属微粒子を形成する混合工程を備えた金属微粒子の製造方法であって、前記混合工程の前に、前記第1の溶液のpHを前記還元剤の分解しないpH領域に調整するpH調整工程を備えたことを特徴とする金属微粒子の製造方法を提供する。 According to a seventh aspect of the present invention, in order to achieve the above object, a first solution containing at least a decomposable reducing agent and a second solution containing metal atoms or metal ions for producing metal fine particles are used. A method for producing metal fine particles comprising a mixing step of forming a metal fine particle by mixing and reacting by a phase method, wherein before the mixing step, the pH of the first solution is brought to a pH region where the reducing agent is not decomposed. Provided is a method for producing metal fine particles, which comprises a pH adjusting step for adjusting.
請求項7によれば、混合・反応前に還元剤が分解しないpH領域に調整するので、混合場においても還元剤が分解するのを抑制できる。 According to the seventh aspect, since the pH is adjusted to a pH range in which the reducing agent does not decompose before mixing and reaction, it is possible to suppress decomposition of the reducing agent even in the mixing field.
請求項8は請求項1〜7の何れか1項において、前記混合工程は、前記第1の溶液又は第2の溶液のうち何れか1以上が1MPa以上の高圧ジェット流で混合されることを特徴とする。 An eighth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to seventh aspects, wherein in the mixing step, one or more of the first solution and the second solution are mixed in a high-pressure jet flow of 1 MPa or more. Features.
請求項8によれば、第1の溶液又は第2の溶液のうち何れか1以上を1MPa以上の高圧ジェット流として衝突させるようにしたもので、衝突のエネルギーにより第1、第2の溶液同士を瞬時に且つ効率的に混合反応させることができる。 According to claim 8, one or more of the first solution and the second solution are caused to collide as a high-pressure jet flow of 1 MPa or more, and the first and second solutions are brought into contact with each other by the energy of the collision. Can be mixed and reacted instantaneously and efficiently.
請求項9は請求項1〜8の何れか1項において、前記金属微粒子は、合金粒子であることを特徴とする。 A ninth aspect is characterized in that, in any one of the first to eighth aspects, the metal fine particles are alloy particles.
請求項10は請求項1〜9の何れか1項において、前記合金粒子は、CuAu型又はCu3Au型の硬磁性規則合金相を形成し得る合金粒子であることを特徴とする。 10. In any one of the preceding claims, wherein the alloy particles are characterized by an alloy particle capable of forming a CuAu type or Cu 3 Au type hard magnetic ordered alloy phase.
本発明の請求項11は前記目的を達成するために、分解性の還元剤と析出性物質とを少なくとも含有する第1の溶液と、金属微粒子を作製する金属原子又は金属イオンを含有する第2の溶液とを液相法により混合反応させて金属微粒子を形成する混合部を備えた金属微粒子の製造装置であって、前記第1の溶液を調製すると共に調製された第1の溶液を予め冷却しておく1段目の第1冷却部と、前記混合部の直前に設けられ、前記第1の冷却部での冷却された第1の溶液を冷却する2段目の第2冷却部と、前記第1冷却部と前記第2冷却部における冷却温度を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする金属微粒子の製造装置を提供する。 According to an eleventh aspect of the present invention, in order to achieve the above object, a first solution containing at least a decomposable reducing agent and a precipitating substance, and a second atom containing a metal atom or metal ion for producing metal fine particles. An apparatus for producing fine metal particles comprising a mixing unit for forming a fine metal particle by mixing and reacting with a solution of the above by a liquid phase method, and preparing the first solution and cooling the prepared first solution in advance A first-stage first cooling section to be provided; a second-stage second cooling section that is provided immediately before the mixing section and cools the cooled first solution in the first cooling section; There is provided a metal fine particle manufacturing apparatus comprising a control means for controlling a cooling temperature in the first cooling section and the second cooling section.
請求項11は、本発明を装置として構成したものである。 Claim 11 constitutes the present invention as an apparatus.
請求項12は請求項11において、前記制御手段は、前記第1冷却部において前記調製した第1の溶液が前記析出性物質の析出温度よりも高く且つ前記還元剤が分解する分解温度よりも低い第1の温度になるように制御すると共に、前記第2冷却部において前記第1の溶液を前記第1の温度よりも低い第2の温度に制御することを特徴とする。 A twelfth aspect of the present invention is the control device according to the eleventh aspect, wherein the control unit is configured such that the first solution prepared in the first cooling unit is higher than a precipitation temperature of the precipitating substance and lower than a decomposition temperature at which the reducing agent decomposes. The first temperature is controlled to be a first temperature, and the second solution is controlled to a second temperature lower than the first temperature in the second cooling unit.
請求項13は請求項11又は12において、前記混合部は、前記第1の溶液と前記第2の溶液とを瞬間的に混合して反応させる瞬間混合部であることを特徴とする。 A thirteenth aspect of the present invention is characterized in that, in the eleventh or twelfth aspect, the mixing unit is an instantaneous mixing unit that instantaneously mixes and reacts the first solution and the second solution.
本発明の請求項14は前記目的を達成するために、分解性の還元剤を少なくとも含有する第1の溶液と、金属微粒子を作製する金属原子又は金属イオンを含有する第2の溶液とを液相法により混合反応させて金属微粒子を形成する混合部を備えた金属微粒子の製造装置であって、前記混合部の直前に設けられ、前記第1の溶液のpHを調整するpH調整部と、前記第1の溶液を前記還元剤が分解しないpH領域になるように前記pH調整部を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする金属微粒子の製造装置を提供する。 According to a fourteenth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, a first solution containing at least a decomposable reducing agent and a second solution containing metal atoms or metal ions for producing metal fine particles are used. An apparatus for producing metal fine particles comprising a mixing unit for forming a metal fine particle by mixing and reacting by a phase method, the pH adjusting unit being provided immediately before the mixing unit and adjusting the pH of the first solution; And a control unit that controls the pH adjusting unit so that the first solution is in a pH range in which the reducing agent is not decomposed.
本発明によれば、分解性を有する還元剤、例えば、経時的に分解して副生ガスを発生する還元剤を用いた反応において、還元剤の分解自体を抑止することにより副生ガスによる混合場の不均一化を抑制し、微小サイズで単分散性に優れた金属微粒子を安定的に製造することができる。 According to the present invention, in a reaction using a reducing agent having decomposability, for example, a reducing agent that decomposes with time to generate a by-product gas, mixing with the by-product gas is suppressed by inhibiting the decomposition of the reducing agent itself. It is possible to stably produce metal fine particles that are excellent in monodispersity with a small size while suppressing field non-uniformity.
以下添付図面に従って、本発明に係る金属微粒子の製造方法及び装置の好ましい実施の形態について説明する。本発明の金属微粒子の製造方法及び装置は、液相反応法(液液反応)による金属微粒子の製造方法であって、経時的に分解する還元剤を用いた場合であれば、どのような金属微粒子の製造にも適用できる。 Preferred embodiments of a method and apparatus for producing metal fine particles according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The metal fine particle production method and apparatus according to the present invention is a metal fine particle production method by a liquid phase reaction method (liquid-liquid reaction), and any metal can be used as long as a reducing agent that decomposes with time is used. It can also be applied to the production of fine particles.
合金粒子等の金属微粒子は、液相法以外の気相法でも作製することができるが、量産性に優れていることを考慮すると液相法が好ましい。液相法としては従来から知られている種々の方法を適用できるが、これらに改良を加えた還元法を適用することが好ましく、還元法の中でも合金粒子の粒子サイズを制御し易い逆ミセル法が特に好ましい。 Metal fine particles such as alloy particles can be produced by a gas phase method other than the liquid phase method, but the liquid phase method is preferable in view of excellent mass productivity. Various conventionally known methods can be applied as the liquid phase method, but it is preferable to apply a reduction method to which these are improved, and the reverse micelle method in which the particle size of alloy particles can be easily controlled among the reduction methods. Is particularly preferred.
