JP2009184923A - 金属の熱分解法により得られたナノ程度の酸化物の製造法 - Google Patents

Abstract

【課題】極めて高い蒸発温度を使用する必要がなく、僅かなクロリド含量および１〜６００ｍ²／ｇのＢＥＴ表面積を有するナノ程度の熱分解法酸化物を製造する。
【解決手段】金属有機物質を溶剤中で溶解し、火焔内で、２００℃を超える温度で酸化物に変換する。
【選択図】なし

Description

本発明は、熱分解法により得られたナノ程度の酸化物の製造法に関する。

熱分解法酸化物を蒸発可能な金属クロリドの焔内加水分解によって製造するか、或いはメタロイドクロリドから製造することは、公知である（Ullmanns Enzyklopaedie der technischen Chemie, 第４版, 第21巻, 第44頁（1982）)。

この種の得られた生成物は、特に塩基性酸化物の際に高いクロリド含量を有するという欠点をもっている。それというのも、この生成物は、極めて不完全に脱酸されうるからである。この場合、種々の酸化物の場合には、次のクロリド含量が典型的である：二酸化チタン：約３０００ｐｐｍ、酸化アルミニウム：約５０００ｐｐｍおよび酸化ジルコニウム：約６０００ｐｐｍ。

脱酸の間の著しい温度上昇は、不可能である。それというのも、この結果、強すぎる熱負荷が現出し、望ましくない表面損失をまねくことになるであろうからである。

他面、クロリドを十分に除去することは、望ましいことである。それというのも、このクロリドの残留含量は、酸化物の使用の際に腐蝕の問題をまねくからである。

更に、熱分解法酸化物を製造するための公知の方法は、出発物質を気相に変換することができるようにするために、例えば塩化アルミニウムまたは四塩化ジルコニウムの場合に極めて高い蒸発温度を使用しなければならないという欠点を有する。この蒸発条件は、製造装置の材料に対して極めて高度に設定され、ひいては極めて高価な要求が課される。

Ullmanns Enzyklopaedie der technischen Chemie, 第４版, 第21巻, 第44頁（1982）

それによって、僅かなクロリド含量および１〜６００ｍ²／ｇのＢＥＴ表面積を有するナノ程度の熱分解法酸化物を製造するという課題が課され、この場合前記の欠点は、生じることがない。

本発明の対象は、熱分解法により得られた、金属のナノスケールの酸化物である、１〜６００ｍ²／ｇのＢＥＴ表面積および０．０５質量％未満の全クロリド含量を有する熱分解法により得られた無定形酸化アルミニウム、または１〜６００ｍ²／ｇのＢＥＴ表面積および０．０５質量％未満の全クロリド含量を有する熱分解法により得られたα−酸化アルミニウムを製造する方法であり、この方法は、金属有機物質を溶剤中で溶解し、火焔内で、２００℃を超える温度で酸化物に変換することによって特徴付けられる。

エダクトは、メタロイド有機純粋物質および／または金属有機純粋物質であるかまたはこれらの任意の混合物であることができるか、或いは有機溶剤中の溶液として使用されることができる。

本発明による方法は、図１に略示されている。

本発明による方法を用いた場合には、例えば次の酸化物を得ることができる：
０．０５質量％未満のクロリド含量を有する熱分解法により得られた酸化ジルコニウム。
熱分解法により得られた無定形酸化アルミニウム。
熱分解法により得られたα−酸化アルミニウム。
ルチル構造を有する熱分解法により得られた二酸化チタン。

適当な金属有機化合物および／またはメタロイド有機化合物は、極めて微細に分布された噴霧材料よりも流動性の形で高温反応空間に供給されることができ、この場合には、有利に閉鎖された流動管として構成されている高温反応空間内で２００℃を超える温度で粒子形成を行なうことができ、その際高温反応空間にキャリヤーガスとして不活性または反応性のガスを付加的に供給することができ、粉末の取得は、ガス−固体分離の公知の方法によってフィルター、サイクロン、洗浄器または別の適当な分離器を用いて行なうことができる。

このために、有機溶剤中の金属有機物質および／またはメタロイド有機物質（前駆物質）の溶液、または純粋な物質（前駆物質）は、場合によっては火焔内で、よりいっそう高い温度、場合によっては２００℃を超える温度で酸化物に変換することができる。

前駆物質としては、型ＭｅＲの化合物を使用することができ、この場合Ｒは、有機基、例えばメチル、エチル、ブチル、または相応するアルコキシ変形または硝酸イオンであり、Ｍｅは、金属またはメタロイド、例えばＳｉ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙ、Ｂ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、ＡｇまたはＰｔを表わす。

溶剤としては、有機溶剤、例えばアルコール、例えばプロパノール、ｎ−ブタノール、イソプロパノール、および／または水を使用することができる。

前駆物質は、１〜１００００バール、有利に２〜１００バールの圧力で供給されることができる。

前駆物質のダスト化は、超音波噴霧器を用いて実施されることができる。

温度は、無定形粒子およびコンパクトな球に対して少なくとも２００℃であることができる。

１８００℃〜２４００℃の温度で微細な粒子を達成することができる。

本発明による方法の利点は、前駆物質がガス状でなく、液状で燃焼室中に供給されうることである。この場合には、少なくとも１つの一物質流ノズルによって１００００バールまでの圧力で極めて微細な液滴噴霧物質（ノズル中の圧力に応じての平均液滴寸法１未満ないし５００μｍ）を発生させることができ、次にこの液滴噴霧物質は、燃焼され、その際に酸化物が固体として発生する。

