JP2011143340A - 金属化合物のコロイド溶液およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】径が小さく均一な金属化合物の結晶子が、そのままの状態、または径が更に小さく均一な凝集体の状態で分散し、且つ保存性に優れた金属化合物のコロイド溶液およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】粒度分布における累積個数が５０％となる結晶子径ｄ_５０が０．８ｎｍ以上３ｎｍ以下であり且つ累積個数が９０％となる結晶子径ｄ_９０が前記結晶子径ｄ_５０の１．５倍以下である金属化合物の結晶子と、高分子分散剤とを含有するコロイド溶液であり、
該コロイド溶液中に分散している微粒子が、粒度分布における累積質量が５０％となる粒子径Ｄ_５０が０．８ｎｍ以上４ｎｍ未満であり且つ累積質量が９０％となる粒子径Ｄ_９０が前記粒子径Ｄ_５０の２．５倍以下である前記金属化合物の結晶子および／またはその凝集体である、
ことを特徴とする金属化合物のコロイド溶液。
【選択図】なし

Description

本発明は、金属化合物のコロイド溶液およびその製造方法に関する。

金属酸化物や金属塩などの金属化合物は触媒など様々な用途に用いられている。このような金属化合物においては、近年、その機能を十分に発揮させたり、バルク体にはない機能を発揮させたりするためにナノサイズ化が図られている。

例えば、特開２００８−１９１０６号公報（特許文献１）には、金属イオンを含有する水溶液に水溶性アミンを添加し、水溶液のｐＨを４以上にすることによって一次粒子径がナノメートルオーダーの金属酸化物粒子の製造する方法が開示されている。さらに、金属酸化物粒子を含む水溶液のｐＨを１〜４に調整した後、超音波処理を施して前記金属酸化物粒子を一次粒子として分散した状態にすることが可能であることも開示されている。また、高分子分散剤を共存させて製造することにより金属酸化物粒子を水へ高分散させることが可能であることも開示されている。

しかしながら、本発明者らが、セリウムイオン、ジルコニウムイオンおよびイットリウムイオンを含有する水溶液にジエタノールアミンおよびポリエチレングリコールを添加した後、得られた溶液に硝酸を添加してｐＨ３に調整し、さらに超音波処理を施して金属酸化物のコロイド溶液を調製したところ、コロイド溶液中での金属酸化物粒子の粒子径はサブミクロンオーダーと大きく、さらにコロイド溶液の保存性も十分なものではなかった。

また、特開２００５−１３３１３５号公報（特許文献２）には、反応液を瞬時に混合し、配管内で反応を進行させて金属微粒子を形成させる方法が開示されており、この方法は、特に、界面活性剤を用いた逆ミセル法による金属微粒子形成に好適な方法であることが開示されている。そして、上記特許文献２には、混合方法として、高速撹拌混合方式、微小ギャップ混合方式、高圧混合方式が開示されている。しかしながら、前記高速撹拌混合方式に用いられる混合装置においては、反応液は反応場に滴下した後、混合されており、高い剪断力が付与された反応場に直接導入されて混合されるものではない。また、前記微小ギャップ混合方式に用いられる混合装置においては、狭小な反応場で剪断力を付与しながら反応液が供給されて混合されているが、反応液の供給口が離れており、瞬時の混合という観点においては十分なものではなかった。さらに、上記特許文献２には、高圧混合方式に用いられる混合装置としてＹ字型やＴ字型のものが開示されているが、これらにおいては反応液を配管内で衝突させて混合するものであり、剪断力を考慮したものではない。このため、上記特許文献２に記載の方法では、粒子径が小さく均一な貴金属系微粒子が均一に分散している貴金属系コロイド溶液を得ることは困難であった。

