JP2010168606A - Method for producing particle, and reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生産性が高い粒子の製造方法及び反応装置に関する。 The present invention relates to a method for producing particles and a reaction apparatus with high productivity.
直径がナノオーダーの粒子であるナノ粒子は、直径がミクロンオーダー以上の粒子とは異なる特性を示すため、近年盛んに研究されている。ナノ粒子を製造する方法の一つとして、有機金属を用いたOnepod合成法がある。この方法はバッチ式処理であり、有機金属及び安定化剤(例えば脂肪酸など)を合成容器内で混合して加熱し、一定時間還流を行う方法である(非特許文献1,2及び特許文献1参照)。しかし、この方法は生産性が低いという欠点を有する。 Nanoparticles having a diameter on the order of nanometers have been actively studied in recent years because they exhibit different characteristics from particles having a diameter of the order of micron or more. One of the methods for producing nanoparticles is a Onepod synthesis method using an organic metal. This method is a batch type treatment, in which an organic metal and a stabilizer (for example, fatty acid) are mixed and heated in a synthesis vessel, and refluxed for a certain time (Non-patent Documents 1 and 2 and Patent Document 1). reference). However, this method has the disadvantage of low productivity.
また特許文献2,3には、一定温度に加熱した反応容器内に原料を流動させることにより、微粒子を連続的に製造する方法が開示されている。 Patent Documents 2 and 3 disclose a method for continuously producing fine particles by flowing a raw material into a reaction vessel heated to a constant temperature.
微粒子を製造する場合、連続製造方法よりバッチ式処理のほうが再現性が高く、最適な製造条件を見出すのが容易である。しかし、特許文献2及び3に記載の方法は、反応条件がバッチ式処理と本質的に異なっているため、バッチ式処理における知見を適用することができなかった。このため、生産性の高い連続製造方法において、最適な製造条件を見出すことは難しかった。 When producing fine particles, batch processing is more reproducible than continuous production methods, and it is easier to find optimum production conditions. However, in the methods described in Patent Documents 2 and 3, the reaction conditions are essentially different from those of batch processing, and thus knowledge in batch processing cannot be applied. For this reason, it has been difficult to find optimum production conditions in a continuous production method with high productivity.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、連続製造方法であり、かつバッチ式処理における知見を適用することができる粒子の製造方法及び反応装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said situation, The place made into the objective is a continuous manufacturing method, and provides the manufacturing method and reaction apparatus of the particle | grains which can apply the knowledge in batch type processing. It is in.
本発明によれば、上流から下流に向かって昇温する方向の温度勾配を少なくとも一部に有する反応流路に、粒子の前駆体を含む原料流体を導入し、前記前駆体を前記反応流路で流動させつつ昇温して反応させることにより粒子を生成する粒子の製造方法が提供される。 According to the present invention, a raw material fluid containing a particle precursor is introduced into a reaction channel having at least a part of a temperature gradient in a direction in which the temperature rises from upstream to downstream, and the precursor is introduced into the reaction channel. There is provided a method for producing particles that generates particles by reacting by raising the temperature while flowing.
本発明によれば、原料流体が流れる反応流路と、
前記反応流路の少なくとも一部に、上流から下流に向かって昇温する方向の温度勾配を設けるヒータと、
前記反応流路における前記原料流体の流速を用いて前記ヒータを制御し、前記反応流路における前記温度勾配を定める制御部と、
を備える反応装置が提供される。
According to the present invention, a reaction channel through which a raw material fluid flows;
A heater that provides a temperature gradient in a direction of increasing temperature from upstream to downstream in at least a part of the reaction flow path;
A controller that controls the heater using a flow rate of the raw material fluid in the reaction flow path, and determines the temperature gradient in the reaction flow path;
Is provided.