第1の溶液L1としては、還元剤溶液を好適に使用することができる。また、第2の溶液L2としては、周期律表の8、9、及び10族から選ばれる2種類以上の金属イオンを含有する溶液を好適に使用することができ、Fe,Pt,Co,Ni,Pdの金属イオンが好ましい。第3の溶液L3としては、周期率表の11、12、13、14、及び15族から選ばれる1種以上の金属イオンを含有する溶液を好適に使用することができ、Cu,Ag,Au,Al,Zn、Snの金属イオンが好ましい。
As the first solution L1, a reducing agent solution can be preferably used. In addition, as the second solution L2, a solution containing two or more kinds of metal ions selected from
また、液相反応法の中でも金属微粒子の粒子サイズを制御し易い逆ミセル法が好ましく、第1、第2の溶液L1、L2を界面活性剤を含有する非水溶性有機溶媒を使用して逆ミセル溶液として調製することが好ましい。使用する界面活性剤としては油溶性界面活性剤が用いられる。具体的には、スルホン酸塩型(例えば、エーロゾルOT(和光純薬製)、4級アンモニウム塩型(例えば、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド)、エーテル型(例えば、ペンタエチレングリコールドデシルエーテル)等が挙げられる。また、界面活性剤を溶解する非水溶性有機溶媒として好ましいものは、アルカン、エーテル及びアルコール等が挙げられる。アルカンとしては、炭素数7〜12のアルカン類であることが好ましい。具体的には、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン等が好ましい。エーテルとしては、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル等が好ましい。アルコールとしては、エトキシエタノール、エトキシプロパノール等が好ましい。また、還元剤溶液中の還元剤としては、アルコール類;ポリアルコール類;H2;HCHO、S2O6 2−、H2PO2 -、BH4 −、N2H5 +、H2PO3 -等を含む化合物を単独で使用することができるが、2種以上を併用することが好ましい。
Of the liquid phase reaction methods, the reverse micelle method is preferred in which the particle size of the metal fine particles can be easily controlled, and the first and second solutions L1 and L2 are reversed using a water-insoluble organic solvent containing a surfactant. It is preferable to prepare it as a micelle solution. An oil-soluble surfactant is used as the surfactant to be used. Specifically, sulfonate type (for example, aerosol OT (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), quaternary ammonium salt type (for example, cetyltrimethylammonium bromide), ether type (for example, pentaethylene glycol dodecyl ether) and the like can be mentioned. Further, preferable examples of the water-insoluble organic solvent for dissolving the surfactant include alkanes, ethers, alcohols, etc. The alkanes are preferably alkanes having 7 to 12 carbon atoms. Is preferably heptane, octane, isooctane, nonane, decane, undecane, dodecane, etc. The ether is preferably diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, etc. The alcohol is preferably ethoxyethanol, ethoxypropanol, or the like. , Reducing agent solution The reducing agent, alcohols, polyalcohols; H 2; HCHO, S 2 O 6 2-,
上記各種溶液を用いて、金属微粒子を製造する方法及び装置の好ましい形態について以下説明する。 A preferred embodiment of a method and apparatus for producing metal fine particles using the various solutions will be described below.
まず、本発明に係る第1の実施形態について説明する。本実施形態は、金属微粒子を製造するための初期反応を行う前に、還元剤、界面活性剤を含む溶液を2段階で冷却することにより、初期反応の前から還元剤の分解を抑制する方法である。 First, a first embodiment according to the present invention will be described. The present embodiment is a method for suppressing decomposition of a reducing agent before the initial reaction by cooling the solution containing the reducing agent and the surfactant in two stages before performing the initial reaction for producing metal fine particles. It is.
図1は、本発明に係る金属微粒子の連続製造装置10の概略構成図である。以下、磁気記録媒体の磁性層に含有させる多元系合金の金属微粒子を製造するための溶液を使用した例について説明する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
図1に示すように、金属微粒子の連続製造装置10は、主として、初期反応を行うための第1及び第2の溶液を連続的に供給して混合する第1の混合装置12と、初期反応で生成された金属微粒子を含む反応液に第3の溶液を連続的に供給混合して該金属微粒子の結晶格子に異種金属原子を導入する第2の混合装置14と、より構成される。
As shown in FIG. 1, the apparatus for continuously producing metal
第1の混合装置12の上流側には、第1の溶液を冷却しながら調製する第1の調製タンク16(後述する温調ジャケット24と合わせて第1の冷却部に相当)と、該第1の調製タンク16と第1の混合装置12との間で第1の溶液を冷却するためのスタチックミキサ18(後述する温調ジャケット25と合わせて第2の冷却部に相当)と、第1の調製タンク16とスタチックミキサ18の冷却温度を制御する制御手段20(制御手段)と、が備えられる。第1の混合装置12の近傍には、第2の溶液の調製を行う第2の調製タンク22が備えられる。また、第2の混合装置14の近傍には、第3の溶液を調製する第3の調製タンク23が備えられる。
On the upstream side of the
第1の調製タンク16では、界面活性剤を含有する非水溶性有機溶媒と還元剤水溶液とを攪拌機16aで混合し、第1の溶液L1の逆ミセル溶液を調製する。
In the
第2の調製タンク22では、界面活性剤を含有する非水溶性有機溶媒と周期律表の8、9、10族から選ばれる2種類以上の金属イオンを含有する金属塩水溶液とを攪拌機22aで混合して第2の溶液L2の逆ミセル溶液を調製する。また、第1の調製タンク16の外周には、温調ジャケット24が設けられる。また、温調ジャケット24には、該温調ジャケット24の温度を測定する温度測定部27が備えられ、測定結果を制御手段20に出力できるようになっている。これにより、第1の調製タンク16内の第1の溶液が第1の温度に冷却される。また、第2の調製タンク22の外周には、温調ジャケット26が設けられ、初期反応に適切な温度に調節される。
In the
第3の調製タンク23では、界面活性剤を含有する非水溶性有機溶媒と周期律表の11、12、13、14、及び15族から選ばれる1種以上の金属イオンを含有する金属水溶液とを攪拌機23aで混合して第3の溶液L3の逆ミセル溶液を調製する。また、第3の調製タンク23の外周には、温調ジャケット28が設けられ、第2の混合装置14内の反応に適切な温度に調節される。
In the
スタチックミキサ18は、第1の混合装置12の直前に隣設されており、外周には温調ジャケット25が巻回されている。また、温調ジャケット25には、該温調ジャケット25の温度を測定する温度測定部29が設けられるとともに、該温度測定部29からの測定結果が制御手段20に出力されるようになっている。
The
制御手段20は、温度測定部29における測定結果に基づいて、スタチックミキサ18の外周に形成された温調ジャケット25の冷却温度を調節する。また、制御手段20は、温度測定部27における測定結果に基づいて、第1の調製タンク16の外周に形成された温調ジャケット24の冷却温度を調節する。このような制御手段としては、公知公用のものが使用でき、例えば、一体形恒温水循環装置(登録商標名:クールニクス)が使用できる。これにより、第1の調製タンク16で調製した第1の溶液を第1の混合装置12に供給する直前までに段階的に冷却する。
The control means 20 adjusts the cooling temperature of the
スタチックミキサ18としては、公知公用のものが使用できる。なお、本実施形態では、第1の調製タンク16、及びスタチックミキサ18における温度制御を1つの制御手段20で行う例を示したが、これに限定されず、別々に制御手段を備えてもよい。
As the
本実施形態では、第1の調製タンク16内における第1の溶液の温度(第1の温度)は、析出性物質(本実施形態では、界面活性剤)の析出温度よりも高く且つ還元剤の分解温度よりも低い温度に設定される。界面活性剤の析出温度は、溶液の組成や種類によって変わるので、事前に液温と溶解度の関係を測定しておくことで決定できる。ここで、還元剤の分解温度とは、JISK7210で測定した値をいう。
In the present embodiment, the temperature of the first solution (first temperature) in the
スタチックミキサ18内における第1の溶液の温度(第2の温度)は、第1の調製タンク16内における温度(第1の温度)よりも更に低くなるように冷却される。具体的には、第2の温度は、高圧ジェット流で混合させる混合場のように、混合熱や反応熱が発生し易い混合場においても還元剤が分解しない温度に設定される。この温度は、混合場の条件、液組成、液粘度等によって決定される。このため、上記第2の温度は、混合場と同程度の攪拌力、摩擦熱を想定した攪拌条件下において、還元剤の分解が起こらない温度を事前に実験又はシミュレーションにより求めておくことで決定される。なお、還元剤の分解の有無は、回収される粒子サイズ、粒度分布等で判断することができる。また、分解により気泡を発生する還元剤であれば、その気泡の発生の有無を目視で判断することにより行える。 The temperature of the first solution in the static mixer 18 (second temperature) is cooled so as to be lower than the temperature in the first preparation tank 16 (first temperature). Specifically, the second temperature is set to a temperature at which the reducing agent is not decomposed even in a mixing field where heat of mixing or reaction is likely to occur, such as a mixing field that is mixed by a high-pressure jet stream. This temperature is determined by mixing field conditions, liquid composition, liquid viscosity, and the like. For this reason, the second temperature is determined by obtaining in advance experiments or simulations a temperature at which decomposition of the reducing agent does not occur under stirring conditions assuming the same stirring force and frictional heat as the mixing field. Is done. In addition, the presence or absence of decomposition | disassembly of a reducing agent can be judged by the particle size collect | recovered, a particle size distribution, etc. Moreover, if it is a reducing agent which generate | occur | produces a bubble by decomposition | disassembly, it can carry out by judging the presence or absence of the generation | occurrence | production of the bubble visually.