そこで、本発明者らは、ナノメートルオーダーの金属化合物微粒子が高度に分散したコロイド溶液およびその製造方法について鋭意検討し、先に、「粒度分布における累積個数が５０％となる結晶子径ｄ_５０が０．８〜３ｎｍであり且つ累積個数が９０％となる結晶子径ｄ_９０が前記ｄ_５０の１．５倍以下である金属化合物の結晶子の凝集体と、高分子分散剤とを含有するコロイド溶液であって、前記凝集体が、粒度分布における累積質量が５０％となる粒子径Ｄ_５０が４〜７０ｎｍであり且つ累積質量が９０％となる粒子径Ｄ_９０が前記Ｄ_５０の２．５倍以下のものである、金属化合物のコロイド溶液」および「２種類以上の原料溶液を混合して金属化合物のコロイド溶液を製造する方法であって、前記２種類以上の原料溶液のうちの少なくとも１種類は前記金属化合物の原料である金属イオンを含有するものであり、前記２種類以上の原料溶液のうちの少なくとも１種類は高分子分散剤を含有するものであり、３０００ｓｅｃ^−１以上の剪断速度となっている領域に前記各原料溶液を独立に直接導入して均質混合することを特徴とする金属化合物のコロイド溶液の製造方法」という特許出願（特願２００８−２８７００７（特許文献３））を行なった。

特開２００８−１９１０６号公報 特開２００５−１３３１３５号公報 特願２００８−２８７００７

本発明は、上記特許文献３に記載の発明に続くものであり、径が小さく均一な金属化合物の結晶子が、そのままの状態、または径が更に小さく均一な凝集体の状態で分散し、且つ保存性に優れた金属化合物のコロイド溶液およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、金属化合物の原料である金属の硝酸塩および高分子分散剤を含有する２種類以上の原料溶液を所定の高剪断速度となっている領域に独立に直接導入して均質混合し、さらに、金属化合物結晶子を析出させると同時に単独の結晶子に高分子分散剤を吸着させることにより、径が小さく均一な金属化合物の結晶子が、そのままの状態、または径が更に小さく均一な凝集体の状態で分散したコロイド溶液が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の金属化合物のコロイド溶液は、粒度分布における累積個数が５０％となる結晶子径ｄ_５０が０．８ｎｍ以上３ｎｍ以下であり且つ累積個数が９０％となる結晶子径ｄ_９０が前記結晶子径ｄ_５０の１．５倍以下である金属化合物の結晶子と、高分子分散剤とを含有するコロイド溶液であり、該コロイド溶液中に分散している微粒子が、粒度分布における累積質量が５０％となる粒子径Ｄ_５０が０．８ｎｍ以上４ｎｍ未満であり且つ累積質量が９０％となる粒子径Ｄ_９０が前記粒子径Ｄ_５０の２．５倍以下である前記金属化合物の結晶子および／またはその凝集体である、ことを特徴とするものである。

本発明の金属化合物のコロイド溶液において、前記高分子分散剤の含有量は前記金属化合物の結晶子の単位表面積に対して９〜２１ｍｇ／ｍ^２であることが好ましい。

このような金属化合物のコロイド溶液としては、以下のような本発明の金属化合物のコロイド溶液の製造方法により製造されたものが好ましい。

すなわち、本発明の金属化合物のコロイド溶液の製造方法は、２種類以上の原料溶液を混合して金属化合物のコロイド溶液を製造する方法であって、前記２種類以上の原料溶液のうちの少なくとも１種類は前記金属化合物の原料である金属の硝酸塩を含有するものであり、前記２種類以上の原料溶液のうちの少なくとも１種類は高分子分散剤を含有するものであり、３０００ｓｅｃ^−１以上の剪断速度となっている領域に前記各原料溶液を独立に直接導入して均質混合することを特徴とする方法である。

このようなコロイド溶液の製造方法においては、前記２種類以上の原料溶液のうちの少なくとも１種類が前記金属の硝酸塩を含有するものであり、残りの原料溶液のうちの少なくとも１種類が前記高分子分散剤を含有するものであることが好ましく、前記高分子分散剤を含有する原料溶液としては中和剤をさらに含むものがより好ましい。また、前記金属の硝酸塩を含有する原料溶液の陽イオン濃度としては０．０１〜０．５ｍｏｌ／Ｌが好ましい。