更に、少なくとも１つの二物質流ノズルを１００バールまでの圧力で使用することができる。

液滴の発生は、１つ以上の二物質流ノズルを使用することによって行なうことができ、この場合二物質の噴霧の際に使用されるガスは、反応性であってもよいし、不活性であってもよい。

二物質流ノズルを使用する場合には、液滴をガス噴流で発生させるという利点が明らかになる。このガス噴流は、酸素もしくは窒素または式（ＭｅＣｌｘ、例えば四塩化珪素（Ｍｅは金属またはメタロイドに相当する）、Ｈ_２、ＣＨ_４）の別の反応性ガスを含有することができる。それによって、酸化剤と前駆物質との極めて強力な混合を達成することができる。また、迅速な反応を保証するために、前駆物質が反応性でないか、または前駆物質の蒸気圧が十分な高さでない場合には、液滴の直接の環境中で付加的な燃料の供給を可能にする。

溶剤中の金属有機前駆物質を使用することによって、式ＭｅＲ（前駆物質）の種々の化合物からの均質な溶剤混合物は、相応するクロリド貧有の熱分解法混合酸化物を得るために、任意の濃度比で簡単に得ることができ、有利には流体の形で火焔に供給されることができる。本発明による方法を用いた場合には、先に原料の著しく異なる蒸発比のために劣悪であったかまたは合成不可能であった混合酸化物は、簡単に入手することができる。

本発明による方法のもう１つの利点は、液状前駆物質を別の液状前駆物質と混合することができるだけでなく、場合によっては微細な粒子、例えば熱分解法酸化物、例えばアエロジル、沈降珪酸を前駆物質中に分散させることができ、それによって反応の際に前駆物質中で分散された粒子の被膜を得ることができる。

酸化物への前駆物質の反応は、有利に爆鳴気火焔内で行なうことができる。水素以外に、他の燃焼可能なガス、例えばメタン、プロパン、エタンを使用することができる。

金属有機前駆物質それ自体は、良好な燃料であるので、本発明による方法のもう１つの利点は、支持火焔を完全に不用にし、ひいては例えば水素を高価な原料として節約することができることにある。

更に、空気量の変化（燃焼のため）および／またはノズルパラメーターの変化によって、酸化物の性質、例えばＢＥＴ表面積に影響を及ぼすことができる。

金属および／またはメタロイドの熱分解法により得られた本発明によるクロリド貧有の酸化物は、充填剤として、担持材料として、触媒活性物質として、分散液を製造するための出発物質として、電気工業において金属ディスクもしくはシリコンディスクを研磨するための研磨材料として（ＣＭＰの使用）、セラミック基礎材料として、化粧工業において、シリコーン工業およびゴム工業における添加剤として、流体系のレオロジーを調節するため、熱保護安定化のため、塗料工業において、有色顔料として、断熱材料として、粘着防止剤として使用されてよい。

本発明により使用可能な燃焼装置は、図２に略示されている。

金属および／またはメタロイドの熱分解法により得られたナノ程度の酸化物および／または混合酸化物を製造するための本発明による方法を示す略図。 本発明による方法を実施するのに使用可能な燃焼装置を示す略図。

例１
３％（試験１）または７．５％（試験２）の水溶液としての硝酸アルミニウム、もしくは液状アルミニウムトリ−第二ブチラート（試験３および４）を圧縮空気およびノズル（直径０．８ｍｍ）を用いて反応管内に噴霧するか、または試験２の場合には、噴霧器（直径１．１ｍｍ）を用いて反応管内に噴霧する。この場合には、水素、空気および／または酸素混合物からなる爆鳴気火焔が燃焼する。火焔の下方０．５ｍでの温度は、２５０〜１２５０℃である。酸化アルミニウムは、フィルター内で析出される。結果は、第２表に示されている。

Claims (5)

1. 熱分解法により得られた、金属のナノスケールの酸化物である、１〜６００ｍ²／ｇのＢＥＴ表面積および０．０５質量％未満の全クロリド含量を有する熱分解法により得られた無定形酸化アルミニウム、または１〜６００ｍ²／ｇのＢＥＴ表面積および０．０５質量％未満の全クロリド含量を有する熱分解法により得られたα−酸化アルミニウムを製造する方法において、金属有機物質を溶剤中で溶解し、火焔内で、２００℃を超える温度で酸化物に変換することを特徴とする、熱分解法により得られた、金属のナノスケールの上記の酸化物を製造する方法。
2. 適当な金属有機化合物を、極めて微粒状の噴霧材料よりも流動性の形で高温反応空間に供給し、有利に閉鎖された流動管として構成されている高温反応空間内で２００℃を超える温度で粒子形成を行ない、その際高温反応空間にキャリヤーガスとして不活性または反応性のガスを付加的に供給し、粉末の取得をガス−固体分離の公知の方法によってフィルター、サイクロン、洗浄器または別の適当な分離器を用いて行なう、請求項１記載の方法。
3. エダクトが金属有機純粋物質であるか、或いは有機溶剤中の溶液として使用されるかまたは水溶液として使用される、請求項１記載の方法。
4. 液滴を少なくとも１つの一物質流ノズルの使用によって１００００バールまでの圧力で発生させる、請求項１記載の方法。
5. 液滴を１つ以上の二物質流ノズルの使用によって発生させ、この場合２つの物質のダスト化の際に使用されるガスは、反応性であってもよいし、不活性であってもよい、請求項１記載の方法。

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