この場合、上記第2の温度を第1の温度よりも低くすると、所定時間経過後に界面活性剤が析出し始めることがある。このため、スタチックミキサ18内の第1の溶液の滞留時間は、界面活性剤が析出し始めるまでの時間よりも短くなるように設定される。たとえば、後述する実施例に用いる還元剤(NaBH4)の場合、液温8℃下で析出し始めるまでに約1分間要するため、滞留時間は1分以下に設定される。このように、スタチックミキサ18内の第1の溶液の滞留時間は、スタチックミキサ18の長さや第1の溶液の供給流速を調節することによりなされる。
In this case, if the second temperature is lower than the first temperature, the surfactant may start to precipitate after a predetermined time has elapsed. For this reason, the residence time of the first solution in the
なお、本実施形態では、第1の混合装置12の直前にスタチックミキサ12を備える例を示したが、スタチックミキサ12を設けずに、第1の混合装置12の直前の配管を冷却する構成としてもよい。また、図1では、第1の調製タンク16と第1の混合装置12とを連通する配管のうち、第1の混合装置12の直前部分のみを更に冷却する例について示したが、これに限定されず、析出が生じない範囲で第1の調製タンク16と第1の混合装置12とを連通する配管全体を第1の調製タンク16よりも更に冷却するようにしてもよい。また、第1、第2の混合装置12、14を連通する配管36も第1の調製タンク16よりも更に冷却し、配管36内を流通する還元剤の分解を抑制するようにしてもよい。また、本実施形態では、第1の混合装置12に供給する前に、冷却温度を2段階で調節する例を示したが、これに限定されず、3段階以上に調節してもよい。
In the present embodiment, an example in which the
次に、図1を参照して本発明に係る金属微粒子の連続製造装置10の作用について説明する。
Next, with reference to FIG. 1, the operation of the apparatus for continuously producing metal
第1及び第2の調製タンク16、22で調製された第1及び第2の溶液L1、L2は、それぞれの供給配管30、32を介して第1の混合装置12に供給ポンプ34、34で供給される。このとき、第1の調製タンク16内の還元剤を含む第1の溶液は、温調ジャケット24により、界面活性剤の析出温度よりも高く、且つ還元剤の分解温度よりも低い温度(第1の温度)に設定される(第1の冷却工程)。すなわち、還元剤が分解しない上限温度に設定されるので、第1の溶液の溶解度が極端に低下せず、析出が生じない。
The first and second solutions L1 and L2 prepared in the first and
その後、第1の溶液は、温調ジャケット25が巻回されたスタチックミキサ18により更に低い温度(第2の温度)に冷却される(第2の冷却工程)。スタチックミキサ18における第1の溶液の滞留時間は、第1の溶液中の界面活性剤等が析出し始めるまでの時間よりも短く設定されるので、第1の溶液は、析出を生じないうちに第1の混合装置12に供給される。
Thereafter, the first solution is cooled to a lower temperature (second temperature) by the
このように、第1の溶液の調製時から第1の混合装置12に供給する直前までの間に、析出を生じることなく、還元剤が含有される第1の溶液が十分に冷却される。
As described above, the first solution containing the reducing agent is sufficiently cooled without causing precipitation during the period from the preparation of the first solution to immediately before the first solution is supplied to the
一方、金属塩を含む第2の溶液は、温調ジャケット26により第1の混合装置12内で行う初期反応に適切な温度に加熱される。
On the other hand, the second solution containing the metal salt is heated to a temperature suitable for the initial reaction performed in the
第1の混合装置12では、この2つの溶液L1、L2を瞬時に混合して反応させる。このように、フロー系反応の場合には、反応前から連続的に進行する還元剤の分解により発生する副生ガスを、混合装置12内に混入させないようにすることで、混合装置12内における2液の混合性能を向上させ、反応の安定化及び均一化を図ることが非常に重要になる。本発明では、2液を混合及び反応させる前に、析出物を生成させることなく還元剤を十分に冷却するので、高圧ジェット流で混合させる混合場52においても、還元剤の分解を抑制することができる。これにより、反応の不均一化を防止し、微小サイズで単分散性に優れた金属微粒子を形成できる。
In the
配管36の長さは第1の混合装置12での混合により開始された初期反応が第2の混合装置14に到達するまでに終了するのに十分な長さに設定される。第2の混合装置14では、反応液LMに第3の調製タンク23で調製された第3の溶液L3を供給配管38を介して連続的に供給混合して、初期反応で形成した金属微粒子の結晶格子に異種金属原子を連続的に導入(ドーピング)する。これにより、多元系合金の金属微粒子が製造される。
The length of the
この場合、第2の混合装置14の後段に、該第2の混合装置14で混合された混合液を回収し、キレート剤溶液と還元剤溶液を混ぜた第4の溶液L4を添加混合する混合タンク40を設けることが好ましい。
In this case, in the subsequent stage of the
第2の混合装置14で混合された混合液は混合タンク40に回収され、添加タンク42から上記第3の溶液を添加してから約5分後に攪拌機40aで緩やかに攪拌しながら約40°Cまで昇温した後、第4の溶液L4を添加して120分間熟成する。これにより、第2の混合装置14でのドーピングを終結させる。また、混合タンク40の外周には、加熱ジャケット44が設けられ、適切な温度まで加熱される。
The mixed liquid mixed in the
以上により、還元剤を含有する第1の溶液を、混合場でも分解しない温度以下に冷却するので、反応の前後にわたり還元剤の分解自体(気泡の発生)を抑制できる。これにより、混合場における反応を均一化でき、微小で単分散性に優れた金属微粒子を製造することができる。また、還元剤の利用率を向上できるだけでなく、金属微粒子の収率も向上できる。また、第1の溶液を冷却する際に、界面活性剤等の析出を伴わないので、オリフィスを詰まらせたり、逆ミセルのサイズを不均一にしたり等の不具合をなくすことができる。 As described above, since the first solution containing the reducing agent is cooled to a temperature that does not decompose even in the mixing field, decomposition of the reducing agent itself (generation of bubbles) can be suppressed before and after the reaction. Thereby, the reaction in the mixing field can be made uniform, and fine metal fine particles having excellent monodispersity can be produced. Moreover, not only the utilization factor of a reducing agent can be improved, but also the yield of metal fine particles can be improved. Further, when the first solution is cooled, precipitation of the surfactant and the like is not accompanied, so that problems such as clogging of the orifice and non-uniform size of the reverse micelle can be eliminated.
次に、本発明に係る第2の実施形態について説明する。本実施形態は、金属微粒子を製造するための初期反応を行う前に、還元剤、界面活性剤を含む溶液のpHを調整することにより、初期反応における還元剤の分解を抑制する方法である。 Next, a second embodiment according to the present invention will be described. This embodiment is a method for suppressing decomposition of the reducing agent in the initial reaction by adjusting the pH of the solution containing the reducing agent and the surfactant before performing the initial reaction for producing the metal fine particles.
図2は、本発明に係る金属微粒子の連続製造装置10’の概略構成図である。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a continuous production apparatus 10 'for metal fine particles according to the present invention.
図2に示す連続製造装置10’は、図1において、第1の調製タンク16、スタチックミキサ18における温度制御機構(温度測定部27、29等)の代わりに、pH調整機構(pH調整部46、pH測定部47及び制御手段48)を備えたこと以外は同様に構成されている。
The
pH調製部46は、酸又はアルカリ溶液の貯留部からバルブ付きの添加配管、ポンプ(いずれも不図示)を介して第1の溶液に添加できるようになっている。pH調整部46には、pH測定部47が設けられ、該pH測定部47の測定結果は、制御手段48に出力されるようになっている。制御手段48は、上記測定結果に基づいて、pH調整部46を制御できるようになっている。
The
これにより、第1の溶液は、還元剤が分解しないpH領域に調整された後、第1の混合装置12に供給される。
Thus, the first solution is adjusted to a pH region where the reducing agent is not decomposed, and then supplied to the
なお、pH調整部46で使用されるpH調整用の酸、アルカリ溶液としては、目的とする第1、2の溶液の反応を著しく阻害するものでなければ、任意のものを使用できる。また、図2の実施形態では、第1の溶液を調整した後にpH調整を行う例について示したが、これに限定されず、第1の調製タンク16内で第1の溶液を調製する際に、最初からpH調整を行うこともできる。また、図2において、冷却機能を備えた図1のスタチックミキサ18を更に第1の混合装置12の直前に設けて、第1の溶液のpH調製工程と冷却工程とを組み合わせてもよい。
Any acid or alkali solution for adjusting the pH used in the
次に、図2を参照して本発明に係る金属微粒子の連続製造装置10の作用について説明する。
Next, with reference to FIG. 2, an operation of the continuous metal
第1及び第2の調製タンク16、22で調製された第1及び第2の溶液L1、L2は、それぞれの供給配管30、32を介して第1の混合装置12に供給ポンプ34、34で供給される。還元剤を含む第1の溶液は、第1の調製タンク16における調製時から既に分解を開始するため、pH調製部46において還元剤が分解しないpH領域に調整される。
The first and second solutions L1 and L2 prepared in the first and
このように、第1の溶液が調製される時から第1の混合装置12に供給される直前までの間で、析出が生じることなく、還元剤が十分に冷却される。
In this manner, the reducing agent is sufficiently cooled without causing precipitation between the time when the first solution is prepared and the time immediately before being supplied to the
一方、金属塩を含む第2の溶液は、温調ジャケット26により第1の混合装置12内で行う初期反応に適切な温度に加熱される。
On the other hand, the second solution containing the metal salt is heated to a temperature suitable for the initial reaction performed in the
第1の混合装置12では、この2つの溶液L1、L2を瞬時に混合して反応させる。本発明では、2液を混合させる前に、還元剤を含有する第1の溶液を還元剤が分解しないpH領域に調整するので、混合場52における還元剤の分解を抑制できる。これにより、反応の不均一化を防止し、微小サイズで単分散性に優れた金属微粒子を形成できる。また、還元剤の利用率を向上できるだけでなく、金属微粒子の収率も向上できる。
In the
次に、上記各実施形態において、金属微粒子の連続製造装置10、10’に使用する第1の混合装置12として好適な装置構成について説明する。なお、以下に説明する第1の混合装置12は、第2の混合装置14にも適用できるものとする。
Next, in each of the above embodiments, an apparatus configuration suitable as the
本発明で使用する混合装置としては、混合場で瞬時に混合でき且つ混合により反応する反応液LMを混合場に滞留させることなく速やかに排出できるものが、微小サイズで単分散性の良い金属微粒子を形成する上で好ましい。このような混合装置としては、高圧混合方式、高速攪拌混合方式、微小ギャップ混合方式の混合装置を好適に使用することができる。本実施形態では、特に好ましい高圧混合方式の混合装置について説明する。 As a mixing apparatus used in the present invention, a finely divided metal fine particle having good monodispersibility, which can be instantaneously mixed in a mixing field and can quickly discharge without reacting the reaction liquid LM reacting by mixing in the mixing field. Is preferable in forming. As such a mixing device, a high-pressure mixing method, a high-speed stirring mixing method, or a microgap mixing method can be preferably used. In the present embodiment, a particularly preferred high-pressure mixing type mixing apparatus will be described.