本発明に用いられる高分子分散剤の重量平均分子量としては８００〜８０００が好ましく、また、高分子分散剤としては（メタ）アクリル酸系重合体が好ましい。高分子分散剤として（メタ）アクリル酸系重合体を使用する場合、コロイド溶液のｐＨは５．０〜１０．０に調整することがより好ましく、さらに、前記（メタ）アクリル酸系重合体中の全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合が９０％以上１００％以下である場合にはコロイド溶液のｐＨを５．０以上１０．０以下に調整し、前記親水基を有する繰り返し単位の割合が５０％以上９０％未満である場合にはコロイド溶液のｐＨを７．０以上１０．０以下に調整することが特に好ましい。

なお、本発明の製造方法によって、径が小さく均一な金属化合物の結晶子が、そのままの状態、または径が更に小さく均一な凝集体の状態で分散したコロイド溶液が得られる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、金属化合物結晶子などのナノ粒子は水などの水性溶液中では凝集しやすく、通常、高分子分散剤を添加してナノ粒子に吸着させて凝集を抑制している。本発明に用いられる高分子分散剤もナノ粒子に吸着して凝集を抑制するものと推察されるが、高分子分散剤を添加して通常の攪拌を行なっただけでは粒子径の大きな凝集体が形成する傾向にある。これは、通常、高分子分散剤が一次粒子よりも大きく、架橋構造を形成しやすいため、高分子分散剤の架橋反応に伴って高分子分散剤が吸着したナノ粒子が凝集するため、また、高分子分散剤が複数の金属化合物結晶子に同時に吸着するためであると推察される。

また、ジエタノールアミンとポリエチレングリコールを添加した場合にも粒子径の大きな凝集体が形成する傾向にある。これは、ポリエチレングリコールのみを添加した場合でも液中で凝集体が形成するが、ジエタノールアミンとポリエチレングリコールを添加すると金属化合物を生成させるために添加したジエタノールアミンが、生成した金属化合物粒子に吸着してポリエチレングリコールの吸着を阻害するため、ポリエチレングリコールによる凝集抑制効果がさらに劣るものとなり、また、ジエタノールアミンが金属化合物粒子に吸着しても液中で十分な立体障害斥力が作用せず、ジエタノールアミンによる凝集抑制効果も十分に発揮されないためであると推察される。また、ポリエチレングリコールの斥力発現作用が小さい上に吸着量が少ないため、斥力の作用が小さくなり、コロイド溶液の保存中に凝集体がさらに凝集して液中での分散性が低下するものと推察される。

一方、本発明の製造方法においては、高分子分散剤の添加に加えて反応場に高い剪断力を付与しているため、金属化合物結晶子が析出するのと同時に高分子分散剤が結晶子に吸着し、金属化合物結晶子は、そのままの状態、または粒子径が更に小さく均一な凝集体の状態でコロイド溶液中に存在するものと推察される。また、高分子分散剤はコロイド溶液中で安定に存在するため、結晶子および小さな凝集体は凝集せず、コロイド溶液中で安定に分散しているものと推察される。

本発明によれば、径が小さく均一な金属化合物の結晶子が、そのままの状態、または径が更に小さく均一な凝集体の状態で分散し、且つ保存性に優れた金属化合物のコロイド溶液を得ることが可能となる。

本発明に用いられる金属化合物コロイド溶液の製造装置の好適な一実施形態を示す模式縦断面図である。 図１に示すホモジナイザー１０の先端部（攪拌部）を示す拡大縦断面図である。 図１に示す内側ステータ１３の側面図である。 図１に示す内側ステータ１３の横断面図である。 実施例１で得られたコロイド溶液中の金属化合物微粒子の粒度分布（累積質量）を測定した結果を示すグラフである。 実施例３で得られたコロイド溶液中の金属化合物微粒子の粒度分布（累積質量）を測定した結果を示すグラフである。