本発明によれば、連続製造方法において、バッチ式処理における知見を適用することができる。 According to the present invention, knowledge in batch processing can be applied in a continuous manufacturing method.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
図1は、実施形態に係る粒子の製造方法に用いる反応装置の構成を示す図であり、図2は図1のA−A´断面図である。この反応装置は、反応流路110、複数のヒータ380、及び制御部400を備える。反応流路110には原料流体が流れる。原料流体には、粒子の前駆体が含まれる。複数のヒータ380は、反応流路110を加熱することにより、反応流路110の少なくとも一部に、上流から下流に向かって昇温する方向の温度勾配を設ける。制御部400は、反応流路110における原料流体の流速(例えば後述するモータ360の回転速度)を用いてヒータ380を制御し、反応流路110における上記した温度勾配を定める。反応流路110は、例えば反応管である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a reaction apparatus used in a method for producing particles according to an embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. This reaction apparatus includes a
この反応装置によれば、上流から下流に向かって昇温する方向の温度勾配を少なくとも一部に有する反応流路110に、粒子の前駆体を含む原料流体を導入し、前駆体を反応流路110で流動させつつ昇温して反応させることにより粒子を生成することができる。
According to this reaction apparatus, the raw material fluid containing the particle precursor is introduced into the
反応装置で生成される粒子は、例えば鉄白金、コバルト白金及びニッケル白金などの遷移金属を含む合金粒子、又は鉄、コバルト、ニッケル、白金、パラジウムなどの金属粒子であり、その直径は、例えば50nm以下である。なお、粒子の直径の下限値は、例えば1nmである。例えば反応装置で金属粒子を生成する場合、前駆体は、例えば鉄アセチルアセトレート、白金アセチルアセトレート、鉄カルボニルなどの有機金属であるが、金属の塩化物も使用可能である。そして原料流体は、例えば前駆体を溶媒(例えばオレイン酸やオレイルアミン)に添加したものであり、その粘度は略溶媒の粘度と等しくなる。 The particles generated in the reactor are, for example, alloy particles containing transition metals such as iron platinum, cobalt platinum, and nickel platinum, or metal particles such as iron, cobalt, nickel, platinum, and palladium, and the diameter thereof is, for example, 50 nm. It is as follows. The lower limit of the particle diameter is, for example, 1 nm. For example, when producing metal particles in a reactor, the precursor is an organic metal such as iron acetylacetolate, platinum acetylacetolate, or iron carbonyl, but metal chlorides can also be used. The raw material fluid is obtained by adding a precursor to a solvent (for example, oleic acid or oleylamine), for example, and its viscosity is substantially equal to the viscosity of the solvent.
反応装置において、原料流体は、原料流体供給部320に初期温度に調整されて保持されており、原料流体供給部320から原料流体導入口102を介して反応流路110に導入される。前駆体が有機金属である場合、反応流路110には、さらに還元剤が導入される。還元剤は、還元剤供給部340に所定の温度に調整されて保持されており、還元剤供給部340から還元剤導入口104を介して反応流路110に導入される。還元剤導入口104は、反応流路110において原料流体導入口102より距離L1ほど下流側に設けられている。この部分は、反応流路110のうち下流側に向けて温度が上昇する方向の温度勾配を有する領域内に位置している。
In the reaction apparatus, the raw material fluid is adjusted to an initial temperature and held in the raw material
反応装置の反応流路110内には送液機構としてのスクリュー120が配置されている。スクリュー120は反応流路110の長手方向に延伸しており、モータ360を動力源として回転する。スクリュー120が回転すると、反応流路110内の原料流体は攪拌されつつ、上流側から下流側に流動し、取出口106から排出される。モータ360の回転速度は制御部400によって制御されている。制御部400は、モータ360の回転速度に基づいて、原料流体の流速を把握することができる。
A
原料流体は、反応流路110内を流動するときに昇温する。そして制御部400は、原料流体の目標昇温速度を算出するためのデータを保持しており、このデータ及び流速を用いて複数のヒータ380を互いに独立して制御し、反応流路110における温度勾配を定める。具体的には、制御部400は、原料流体が反応流路110内を流動しているときの昇温速度が目標昇温速度になるように、反応流路110における温度勾配を定める。
The temperature of the raw material fluid rises when flowing in the
原料流体の目標昇温速度を算出するためのデータは、例えば以下のようにして得ることができる。まず、バッチ式の反応容器において、昇温速度及び加熱温度をパラメータとして、原料流体を昇温および加熱保持することにより、原料流体に含まれる前駆体を反応させて粒子を生成する予備実験を行なう。これにより、バッチ式処理における最適条件としての昇温速度、加熱温度、および加熱温度保持時間を定めることができる。このとき制御部400は、反応流路110における温度勾配を、予備実験において見出された、最適条件としての昇温速度、加熱温度、及び加熱温度保持時間、並びに反応流路110内における原料流体の流速(例えばモータ360の回転速度)に基づいて定める。