(1)高圧混合方式
高圧混合方式の種類は、ワンジェット型、T字型・Y字型、ツージェット対向型を好適に使用することができ、こられの方式を混合装置12に適用した例で説明する。
(1) High-pressure mixing method The types of the high-pressure mixing method can be suitably used as a one-jet type, a T-shaped / Y-shaped type, or a two-jet facing type, and examples of applying these methods to the mixing device 12 I will explain it.
a)ワンジェット型
図3は、ワンジェット型の第1の混合装置12の概念を示した断面図である。
a) One-Jet Type FIG. 3 is a cross-sectional view showing the concept of the one-jet type first mixing
図3に示すように、第1の混合装置12は、第1及び第2の溶液L1と溶液L2とを混合して反応させる筒状の混合場52が形成された混合器54の一端側開口に、第1の溶液L1を混合場52に導入する第1の導管56が接続されると共に、他端側開口に混合場52で混合され反応する反応液の排出管58が接続される。また、混合器54の側面側で第1の導管56の出口近傍に、第2の溶液L2を混合場52に導入する第2の導管60が接続される。第1の導管56と第2の導管60の先端内部には、それぞれ第1のオリフィス62と第2のオリフィス64が形成され、これにより、第1の導管56と第2の導管60には乱流の液体を噴射する第1のノズル66と第2のノズル68が形成される。図3では、第1の導管56から第1の溶液L1を導入し、第2の導管60から第2の溶液L2を導入するようにしたが、両液を逆にすることができる。また、排出管58の接続位置は、混合器54の他端側近傍であれば、混合器54の側面部に接続してもよい。
As shown in FIG. 3, the
また、混合器54の外周には、水やオイル等の熱容量が比較的大きな熱媒体が流れるジャケット70が巻回され、ジャケットの熱媒体流入口70Aと熱媒体流出口70Bとが図示しない熱媒体供給装置に接続される。混合反応温度は、第1及び第2の溶液L1、L2の種類等によって、初期反応に適した所定温度に適宜設定することが好ましい。
A
ブロック状のオリフィス材72に、第1及び第2のオリフィス材72、74を穿設加工する方法としては、金属、セラミックス、ガラス等のオリフィス材72に100μm程度の噴出孔を精密に開ける加工方法として公知のマイクロ切削加工、マイクロ研削加工、噴射加工、マイクロ放電加工、LIGA法、レーザー加工、SPM加工等を好適に使用できる。
As a method of drilling the first and
オリフィス材72の材質としては、加工性が良く、硬度がダイヤモンドに近い材質のものが好ましい。従って、ダイヤモンド以外の材質としては、種々の金属や金属合金に焼入れ、窒化処理、焼結処理等の硬化処理したものを好適に使用することができる。また、セラミックスも硬度が高く、ダイヤモンドよりも加工性が優れているので好適に使用できる。尚、本実施の形態では、第1のノズル66及び第2のノズル68の絞り構造としてオリフィスの例で説明するが、乱流の液体を噴射する機能を有するものであれば、オリフィスに限らず他の方法を用いることができる。
The material of the
また、第1の導管56と第2の導管60には、図示しない加圧手段が設けられ、第1の溶液L1と第2の溶液L2とが第1及び第2のノズル66、68に加圧供給される。但し、第2のノズル68から混合場52に噴出する圧力は、第1のノズル66から混合場52に噴出する高圧ジェット流の圧力よりも小さくする。液体に高圧力をかける加圧手段としては、種々の手段が知られており何れの手段も使用可能であるが、比較的入手し易く安価な手段としてはプランジャーポンプや増圧ポンプのような往復ポンプを使用することが好ましい。また、往復ポンプほど高圧を発生することはできないが、ロータリポンプの中にも高圧発生型のものがあるので、このようなポンプを使用することもできる。
The
そして、第1のノズル66から第1の溶液L1が1MPa以上の高圧ジェット流で且つ混合場52に流入する時のレイノルズ数が10000以上の乱流として混合場52に噴出され、第2のノズル68から圧力が第1の溶液L1よりも低い第2の溶液L2が第1の溶液L1に対して略直交する直交流として混合場52に噴出する。この場合、第2の溶液L2が第1の溶液L1に対して90°の角度で完全に直交しなくても、直交する速度ベクトル成分を主成分とするものであればよい。これにより、第1の溶液L1と第2の溶液L2とを適切な混合反応温度条件下で瞬時に且つ効率的に混合し、混合により反応する反応液LMは排出管58から配管36へ直ちに排出される。この結果、微小サイズで単分散性のよい金属微粒子が形成される。
The first solution L1 is ejected from the
かかる混合反応は、図4に模式的に示すように、乱流の高速な高圧ジェット流の第1の溶液L1に、第1の溶液L1に対して略直交方向から噴出される第2の溶液L2を同伴させるように巻き込むことにより、第1の溶液L1と第2の溶液L2とが混ざり合って発生する大きな渦粘性を利用することで高性能な混合効率を得るものであり、第1の混合装置12の上記した混合場52、第1及び第2のノズル66、68、排出管58は次の関係を有するように形成される。
As schematically shown in FIG. 4, the mixing reaction is a second solution that is ejected from a substantially orthogonal direction to the first solution L <b> 1 into the first solution L <b> 1 having a high-speed turbulent high-pressure jet flow. By entraining so as to entrain L2, the high-efficiency mixing efficiency is obtained by utilizing the large eddy viscosity generated by mixing the first solution L1 and the second solution L2. The mixing
即ち、混合場52に渦粘性が形成されることが必要であり、図3に示すように混合場52の筒径D1が第1のノズル66のオリフィス径D2、第2のノズル68のオリフィス径D3よりも大径に形成される。特に直進流Aである第1の溶液L1の作る渦粘性は混合効率を良くする上で重要であり、第1のノズル66のオリフィス径D2に対する混合場52の筒径D1 の寸法比は、1.1倍〜50倍の範囲が好ましく、更に好ましくは1.1倍〜20倍の範囲である。また、直進流Aに対して直交する直交流Bである第2の溶液L2が直進流Aの溶液L1に巻き込まれ易くするためには、直交流Bの圧力を直進流Aの圧力よりも低くして、噴出流速が直進流Aの噴出流速以下になるようにすることが好ましい。具体的には直進流Aの噴出流速に対する直交流Bの噴出流速の流速比は、0.05倍〜0.4倍、更に好ましくは0.1倍〜0.3倍がよい。
That is, it is necessary to form eddy viscosity in the mixing
また、直進流Aが小径な第1のノズル66からそれよりも大径な混合場52に噴出されることにより形成される渦粘性Cが最大になる以前の位置で直交流Bを混合場52に噴出させることが必要であり、第1のノズル66と渦粘性Cの最大位置との間に第2のノズル68を配置することが必要である。従って、渦粘性Cが最大になる位置を知る必要があるが、渦粘性Cが最大になる混合場52の位置は、流動解析ソフトとsして既に日本で市販されて流動解析ソフトとして良く知られているアールフロー社製の数値解析ソフト、R−Flowを用いて予めシミュレーションを行うことによって把握することができる。この場合、図4から分かるように、渦粘性Cが最大になる位置はピンポイントではなく領域を有するので、渦粘性Cの最大位置を渦粘性Cの略中心部であるポイントPとすればよい。従って、ポイントP以前に第2のノズル68を位置決めすればよいが、より好ましくは渦粘性Cの形成初期の段階で直交流Bを噴出できるように第2のノズル68を位置決めするのが好ましい。
Further, the cross flow B is mixed with the cross flow B at a position before the eddy viscosity C formed by the straight flow A being ejected from the
また、上記の数値解析ソフトで解析すると、渦粘性Cが出現する領域の中心ポイントPは直進流Aの流速と関係があり、直進流Aの最大流速(通常は第1のノズル位置での流速)が1/10に減少する位置に略相当する。従って、直進流Aの最大流速が1/10に減少する位置を計算して、そのポイント以前に直交流Bを噴出できるように第2のノズル68を位置決めすれば、ポイントPを計算する必要もない。
Further, when analyzed by the above numerical analysis software, the center point P in the region where the eddy viscosity C appears is related to the flow velocity of the straight flow A, and the maximum flow velocity of the straight flow A (usually the flow velocity at the first nozzle position). ) Substantially corresponds to a position where it is reduced to 1/10. Therefore, if the position where the maximum flow velocity of the straight flow A is reduced to 1/10 is calculated and the
また、最大の渦粘性Cを混合場52に形成するために必要な混合場52の長さL(図3参照)を確保する必要があるが、あまり長すぎると反応液LMが混合場52で滞留や逆流が生じ易くなり、金属微粒子の粒子サイズの微粒子化や単分散性に悪影響を及ぼす。従って、混合場52の長さLは第1のノズル66から渦粘性Cの最大位置であるポイントPまでの距離の2倍〜5倍が好ましく、更に好ましくは2倍〜3倍がよい。
Further, it is necessary to ensure the length L (see FIG. 3) of the mixing
更に、小径な第1のノズル66や第2のノズル68からそれよりも大径な混合場52に高速流で液体が噴出されると、キャビテーションを起こし易く、このキャビテーションにより混合場52に気液界面が形成されて混合効率を低下させる。従って、渦粘性Cを利用して混合効率を上げるためには、混合場52に気液界面が形成されないようにすることが必要である。従って、図3のように、排出管58の口径D4を第3のオリフィス74で絞って混合場52の筒径D1よりも小さくし、混合場52の圧力を上げた状態で混合することが必要である。これにより、キャビテーションを解消できるので、混合効率が一層向上する。尚、排出管58内の混合に寄与しない部分での滞留時間を極力短くする為、混合場52内の出口を絞ると共に、少なくとも混合場52の筒径D1よりも小さな内径の排出管58を極力短くして配管36に接続するとよい。
Further, when liquid is ejected from the
また、第1のノズル66から混合場52へ噴出される噴出流形状は第1のノズル66に設けた第1のオリフィス62により規制され、この噴出流形状は混合性能に影響する。従って、混合反応の目的に応じて、糸線状、円錐状、スリット状、扇状等の噴出流形状を形成する第1のオリフィス62を適宜使用することが好ましい。例えば、ミリ秒オーダーの非常に反応速度の速い反応の場合には、瞬時にできるだけ狭い範囲で渦粘性Cが最大になるように直進流Aと直交流Bを噴出させることが必要であり、糸線状の噴出流形状を形成する第1のオリフィス62が好ましい。また、反応速度が比較的遅い場合には、できるだけ広い範囲で渦粘性Cが最大になるように直進流Aと直交流Bを噴出させて、直進流Aが作る同伴界面積を増やす方がよく、この場合には薄膜な噴出流形状を形成する第1のオリフィス62が好ましい。また、ミリ秒オーダーの非常に反応速度と比較的遅い反応速度との中間的な反応速度の場合には、円錐状の噴出流形状を形成する第1のオリフィス62が好ましい。
The shape of the jet flow ejected from the
図5〜図8は糸線状、円錐状、スリット状、扇状の各噴出流形状を形成するための第1のオリフィス62を図示したものであり、それぞれの図における(a)はオリフィスを先端側から見た図、(b)はオリフィスの縦断面図、(c)はオリフィスの横断面図である。
5 to 8 illustrate the
図5は、糸線状の直進流Aを混合場52に噴出するための第1のオリフィス62であり糸線状に形成される。図6は、円錐状の直進流Aを混合場52に噴出するための第1のオリフィス62であり、先端部が開いたラッパ管状に形成される。図7は、薄膜の直進流Aを混合場52に噴出するための第1のオリフィス62であり矩形なスリット状に形成される。図8は、扇状な薄膜の直進流Aを混合場52に噴出するための第1のオリフィス62であり、先端部が扇状に拡径して形成される。
FIG. 5 shows a
なお、ワンジェット混合方式の第1の混合装置12は上述した図3に限定するものではなく、第1の溶液L1と第2の溶液L2とをそれぞれのノズルから該ノズルの口径よりも大径な混合場に噴出して混合反応させると共に混合反応液を前記混合場の径よりも小径な排出口から排出する静的混合装置を使用し、溶液L1と溶液L2の少なくとも一つの溶液を1MPa以上の高圧ジェット流で且つ混合場に流入する時のレイノルズ数が10000以上の乱流として混合場に噴出し、該高圧ジェット流が流れ方向に対して形成する渦粘性が最大になる以前の位置に、残りの溶液を前記高圧ジェット流よりも低い圧力で添加することのできるものであればよい。
The
b)T字型・Y字型
図9及び図10は、T字型・Y字型の第1の混合装置12の断面図であり、図9はT字管、図10はY字管の場合である。
b) T-shaped / Y-shaped FIGS. 9 and 10 are cross-sectional views of the
図9及び図10に示すように、T字管やY字管のような非常に細い配管の交点(混合場)で、第1の溶液L1と第2の溶液L2とを1MPa以上の高圧ジェット流で衝突させることにより両液を瞬時に混合させ、反応した反応液を排出管から短時間で排出する。即ち、第1の添加配管76から第1の溶液L1を1MPa以上の高圧ジェット流で混合場78に噴出させると共に、第2の添加配管80から第2の溶液L2を1MPa以上の高圧ジェット流で混合場78に噴出させて両溶液を衝突させる。衝突によるエネルギーで混合され、混合により反応する反応液LMを排出管82から短時間で排出する。尚、第1の溶液L1と第2の溶液L2の圧力は1MPa以上であれば、同じでも異なっていてもよい。また、第1の添加配管76、第2の添加配管80、及び排出管82の外周にはジャケット84が巻回され、混合場78における第1及び第2の溶液L1、L2との混合反応温度が制御される。
As shown in FIG. 9 and FIG. 10, a high-pressure jet of 1 MPa or more is applied to the first solution L1 and the second solution L2 at the intersection (mixing field) of very thin pipes such as T-shaped tubes and Y-shaped tubes. Both liquids are instantaneously mixed by colliding with a flow, and the reacted reaction liquid is discharged from the discharge pipe in a short time. That is, the first solution L1 is ejected from the
なお、図9、図10の符号84Aはジャケット84の熱媒体入口であり、符号84Bは熱媒体出口である。
9 and 10,
これにより、第1の溶液L1と第2の溶液L2とは適切な混合反応温度条件下で瞬時に且つ効率的に混合して反応し、反応液が直ちに排出管82から排出されるので、微小サイズで単分散性の良い金属微粒子を形成することができる。
As a result, the first solution L1 and the second solution L2 are instantaneously and efficiently mixed and reacted under an appropriate mixing reaction temperature condition, and the reaction solution is immediately discharged from the
c)ツージエット対向型
図11は、T字型に渦粘性の概念を加味した混合法であり、図3と同じ部材には同符号を付して説明する。この混合法は、第1の溶液L1と第2の溶液L2を対向する方向から1MPa以上の高圧ジェット流で、該L1溶液とL2溶液を噴出するノズル径よりも大径な混合場52噴出して衝突させ、両溶液に発生する渦粘性を利用して混合し、反応液LMを混合場52の径よりも小径な排出管58から排出するものである。
c) Two-jet opposed type FIG. 11 shows a mixing method in which the concept of eddy viscosity is added to a T-shape, and the same members as those in FIG. In this mixing method, the first solution L1 and the second solution L2 are jetted from the opposing direction by a high-pressure jet flow of 1 MPa or more, and the mixing
図11の第1の混合装置12は、第1の溶液L1と第2の溶液L2とを混合して反応させる筒状の混合場52が形成された混合器54の一端側開口に、第1の溶液L1を混合場52に導入する第1の導管56が接続されると共に、他端側開口に第2の溶液L2を混合場52に導入する第2の導管60が接続される。また、混合器54の中央部開口には、混合場52で混合されて反応した反応液LMを該混合場52から排出する排出管58が接続される。
The
第1の導管56と第2の導管60の先端内部には、それぞれ第1のオリフィス62と第2のオリフィス64が設けられ、これにより、第1の導管56と第2の導管60には乱流の直進流A1、A2を噴射する第1のノズル66と第2のノズル68が形成される。なお、本実施の形態では、第1のノズル66から第1の溶液L1を噴出し、第2のノズル68から第2の溶液L2を噴出する例で説明するが、逆にしてもよい。
A
また、混合器54の外周にはジャケット70が巻回され、図3で説明したと同様に、混合器54内における第1及び第2の溶液L1、L2との混合反応温度が制御される。
A
また、混合場52の筒径D1、第1のノズル66のオリフィス径D2、第2のノズル68のオリフィス径D3、及びこれらの寸法関係はワンジェット型と同様である。更に、第1及び第2のオリフィス62、64を形成する方法、オリフィス材72の材質、加圧手段もワンジェット型で説明したのと同様である。また、直進流A1、A2の形状もワンジェット型で説明した糸線状、円錐状、スリット状、扇状の各噴出流形状を形成することができる。
The cylinder diameter D1 of the mixing
そして、図12に示すように、第1のノズル66と第2のノズル68から第1の溶液L1と第2の溶液L2とを1MPa以上の高圧ジェット流で混合場52の一方端と他方端から噴出し、対向する乱流の直進流A1、A2として混合場52で衝突させる。この2本の直進流A1、A2によって形成させる2つの渦粘性C、Dをオーバーラップさせることにより溶液L1と溶液L2とを適切な混合反応温度条件下で瞬時に混合され、混合により反応する反応液LMは排出管58から配管36へ直ちに排出される。これにより、微小サイズで単分散性の良い金属微粒子を形成することができる。
Then, as shown in FIG. 12, the first and
かかる混合反応は、対向する乱流の高速な2本の直進流A1、A2によって混合場52に形成されるそれぞれの渦粘性C、Dが最大になった時点で、重なる部分Eが極力大きくなるようにオーバーラップさせることで高性能な混合効率を得るものである。従って、直進流A1、A2は、混合場52に噴出直後で衝突することなく、且つ直進流A1、A2によって混合場52に形成される2つの渦粘性C、Dがオーバーラップする部分Eを極力大きくすることが好ましい。このためには、対向する第1のノズル66と第2のノズル68の離間距離L(図11参照)を、換言すると混合場の長さを適切に設定することが好ましい。このように、第1のノズル66と第2のノズル68の離間距離Lを適切に設定することで、最大になった渦粘性C、D同士のオーバーラップする部分Eを確実に大きくすることができ、2つの渦粘性C、D同士を略完全にオーバーラップさせることも可能である。従って、渦粘性C、Dが最大になる位置を知る必要があるが、渦粘性C、Dが最大になる混合場52の位置は、流動解析ソフトとして既に日本で市販されて流動解析ソフトとして良く知られているアールフロー社製の数値解析ソフト、R−Flowを用いて予めシミュレーションすることで、第1のノズル66から渦粘性Cまでの距離、及び第2のノズル68から渦粘性Dまでの距離を把握することができる。この場合、図12から分かるように、渦粘性C、Dが最大になる位置はピンポイントではなく領域を有する。従って、第1のノズル66と第2のノズル68の離間距離Lは、渦粘性C、Dの最大位置を渦粘性C、Dの略中心部であるポイントP1、P2とし、ポイントP1とポイントP2とを一致させたときの第1のノズル66からポイントP11までと第2のノズル68からポイントP2までの合計値とすればよい。また、ポイントP1、P2を把握する別の方法としては、上記の数値解析ソフトで解析すると、直進流A1、A2による渦粘性C,Dが最大になるポイントP1、P2は直進流A1、A2の流速と関係があり、直進流A1、A2の最大流速(通常は第1又は第2のノズル位置での流速)が1/10に減少する位置に略相当する。従って、直進流A1、A2の最大流速が1/10に減少する位置を計算して、ポイントP1、P2を把握してもよい。このように、渦粘性C、Dが最大になった位置で渦粘性C、D同士をオーバーラップさせることで、直進流A1と直進流A2の液液界面での接触効率を大きくして混合反応性能を向上させる効果の他に、直進流A1と直進流A2が衝突することによる液液摩擦に伴う発熱を抑制する効果もある。