Data for calculating the target temperature increase rate of the raw material fluid can be obtained as follows, for example. First, in a batch-type reaction vessel, a preliminary experiment is performed in which the precursor fluid contained in the raw material fluid is reacted to generate particles by heating and holding the raw material fluid using the temperature increase rate and the heating temperature as parameters. . Thereby, the temperature increase rate, heating temperature, and heating temperature holding time as optimum conditions in batch processing can be determined. At this time, the
反応流路110には、複数のガス取出口200が設けられている。複数のガス取出口200は、反応流路110の長手方向に互いに離間して設けられている。ガス取出口200それぞれには、ガス成分分析部210が取り付けられている。ガス成分分析部210は、取り出された反応流路の雰囲気ガスに含まれるガスの成分、例えば有機ガスの濃度を分析する。ガス成分分析部210の分析結果は制御部400に出力される。制御部400は、複数のガス取出口200それぞれのガス成分分析部210から分析結果を受信し、分析結果から、反応流路110の長手方向におけるガス成分の分布(例えば有機ガスの濃度の分布)を把握して、これに基づいて粒子の生成の有無を判断する。
A plurality of
なお、図2に示す断面において、反応流路110は、原料流体が流動する円形の本体部112の上部に、パージガスが流動する縦長のガス流路114を設けた構成を有している。上記したスクリュー120は、本体部112内を延伸している。ガス流路114の最上流部には、パージガス導入口108が設けられている。ガス流路114には、パージガス導入口108から不活性ガスであるパージガス(例えばアルゴンガス)が導入される。そしてガス取出口200は、ガス流路114を流れるガスを取り出す。
In the cross section shown in FIG. 2, the
図3は、バッチ式の反応容器を用いた予備実験の手順の一例を示すフローチャートである。まず、前駆体(例えば有機金属)を含む原料流体を、バッチ処理容器(例えばフラスコ)に導入する(ステップS10)。原料流体の温度は初期温度T0に設定されている。次いで、バッチ処理容器の中を不活性ガス(例えばアルゴンガス)でパージしつつ排気を行なっている状態で、バッチ処理容器内を攪拌しながら原料流体の加熱を開始する(ステップS20)。そして、バッチ処理容器から排出されるパージガスに含まれる特定成分(例えば有機成分)の濃度の測定を開始する(ステップS30)。 FIG. 3 is a flowchart showing an example of a preliminary experiment procedure using a batch-type reaction vessel. First, a raw material fluid containing a precursor (for example, an organic metal) is introduced into a batch processing container (for example, a flask) (step S10). Temperature of the raw material fluid is set to an initial temperature T 0. Next, in a state where the inside of the batch processing container is purged with an inert gas (for example, argon gas) and evacuated, the heating of the raw material fluid is started while stirring the inside of the batch processing container (step S20). And the measurement of the density | concentration of the specific component (for example, organic component) contained in the purge gas discharged | emitted from a batch processing container is started (step S30).
そして、バッチ処理容器の温度すなわち原料流体の温度が予め定められている第1の温度T1になった時点で、バッチ処理容器内に還元剤を添加する(ステップS40)。そして、加熱開始から時間t1後に、原料流体は第1の温度T1より高い第2の温度T2に昇温し、その後、第2の温度T2に維持される(ステップS45)。そして、パージガス中の特定成分(例えば有機成分)に急激な増加が見られるか否かを測定する(ステップS50)。特定成分の急激な増加が見られない場合(ステップS50:No)、設定した製造条件(温度T0、第1の温度T1、時間t1、及び第2の温度T2)が不適切であり、粒子の製造に失敗したと判断する。その後、製造条件を変更した上で、ステップS10に戻る。 Then, when the temperature of the batch processing container, that is, the temperature of the raw material fluid has reached a first temperature T 1 that is determined in advance, a reducing agent is added into the batch processing container (step S40). Then, after time t 1 from the start of heating, the raw material fluid is heated to the second temperature T 2 higher than the first temperature T 1 and then maintained at the second temperature T 2 (step S45). Then, it is measured whether or not a rapid increase is observed in a specific component (for example, an organic component) in the purge gas (step S50). When the specific component does not increase rapidly (step S50: No), the set manufacturing conditions (temperature T 0 , first temperature T 1 , time t 1, and second temperature T 2 ) are inappropriate. Yes, it is judged that the production of the particles has failed. Then, after changing manufacturing conditions, it returns to step S10.