In such a mixing reaction, when the respective eddy viscosities C and D formed in the mixing
高純度の窒素ガス中で下記の操作を行った。なお、本例では、特に還元剤の分解が起こり易い初期反応(図1において、第1の混合装置12における第1、第2の溶液同士の反応)で金属微粒子を生成させるところまでを実験し、得られた金属微粒子の粒子サイズや粒度分布を評価した。
The following operation was performed in high purity nitrogen gas. In this example, an experiment was carried out until metal fine particles were generated in the initial reaction (reaction between the first and second solutions in the
(実施例A)
(1)予備実験1
NaBH4(和光純薬製)5.7gをH2O(脱酸素処理済み)270mLに溶解した還元剤水溶液に、エーロゾルOT278gをデカン(和光純薬製)2700mLに溶解したアルカン溶液を添加、混合して第1の溶液L1の逆ミセル溶液を調製した。第1の溶液L1の還元剤NaBH4の濃度は、26mmol/Lであった。
(Example A)
(1) Preliminary experiment 1
To an aqueous reducing agent solution in which 5.7 g of NaBH 4 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) was dissolved in 270 mL of H 2 O (deoxygenated), an alkane solution in which 278 g of aerosol OT was dissolved in 2700 mL of decane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) was added and mixed Thus, a reverse micelle solution of the first solution L1 was prepared. The concentration of the reducing agent NaBH 4 in the first solution L1 was 26 mmol / L.
三シュウ酸三アンモニウム鉄(Fe(NH4)3(C2O4)3)(和光純薬製)5.3gと塩化白金酸カリウム(K2PtCl4)(和光純薬製)4.8gとを、H2O(脱酸素処理済み)144mLに溶解した金属塩水溶液に、エーロゾルOT(和光純薬製)148gをデカン(和光純薬製)1440mLに溶解したアルカン溶液を添加、混合して第2の溶液L2の逆ミセル溶液を調製した。第2の溶液L2の金属イオン濃度は、8mmol/Lであった。 Triammonium iron oxalate (Fe (NH 4 ) 3 (C 2 O 4 ) 3 ) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 5.3 g and potassium chloroplatinate (K 2 PtCl 4 ) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 4.8 g And an alkane solution in which 148 g of aerosol OT (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) is dissolved in 1440 mL of decane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) is added to and mixed with an aqueous solution of metal salt dissolved in 144 mL of H 2 O (deoxygenated). A reverse micelle solution of the second solution L2 was prepared. The metal ion concentration of the second solution L2 was 8 mmol / L.
第1の溶液L1を調製したとき、常時気泡が発生していた。そこで、この気泡を捕集し、ガスクロマトグラフィーにより分析した結果、H2であることが判明した。NaBH4は、加水分解してH2を発生することが知られていることから、第1の溶液L1の調製時から既にNaBH4の加水分解が進行していることが推察された。 When the first solution L1 was prepared, bubbles were constantly generated. Thus, the bubbles were collected and analyzed by gas chromatography. As a result, it was found to be H 2 . Since it is known that NaBH 4 is hydrolyzed to generate H 2 , it was inferred that the hydrolysis of NaBH 4 has already progressed since the preparation of the first solution L1.
そこで、NaBH4を含有する第1の溶液L1の冷却温度を変えて、NaBH4の加水分解が起こらない領域を調べた。NaBH4の加水分解の有無は、気泡の発生の有無を目視で観察することにより行った。すなわち、第1の溶液L1を100mLビーカーに入れ、マグネチックスターラで一定の回転数(泡が巻き込まれず、液の層分離が起きない程度の回転数)でゆっくりと攪拌し、冷却温度を変えた。この結果、第1の溶液L1を11.5℃以下に冷却すると気泡が発生しなくなることを確認した。 Therefore, the cooling temperature of the first solution L1 containing NaBH 4 was changed, and the region where the hydrolysis of NaBH 4 did not occur was examined. NaBH 4 was hydrolyzed by visually observing whether bubbles were generated. That is, the first solution L1 was put into a 100 mL beaker, and slowly stirred with a magnetic stirrer at a constant rotational speed (a rotational speed at which bubbles were not entrained and no liquid layer separation occurred), and the cooling temperature was changed. . As a result, it was confirmed that bubbles were not generated when the first solution L1 was cooled to 11.5 ° C. or lower.
次に、上記の結果に基づいて、2Lの第1の溶液L1と、1Lの第2の溶液L2と、をタンク内に投入し、10分間低速で混合させて(初期反応させて)、測定用金属ナノ粒子を調製した。このとき、タンク内の溶液の液温を11.5℃に冷却した(実施例1)。そして、得られた金属ナノ粒子の収率、体積平均粒径及び粒径分布を測定した。 Next, based on the above results, 2 L of the first solution L1 and 1 L of the second solution L2 are put into the tank, mixed at a low speed for 10 minutes (initial reaction), and measured. Metal nanoparticles for use were prepared. At this time, the liquid temperature of the solution in the tank was cooled to 11.5 ° C. (Example 1). And the yield, volume average particle diameter, and particle size distribution of the obtained metal nanoparticles were measured.
収率は、理論生成量に対して実際に生成した金属微粒子量とした。実際に生成した金属微粒子量は、ICP分光分析(誘導結合高周波プラズマ分光分析)により測定した。 The yield was the amount of fine metal particles actually produced relative to the theoretical production amount. The amount of metal fine particles actually produced was measured by ICP spectroscopic analysis (inductively coupled high-frequency plasma spectroscopic analysis).
体積平均粒径と粒径分布は、動的光散乱法(日機装(株)製、UPA−EX)により求めた。 The volume average particle size and particle size distribution were determined by a dynamic light scattering method (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., UPA-EX).
比較例1は、タンク内の溶液を冷却しなかった以外は、実施例1と同様にした場合である。 Comparative Example 1 is the same as Example 1 except that the solution in the tank was not cooled.