特定成分の急激な増加が見られた場合(ステップS50:Yes)、設定した製造条件(初期温度T0、第1の温度T1、時間t1、及び第2の温度T2)が適切であり、粒子の製造に成功したと判断する。そして、特定成分の急激な増加が開始してから時間t2以上第2の温度T2を保つ(ステップS60)。特定成分の量が減少し、一定値になったら(ステップS70:Yes)、バッチ処理容器の加熱を停止し、バッチ処理容器を冷却する(ステップS80)。そしてバッチ処理容器に有機溶剤(例えばヘキサン)を加え、原料流体を取り出す(ステップS90)。そして原料流体を精製することにより、粒子を抽出する(ステップS100)。 When a sharp increase in the specific component is observed (step S50: Yes), the set manufacturing conditions (initial temperature T 0 , first temperature T 1 , time t 1 , and second temperature T 2 ) are appropriate. It is judged that the particles were successfully produced. Then, keeping the time t 2 than the second temperature T 2 from the start of the rapid increase of the specific component (step S60). When the amount of the specific component decreases and reaches a certain value (step S70: Yes), the heating of the batch processing container is stopped and the batch processing container is cooled (step S80). And an organic solvent (for example, hexane) is added to a batch processing container, and raw material fluid is taken out (step S90). Then, the particles are extracted by purifying the raw material fluid (step S100).
このようにして、バッチ処理における初期温度T0、還元剤を投入するときの温度である第1の温度T1、反応を持続させる温度である第2の温度T2、初期温度T0から第2の温度T2に昇温するまでの時間である第2の時間t1、及び第2の温度T2を維持する時間である第2の時間t2が定まる。次いで、これらの条件に基づいて、図1及び図2に示した反応装置の仕様が以下の各式に基づいて定められる。 In this way, the initial temperature T 0 in the batch processing, the first temperature T 1 that is the temperature when the reducing agent is charged, the second temperature T 2 that is the temperature for maintaining the reaction, and the initial temperature T 0 to the first temperature T 0 . The second time t 1 that is the time until the temperature T 2 is raised to the second temperature T 2 and the second time t 2 that is the time for maintaining the second temperature T 2 are determined. Next, based on these conditions, the specifications of the reactor shown in FIGS. 1 and 2 are determined based on the following equations.
原料流体の流速v=(反応流路の全長L)/(t1+t2)・・・(1)
温度勾配dT/dL=(T2―T1)・(t1+t2)/(L・t1)・・・(2)
距離L1=(T1―T0)・(dT/dL)−1・・・(3)
第2の温度T2に昇温する位置L2=L/(t1+t2)×t1・・・(4)
Flow rate of raw material fluid v = (total length L of reaction channel) / (t 1 + t 2 ) (1)
Temperature gradient dT / dL = (T 2 −T 1 ) · (t 1 + t 2 ) / (L · t 1 ) (2)
Distance L 1 = (T 1 −T 0 ) · (dT / dL) −1 (3)
Position L 2 = L / (t 1 + t 2 ) × t 1 (4) where the temperature is raised to the second temperature T 2
図1及び図2に示した反応装置において、還元剤導入口104の位置は、上記した式(3)に基づいて定められる。また制御部400は、式(1)で算出された値に従ってモータ360を制御し、式(2)及び式(4)で算出された値に従って、複数のヒータ380の出力を制御する。
In the reaction apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 2, the position of the reducing agent inlet 104 is determined based on the above equation (3). Further, the
図4は、図3に示した処理を行なったときの、原料流体の温度及びパージガス中の特定成分の時間変化の一例を示すグラフである。本図に示すように、原料流体の温度がある温度に達したときに、パージガス中の特定成分の濃度が急激に上昇する。これは、原料流体に含まれる前駆体の分解(すなわち粒子の生成)が開始したためである。そして、時間が経過するにつれて徐々にパージガス中の特定成分の濃度が低下している。これは、原料流体に含まれる前駆体の濃度が徐々に低下していくためである。このように、パージガス中の特定成分の濃度変化を観察することにより、粒子の生成が進んでいるか否かを判断することができる。 FIG. 4 is a graph showing an example of the change in the temperature of the raw material fluid and the specific component in the purge gas over time when the processing shown in FIG. 3 is performed. As shown in the figure, when the temperature of the raw material fluid reaches a certain temperature, the concentration of the specific component in the purge gas rapidly increases. This is because decomposition (ie, generation of particles) of the precursor contained in the raw material fluid has started. As the time elapses, the concentration of the specific component in the purge gas gradually decreases. This is because the concentration of the precursor contained in the raw material fluid gradually decreases. In this way, it is possible to determine whether or not the generation of particles is proceeding by observing the concentration change of the specific component in the purge gas.
そして、図1及び図2に示した反応装置において、反応流路110の長手方向を、バッチ処理における時間と見なすことができる。このため、バッチ処理においてパージガス中の特定成分の濃度の時間変化を記録しておくことで、定常状態の反応流路110の長手方向におけるパージガス中の特定成分の濃度分布を予め設定(予想)することができる。
In the reaction apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the longitudinal direction of the
図5は、図1及び図2に示した反応装置を用いて粒子を製造する方法を説明するフローチャートである。図5に示す処理に先立って、制御部400は、初期温度T0、第1の温度T1、第2の温度T2、上記した(1)式、(2)式、及び(4)式で算出された値を記憶する。そして制御部400は、記憶した値に基づいて、反応流路110の温度分布の設定値を算出する。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for producing particles using the reaction apparatus shown in FIGS. 1 and 2. Prior to the processing shown in FIG. 5, the
また制御部400は、定常状態の反応流路110の長手方向におけるパージガス中の特定成分の濃度分布を記憶する。この濃度分布は、上記したように、バッチ処理におけるパージガス中の特定成分の濃度の時間変化に基づいて定められる。
Further, the
まず、原料流体を原料流体供給部320に入れ、還元剤を還元剤供給部340に入れる(ステップS210)。次いで制御部400は、反応流路110内を不活性ガスでパージし、反応流路110の加熱を開始する(ステップS220)。そして制御部400は、原料流体供給部320を制御して反応流路110内に液体原料を導入し、かつモータ360を駆動してスクリュー120を回転させることにより、反応流路110内で原料流体を送液する(ステップS230)。そして制御部400は、反応流路110の温度分布が設定したとおりになるまでの間は(ステップS240:No)、取出口106へ送液された原料流体を破棄し続ける(ステップS245)。
First, the raw material fluid is put into the raw material
反応流路110の温度分布が設定したとおりになると(ステップS240:Yes)、制御部400は、還元剤供給部340を制御して反応流路110内への還元剤の導入を開始する(ステップS250)。そして制御部400は、反応流路110からの排気ガスに含まれる特定成分の検出値を各ガス取出口200のガス成分分析部210から受信する(ステップS260)。制御部400は、特定成分の発生パターンが設定どおりになるまで(ステップS270:No)、取出口106に送液された原料流体を破棄し続ける(ステップS275)。
When the temperature distribution of the
制御部400は、特定成分の発生パターンが設定どおりになると(ステップS270:Yes)、取出口106に送液された原料流体の取り出しを開始する(ステップS280)。具体的には、原料流体は希釈槽(図1において図示せず)を経由して、貯蔵槽(図1において図示せず)に送液される(ステップS310)。希釈層に送液されるまでの間に、原料流体は所定の温度まで冷却される(ステップS290)。そして希釈層において、原料流体は、攪拌されながら有機溶剤(例えばヘキサン)が添加される(ステップS300)。
When the generation pattern of the specific component becomes as set (step S270: Yes), the
ステップS280〜ステップS310までの処理を、原料流体供給部320の原料流体がなくなるまで続ける(ステップS320)。原料流体供給部320の原料流体がなくなると、貯蔵槽に貯蔵されている流体を精製し、粒子を抽出する(ステップS330)。
The processes from step S280 to step S310 are continued until the raw material fluid in the raw material
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。バッチ処理においては、時間とともに原料流体の温度が上昇する。一方で、反応流路110は、上流から下流に向かって昇温する方向の温度勾配を少なくとも一部に有しているため、原料流体は、反応流路110を流動する間に温度が上昇する。このため、反応流路110の長手方向を、バッチ処理における時間と置き換えて考えることにより、連続製造方法においてバッチ式処理における知見を適用することができる。
Next, the operation and effect of this embodiment will be described. In batch processing, the temperature of the raw material fluid increases with time. On the other hand, since the
特に、バッチ式処理においてパージガスに含まれる特定成分の濃度変化を調べておき、かつ、反応流路110の長手方向に複数のガス取出口200を互いに離間して設け、各ガス取出口200から取り出されたガスに含まれる特定成分の濃度を調べると、精度よくバッチ式処理における知見を適用することができる。
In particular, the change in the concentration of the specific component contained in the purge gas in the batch process is examined, and a plurality of
例えば、バッチ式処理で予備実験を行うことにより粒子の製造条件を調べ、調べた製造条件が反映されるように、図1及び図2に示した反応装置の構成及び温度勾配等を調整することにより、高い効率で粒子を製造することができる。製造される粒子は、例えば前駆体が有機金属である場合は、直径が5nm以下の金属粒子である。そしてこの金属粒子の直径のばらつきは小さい。 For example, the production conditions of the particles are examined by conducting a preliminary experiment in batch processing, and the configuration and temperature gradient of the reactor shown in FIGS. 1 and 2 are adjusted so that the examined production conditions are reflected. Thus, particles can be produced with high efficiency. The manufactured particles are metal particles having a diameter of 5 nm or less, for example, when the precursor is an organic metal. And the dispersion | variation in the diameter of this metal particle is small.