さらに、実施例2、3及び4は、第1の溶液L1中のNaBH4の濃度を5.7g(26mmol/L)からそれぞれ2.9g(14mmol/L)、1.4g(7mmol/L)、0.7g(3mmol/L)に変更した以外は実施例1と同様にした場合である。この結果を表1に示す。 Further, in Examples 2, 3 and 4, the concentration of NaBH 4 in the first solution L1 was changed from 5.7 g (26 mmol / L) to 2.9 g (14 mmol / L) and 1.4 g (7 mmol / L), respectively. , Except that the amount was changed to 0.7 g (3 mmol / L). The results are shown in Table 1.
さらに、混合前に第1の溶液L1を11.5℃に冷却した場合、NaBH4濃度が7mmol/Lでも収率はほとんど低下しないことがわかった(実施例1〜4)。 Furthermore, when cooling the first solution L1 to 11.5 ° C. prior to mixing, NaBH 4 concentration yields even 7 mmol / L was found to be almost not reduced (Examples 1-4).
また、NaBH4から8電子放出されるとして計算した理論値によると、NaBH4の冷却を行わない比較例1では、理論値の10倍に相当するNaBH4を供給する必要があるのに対して、NaBH4の冷却を行う実施例1〜4では、理論値の約2.5倍に相当するNaBH4を供給する程度で済むことがわかった。 Also, according to theoretical values calculated as being from NaBH 4 8 electron emission, in Comparative Example 1 does not perform the cooling of NaBH 4, whereas it is necessary to supply NaBH 4 equal to 10 times the theoretical value In Examples 1 to 4 where the cooling of NaBH 4 was performed, it was found that it was sufficient to supply NaBH 4 corresponding to about 2.5 times the theoretical value.
以上より、NaBH4を含有する第1の溶液を混合及び反応させる前に冷却することにより、混合場におけるNaBH4の分解を抑制でき、金属ナノ粒子の収率や単分散性を向上できることを確認した。 From the above, by cooling before mixing and reacting the first solution containing NaBH 4 , it is confirmed that the decomposition of NaBH 4 in the mixing field can be suppressed and the yield and monodispersity of the metal nanoparticles can be improved. did.
(2)本実験1
次に、上記予備実験1の結果に基づいて、スタチックミキサ18を除外した図1の第1の混合装置12において、第1、第2の溶液L1、L2同士を混合して初期反応させ、金属ナノ粒子を作製した。
(2) This experiment 1
Next, based on the result of the preliminary experiment 1, in the
温調ジャケット24を調節して、第1の調製タンク16内における第1の溶液L1を11.5℃に冷却した後、第1の混合装置12に供給した(実施例5)。
The
第1の混合装置12としては、第1のオリフィス62が直径0.2mmであり、混合場52の直径D1が4mmであり、混合場52の長さLが90mmであるワンジェット型の混合器を用いた。そして、第1の溶液L1(26mmol/L)を高圧ジェット流で混合場52内に供給し、第2の溶液L2を流量0.05m/秒で混合場52内に供給した。
The
比較例2は、第1の溶液L1を反応前に冷却しなかったこと以外は、実施例5と同様とした場合である。この結果を表2に示す。
(3)予備実験2
図1における第1の混合装置12の混合場を模擬して、高速回転羽根(30mm径、2000rpm)を用いた攪拌タンク内で第1、2の溶液L1、L2を初期反応させて、測定用金属ナノ粒子を調製した。このとき、NaBH4を含有する第1の溶液の冷却温度を変えたときの、混合場におけるNaBH4の分解の有無について検証した。同時に、第1の溶液の冷却に伴う界面活性剤(エーロゾルOT)の析出の有無についても観察した。
(3)
For the measurement, the first and second solutions L1 and L2 are initially reacted in a stirring tank using a high-speed rotating blade (30 mm diameter, 2000 rpm), simulating the mixing field of the
まず、上記実験に先立って、水のみを攪拌タンク内で攪拌して気泡が生じないことを確認した。また、NaBH4を含有する第1の溶液を室温下で攪拌したところ気泡が発生することを確認した。そして、攪拌タンク内における第1の溶液L1の冷却温度を表4のように変えた(実施例6〜9)。この結果を表3に示す。 First, prior to the experiment, it was confirmed that only water was stirred in a stirring tank and no bubbles were generated. Further, it was confirmed that bubbles were generated when the first solution containing NaBH 4 was stirred at room temperature. And the cooling temperature of the 1st solution L1 in a stirring tank was changed as Table 4 (Examples 6-9). The results are shown in Table 3.
一方、第1の調製タンク16での冷却温度を9.0℃以下にすると、約1分経過後に、第1の溶液L1中の界面活性剤(エーロゾルOT)が析出し始めた(実施例6、7)。このような析出を生じたまま混合場52で反応させても、析出物が第1のオリフィス62を詰まらせたり、逆ミセル法における逆ミセルのサイズを不均一化したりする要因となり、好ましくない。
On the other hand, when the cooling temperature in the
このように、界面活性剤の析出を抑制し、且つNaBH4の分解を抑制するためには、1)第1の溶液を調製する段階で、NaBH4の分解を最小限に抑える範囲で界面活性剤が析出しない温度に維持し(第1の冷却工程)、2)混合場52に供給する直前に、混合場52におけるNaBH4の分解温度よりも低い温度に冷却する(第2の冷却工程)、という2段階の冷却ステップを採ることが重要であることがわかった。なお、第2の冷却工程では、温度を下げてから界面活性剤が析出し始めるまでの間にタイムラグがあるため、この第2の冷却工程における第1の溶液の滞留時間を、タイムラグよりも短く設定する必要がある。
Thus, in order to suppress the precipitation of the surfactant and to suppress the decomposition of NaBH 4 , 1) In the step of preparing the first solution, the surface activity is within a range that minimizes the decomposition of NaBH 4. 2) Cooling to a temperature lower than the decomposition temperature of NaBH 4 in the mixing
これにより、調製時には析出を生じることなく均一に攪拌できると共に、混合場においてNaBH4の分解を確実に抑制できる。 Thus, at the time of preparation it is possible uniformly stirred without causing precipitation, can be reliably suppress the decomposition of NaBH 4 in the mixing field.
(4)本実験2
次に、上記知見に基づいて、図1の第1の混合装置12において、第1、第2の溶液L1、L2同士を混合して初期反応させ、金属ナノ粒子を作製した。
(4) This
Next, based on the above knowledge, the first and second solutions L1 and L2 were mixed together in the
実施例12は、第1の調製タンク16内の第1の溶液L1の液温(第1の温度)を、気泡が発生しない臨界温度である11.5℃に冷却した後(第1の冷却工程)、第1の混合装置12に供給する直前に、スタチックミキサ18により第1の温度よりも更に低い液温(第2の温度)に冷却した(第2の冷却工程)場合である。このとき、第2の温度は、上記予備実験2において気泡が発生しなかった温度(8.0℃)とした。
In Example 12, the liquid temperature (first temperature) of the first solution L1 in the
第1の混合装置12としては、前述した本実験(2)と同様に、オリフィス62が直径0.2mmであり、混合場52の直径D1が4mmであり、混合場52の長さLが90mmであるワンジェット型の混合器を用いた。そして、第1の溶液L1(26mmol/L)を高圧ジェット流で混合場52内に供給し、第2の溶液L2を流量0.05m/秒で混合場52内に供給した。
As in the first experiment (2), the
また、第1の溶液L1のスタチックミキサ18内の滞留時間を18秒とし、スタチックミキサ18の出口にて第1の溶液L1の液温をK熱電対により測定できるようにした。
Further, the residence time of the first solution L1 in the
比較例3は、実施例12において、第1の混合装置12の直前に、8.0℃まで冷却する第2の冷却工程を設けなかったこと以外は、実施例12と同様である。
Comparative Example 3 is the same as Example 12 except that the second cooling step for cooling to 8.0 ° C. is not provided immediately before the
さらに、実施例11、12及び13は、第1の溶液L1中のNaBH4の濃度を5.7g(26mmol/L)からそれぞれ2.9g(14mmol/L)、1.4g(7mmol/L)、0.7g(3mmol/L)に変更した以外は実施例10と同様とした場合である。この結果を表4に示す。 Further, in Examples 11, 12, and 13, the concentration of NaBH 4 in the first solution L1 was changed from 5.7 g (26 mmol / L) to 2.9 g (14 mmol / L) and 1.4 g (7 mmol / L), respectively. This is the same as in Example 10 except that the amount was changed to 0.7 g (3 mmol / L). The results are shown in Table 4.
さらに、第1の溶液を第1の冷却工程で11.5℃に冷却し、更に第2の冷却工程で8.0℃に冷却した場合、NaBH4濃度が7mmol/Lでも収率はほとんど低下しないことがわかった(実施例10〜13)。 Furthermore, when the first solution is cooled to 11.5 ° C. in the first cooling step and further cooled to 8.0 ° C. in the second cooling step, the yield is almost reduced even when the NaBH 4 concentration is 7 mmol / L. (Examples 10 to 13).