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
(実施例)
実施形態に示した方法を用いて、鉄白金粒子を製造した。前駆体としては鉄アセチルアセトレート及び白金アセチルアセトレートを用い、溶媒としてはオレイン酸及びオレイルアミンを用いた。また還元剤としては1,2−ヘキサデカンジオールを用いた。
(Example)
Iron platinum particles were produced using the method shown in the embodiment. Iron acetylacetolate and platinum acetylacetolate were used as precursors, and oleic acid and oleylamine were used as solvents. In addition, 1,2-hexadecanediol was used as the reducing agent.
まず、50mLのフラスコを用いてバッチ式処理を行なった。オレイン酸及びオレイルアミンをそれぞれ10mmol、鉄アセチルアセトレートを0.492g、白金アセチルアセトレートを0.236gほど準備し、これらを混合することにより原料流体を作製した。そして、原料流体を液温50℃から25℃/分の速度で昇温していき、300℃で一定温度になるようにした。昇温の途中、液温が140℃になったときに、還元剤である1,2−ヘキサデカンジオールを0.776gほど添加した。加熱開始後60分で加熱を終了した。得られた鉄白金粒子の平均粒子径は4.2±0.5nmであり、再現性が高かった。 First, batch processing was performed using a 50 mL flask. About 10 mmol each of oleic acid and oleylamine, 0.492 g of iron acetylacetolate and 0.236 g of platinum acetylacetolate were prepared, and these were mixed to prepare a raw material fluid. Then, the raw material fluid was heated from a liquid temperature of 50 ° C. at a rate of 25 ° C./min so as to reach a constant temperature at 300 ° C. When the liquid temperature reached 140 ° C. during the temperature increase, about 0.776 g of 1,2-hexadecanediol as a reducing agent was added. Heating was completed 60 minutes after the start of heating. The obtained iron platinum particles had an average particle size of 4.2 ± 0.5 nm and high reproducibility.
このバッチ式処理において、初期温度T0=50℃、第1の温度T1=140℃、時間t1=10分、第2の温度T2=300℃、時間t2=50分となる。また、処理の間、パージガスに含まれる有機成分の濃度変化を計測した。 In this batch processing, the initial temperature T 0 = 50 ° C., the first temperature T 1 = 140 ° C., the time t 1 = 10 minutes, the second temperature T 2 = 300 ° C. , and the time t 2 = 50 minutes. Further, the concentration change of the organic component contained in the purge gas was measured during the treatment.
次いで、バッチ式処理によって得られた知見を反映させて、図1及び図2に示した反応装置を構築した。上記したように、初期温度T0=50℃、第1の温度T1=140℃、時間t1=10分、第2の温度T2=300℃、時間t2=50分となるため、反応流路110の全長L=100cmとすると、原料流体の流速v=1.67cm/分、温度勾配dT/dL=9.6℃/cm、距離L1(還元剤投入位置)=6cm、第2の温度T2に昇温する位置L2=16.7cmとなる。
Next, the reaction apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 2 was constructed reflecting the knowledge obtained by the batch process. As described above, the initial temperature T 0 = 50 ° C., the first temperature T 1 = 140 ° C., the time t 1 = 10 minutes, the second temperature T 2 = 300 ° C. , the time t 2 = 50 minutes, Assuming that the total length L of the
この反応装置を用いると、バッチ式処理によって得られた知見を用いて鉄白金粒子を製造することができた。 When this reactor was used, iron platinum particles could be produced using the knowledge obtained by batch processing.