以上より、NaBH4を含有する第1の溶液を混合及び反応させる前に2段階で冷却することにより、界面活性剤等の析出物が生じるのを抑制しつつ、混合場におけるNaBH4の分解を確実に抑制でき、金属ナノ粒子の収率や単分散性を向上できることが確認できた。 Thus, by cooling in two steps prior to mixing and reacting the first solution containing NaBH 4, while suppressing the precipitation such as a surfactant occurs, the decomposition of NaBH 4 in the mixing field It was confirmed that it could be reliably suppressed and the yield and monodispersity of the metal nanoparticles could be improved.
(実施例B)
(1)予備実験
NaBH4(和光純薬製)5.7gをH2O(脱酸素処理済み)270mLに溶解した還元剤水溶液に、エーロゾルOT278gをデカン(和光純薬製)2700mLに溶解したアルカン溶液を添加、混合して第1の溶液L1の逆ミセル溶液を調製した。第1の溶液L1の還元剤NaBH4の濃度は、26mmol/Lであった。
(Example B)
(1) Preliminary experiment Alkane dissolved in 2700 mL of decane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) in a reducing agent aqueous solution prepared by dissolving 5.7 g of NaBH 4 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) in 270 mL of H 2 O (deoxygenated). The solution was added and mixed to prepare a reverse micelle solution of the first solution L1. The concentration of the reducing agent NaBH 4 in the first solution L1 was 26 mmol / L.
三シュウ酸三アンモニウム鉄(Fe(NH4)3(C2O4)3)(和光純薬製)5.3gと塩化白金酸カリウム(K2PtCl4)(和光純薬製)4.8gとを、H2O(脱酸素処理済み)144mLに溶解した金属塩水溶液に、エーロゾルOT(和光純薬製)148gをデカン(和光純薬製)1440mLに溶解したアルカン溶液を添加、混合して第2の溶液L2の逆ミセル溶液を調製した。第2の溶液L2の金属イオン濃度は、8mmol/Lであった。 Triammonium iron oxalate (Fe (NH 4 ) 3 (C 2 O 4 ) 3 ) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 5.3 g and potassium chloroplatinate (K 2 PtCl 4 ) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 4.8 g And an alkane solution in which 148 g of aerosol OT (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) is dissolved in 1440 mL of decane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) is added to and mixed with an aqueous solution of metal salt dissolved in 144 mL of H 2 O (deoxygenated). A reverse micelle solution of the second solution L2 was prepared. The metal ion concentration of the second solution L2 was 8 mmol / L.
NaBH4の加水分解速度はpHに依存し、特にpHが7以下で加水分解速度が大きくなることが知られている。そこで、第1の溶液L1のpHを変えたときのNaBH4の加水分解(気泡の発生)の有無を観察した。この結果、第1の溶液L1(pH無調整時、pH:11.3)200mLに、NaOH(1規定)を0.6mL添加してpHを12にしたとき、NaBH4の加水分解による気泡は発生しなかった。 It is known that the hydrolysis rate of NaBH 4 depends on the pH, and the hydrolysis rate increases particularly when the pH is 7 or less. Therefore, the presence or absence of hydrolysis (generation of bubbles) of NaBH 4 when the pH of the first solution L1 was changed was observed. As a result, when 0.6 mL of NaOH (1N) was added to 200 mL of the first solution L1 (pH unadjusted, pH: 11.3) to adjust the pH to 12, bubbles due to hydrolysis of NaBH 4 were Did not occur.
(2)本実験
次に、上記の結果に基づいて、図2の第1の混合装置12において、第1、第2の溶液L1、L2同士を混合して初期反応させ、金属ナノ粒子を作製した。
(2) This experiment Next, based on said result, in the
図2のpH調整部46において、第1の溶液L1のpHを12に調整した(実施例14)。
In the
第1の混合装置12としては、前述した実施例Aと同様に、オリフィス62が直径0.2mmであり、混合場52の直径D1が4mmであり、混合場52の長さLが90mmであるワンジェット型の混合器を用いた。そして、第1の溶液L1(26mmol/L)を高圧ジェット流で混合場52内に供給し、第2の溶液L2を流量0.05m/秒で混合場52内に供給した。
As the
実施例15、16は、混合前の第1の溶液L1のpHをそれぞれ13、14に調整した以外は実施例14と同様にした場合である。 Examples 15 and 16 are the same as Example 14 except that the pH of the first solution L1 before mixing was adjusted to 13 and 14, respectively.
比較例4は、混合前にpHの調整を行わなかった以外は実施例14と同様にした場合である。この結果を表5に示す。 Comparative Example 4 is the same as Example 14 except that the pH was not adjusted before mixing. The results are shown in Table 5.
以上より、第1、第2の溶液を混合場において混合及び反応させる前に、第1の溶液L1のpHを調製しておくことにより、NaBH4の加水分解速度を低減でき、収率を向上できることがわかった。 From the above, by adjusting the pH of the first solution L1 before mixing and reacting the first and second solutions in the mixing field, the hydrolysis rate of NaBH 4 can be reduced and the yield is improved. I knew it was possible.
10、10’…連続製造装置、12…第1の混合装置、14…第2の混合装置、16…第1の調製タンク、18…スタチックミキサ、20…制御手段(温度)、22…第2の調製タンク、23…第3の調製タンク、24、25…温調ジャケット、27、29…温度測定部、46…pH調整部、47…pH測定部、48…制御手段(pH)、52…混合場
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記第1の溶液を調製すると共に、該調製した第1の溶液を前記析出性物質の析出温度よりも高く且つ前記還元剤の分解温度よりも低い第1の温度に予め冷却しておく第1冷却工程と、
前記混合工程の直前で、前記第1の溶液を前記第1の温度よりも低い第2の温度まで冷却する第2冷却工程と、の2段階冷却を行うことを特徴とする金属微粒子の製造方法。 A first solution containing at least a decomposable reducing agent and a depositing substance and a second solution containing metal atoms or metal ions for producing metal fine particles are mixed and reacted by a liquid phase method to produce metal fine particles. A method for producing metal fine particles comprising a mixing step to form,
First preparing the first solution and precooling the prepared first solution to a first temperature higher than the precipitation temperature of the precipitating substance and lower than the decomposition temperature of the reducing agent. A cooling process;
Immediately before the mixing step, two-stage cooling is performed, wherein the first solution is cooled to a second temperature lower than the first temperature. .
前記第1の溶液は、前記析出性物質として界面活性剤を含有する非水溶性有機溶媒と前記還元剤を含有する還元剤水溶液とを混合した逆ミセル溶液(溶液L1)であり、且つ前記第2の溶液は、界面活性剤を含有する非水溶性有機溶媒と前記金属原子又は金属イオンを含有する金属塩水溶液とを混合した逆ミセル溶液(溶液L2)であることを特徴とする請求項1又は2に記載の金属微粒子の製造方法。 The liquid phase method is a reverse micelle method,
The first solution is a reverse micelle solution (solution L1) obtained by mixing a water-insoluble organic solvent containing a surfactant as the depositing substance and a reducing agent aqueous solution containing the reducing agent. 2. The solution 2 is a reverse micelle solution (solution L2) obtained by mixing a water-insoluble organic solvent containing a surfactant and a metal salt aqueous solution containing the metal atom or metal ion. Or the manufacturing method of the metal microparticle of 2.
前記混合工程の前に、前記第1の溶液のpHを前記還元剤の分解しないpH領域に調整するpH調整工程を備えたことを特徴とする金属微粒子の製造方法。 A mixing step in which a first solution containing at least a decomposable reducing agent and a second solution containing metal atoms or metal ions for producing metal fine particles are mixed and reacted by a liquid phase method to form metal fine particles. A method for producing fine metal particles comprising:
A method for producing metal fine particles, comprising a pH adjusting step of adjusting the pH of the first solution to a pH region in which the reducing agent is not decomposed before the mixing step.
前記第1の溶液を調製すると共に調製された第1の溶液を予め冷却しておく1段目の第1冷却部と、
前記混合部の直前に設けられ、前記第1の冷却部での冷却された第1の溶液を冷却する2段目の第2冷却部と、
前記第1冷却部と前記第2冷却部における冷却温度を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする金属微粒子の製造装置。 A first solution containing at least a decomposable reducing agent and a depositing substance and a second solution containing metal atoms or metal ions for producing metal fine particles are mixed and reacted by a liquid phase method to produce metal fine particles. An apparatus for producing metal fine particles having a mixing part to be formed,
A first cooling unit for preparing the first solution and precooling the prepared first solution;
A second cooling unit in a second stage that is provided immediately before the mixing unit and cools the cooled first solution in the first cooling unit;
An apparatus for producing fine metal particles, comprising: a control unit that controls a cooling temperature in the first cooling unit and the second cooling unit.
前記混合部の直前に設けられ、前記第1の溶液のpHを調整するpH調整部と、
前記第1の溶液を前記還元剤が分解しないpH領域になるように前記pH調整部を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする金属微粒子の製造装置。 A mixing section for forming metal fine particles by mixing and reacting a first solution containing at least a decomposable reducing agent and a second solution containing metal atoms or metal ions for producing metal fine particles by a liquid phase method; An apparatus for producing fine metal particles comprising:
A pH adjusting unit that is provided immediately before the mixing unit and adjusts the pH of the first solution;
Control means for controlling the pH adjuster so that the first solution is in a pH region where the reducing agent is not decomposed;
An apparatus for producing metal fine particles, comprising:
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