102 原料流体導入口
104 還元剤導入口
106 取出口
108 パージガス導入口
110 反応流路
112 本体部
114 ガス流路
120 スクリュー
200 ガス取出口
210 ガス成分分析部
320 原料流体供給部
340 還元剤供給部
360 モータ
380 ヒータ
400 制御部
102 Raw Material Fluid Inlet 104
Claims (9)
予め、バッチ式の反応容器において前記原料流体を昇温および加熱保持する予備実験を行なうことにより、前記前駆体を分解して前記粒子を生成するための昇温速度及び加熱温度を定め、
前記反応流路における前記温度勾配を、前記予備実験における前記昇温速度及び前記加熱温度、並びに前記反応流路内における前記原料流体の流速に基づいて定める粒子の製造方法。 In the manufacturing method of the particle according to claim 1,
Preliminary experiments for heating and holding the raw material fluid in a batch-type reaction vessel in advance are performed to determine a heating rate and a heating temperature for decomposing the precursor to produce the particles,
The method for producing particles, wherein the temperature gradient in the reaction channel is determined based on the temperature increase rate and the heating temperature in the preliminary experiment, and the flow rate of the raw material fluid in the reaction channel.
前記前駆体は有機金属であり、
前記粒子は平均直径が50nm以下の金属粒子である粒子の製造方法。 In the method for producing particles according to claim 1 or 2,
The precursor is an organometallic;
The method for producing particles, wherein the particles are metal particles having an average diameter of 50 nm or less.
前記反応流路の温度勾配を有する部分において還元剤を導入する粒子の製造方法。 In the manufacturing method of the particle according to claim 3,
A method for producing particles in which a reducing agent is introduced into a portion of the reaction channel having a temperature gradient.
前記反応流路の長手方向に複数のガス取出口を互いに離間して設け、
前記複数のガス取出口それぞれごとに、取り出された前記反応流路の雰囲気ガスに含まれる有機ガスの濃度を分析し、前記反応流路の長手方向における前記濃度の分布に基づいて前記粒子の生成の有無を判断する粒子の製造方法。 In the method for producing particles according to claim 3 or 4,
A plurality of gas outlets are provided apart from each other in the longitudinal direction of the reaction flow path,
Analyzing the concentration of the organic gas contained in the extracted atmospheric gas of the reaction channel for each of the plurality of gas outlets, and generating the particles based on the concentration distribution in the longitudinal direction of the reaction channel The manufacturing method of the particle | grains which judge the presence or absence of.
前記反応流路の少なくとも一部に、上流から下流に向かって昇温する方向の温度勾配を設けるヒータと、
前記反応流路における前記原料流体の流速を用いて前記ヒータを制御し、前記反応流路における前記温度勾配を定める制御部と、
を備える反応装置。 A reaction channel through which the raw material fluid flows;
A heater that provides a temperature gradient in a direction of increasing temperature from upstream to downstream in at least a part of the reaction flow path;
A controller that controls the heater using a flow rate of the raw material fluid in the reaction flow path, and determines the temperature gradient in the reaction flow path;
A reaction apparatus comprising:
前記原料流体は、前記反応流路内を流動するときに昇温し、
前記制御部は、前記原料流体の目標昇温速度を算出するためのデータを保持しており、前記データ及び前記流速を用いて、前記反応流路における前記温度勾配を定める反応装置。 The reactor according to claim 6,
The raw material fluid is heated when flowing in the reaction channel,
The control unit retains data for calculating a target temperature increase rate of the raw material fluid, and uses the data and the flow rate to determine the temperature gradient in the reaction channel.
前記原料流体が有機金属を含んでおり、
前記反応流路において、前記有機金属の反応が行なわれることにより金属微粒子が生成される反応装置。 The reaction apparatus according to claim 6 or 7,
The raw material fluid contains an organic metal;
A reaction apparatus in which metal fine particles are generated by the reaction of the organometallic in the reaction flow path.
前記反応流路に長手方向に互いに離間して設けられた複数のガス取出口と、
前記複数のガス取出口それぞれに接続しており、前記ガス取出口から取り出されたガスの成分を分析するガス成分分析部と、
を備える反応装置。 In the reaction apparatus according to any one of claims 6 to 8,
A plurality of gas outlets provided in the reaction channel so as to be spaced apart from each other in the longitudinal direction;
A gas component analyzer connected to each of the plurality of gas outlets and analyzing a component of the gas taken out from the gas outlet;
A reaction apparatus comprising:
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