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。

先ず、本発明の金属化合物のコロイド溶液について説明する。本発明の金属化合物のコロイド溶液は、粒度分布における累積個数が５０％となる結晶子径ｄ_５０が０．８ｎｍ以上３ｎｍ以下であり且つ累積個数が９０％となる結晶子径ｄ_９０が前記結晶子径ｄ_５０の１．５倍以下である金属化合物の結晶子と、高分子分散剤とを含有するコロイド溶液であり、該コロイド溶液中に分散している微粒子が、粒度分布における累積質量が５０％となる粒子径Ｄ_５０が０．８ｎｍ以上４ｎｍ未満であり且つ累積質量が９０％となる粒子径Ｄ_９０が前記粒子径Ｄ_５０の２．５倍以下である前記金属化合物の結晶子および／またはその凝集体である、ことを特徴とするものである。

本発明において、金属化合物結晶子の粒度分布は、例えば、金属化合物の透過型電子顕微鏡観察において５０個の金属化合物結晶子を抽出して結晶子径を直接測定することによって求めることができる。本発明のコロイド溶液に含まれる金属化合物結晶子は、このようにして測定された粒度分布において累積個数が５０％となる結晶子径ｄ_５０が０．８ｎｍ以上３ｎｍ以下（好ましくは１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下）であり且つ累積個数が９０％となる結晶子径ｄ_９０が前記結晶子径ｄ_５０の１．５倍以下（好ましくは１．３倍以下）のものである。このような結晶子径ｄ_５０およびｄ_９０を有する金属化合物結晶子は比表面積が大きく、例えば高活性且つ高耐久性の触媒の出発原料として有用である。

本発明のコロイド溶液中には、このような金属化合物の結晶子および／またはその凝集体からなる微粒子が分散している。このコロイド溶液中の微粒子の粒度分布は、例えば、動的光散乱法により測定することができる。本発明のコロイド溶液中の微粒子は、このようにして測定された粒度分布において累積質量が５０％となる粒子径Ｄ_５０が０．８ｎｍ以上４．０ｎｍ未満（好ましくは０．８ｎｍ以上３．０ｎｍ以下、より好ましくは０．８ｎｍ以上２．０ｎｍ以下）であり且つ累積質量が９０％となる粒子径Ｄ_９０が前記粒子径Ｄ_５０の２．５倍以下（好ましくは２．０倍以下）のものである。このような粒子径Ｄ_５０およびＤ_９０を有する前記金属化合物微粒子は比表面積と耐熱性とのバランスに優れた触媒担体として有用である。また、前記金属化合物微粒子（例えば、セリアを主成分とする複合酸化物微粒子）を、拡散障壁として作用するアルミナ骨格を有する粒子と混合した場合、金属化合物微粒子とアルミナ骨格を有する粒子とを均一に配置させることによって高温においても高い比表面積を有する触媒担体を調製することができる。さらに、このアルミナ骨格を有する粒子の細孔径を変化させることによって、前記触媒担体の細孔径分布を任意に制御することが可能となる。また、前記金属化合物微粒子が金属化合物結晶子の凝集体である場合、この凝集体を熱処理することによってこの凝集体の粒子径に対応する大きさの結晶子を形成することができる。したがって、触媒担体の調製の際に本発明の金属化合物のコロイド溶液を用いることによって、触媒の使用温度領域に応じて理想的な形状の触媒担体を設計することが可能となり、例えば、ガス拡散性に最適な細孔径（１１００℃で５０ｍ^２以上）を有し、拡散律速領域で理想的な触媒活性を有する高耐熱性の触媒を得ることが可能となる。

本発明にかかる金属化合物に含まれる金属としては特に制限はないが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｓｉ、希土類金属（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｙ、Ｓｃなど）、アルカリ土類金属（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａなど）、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｖ、Ｍｎなどが挙げられる。これらの金属は１種を単独で用いても２種以上を併用してもよい。中でも、酸素ストレージ能と耐熱性を有するという観点からＺｒ、Ｃｅ、Ｙ、Ａｌ、Ｌａが好ましい。

また、本発明にかかる金属化合物としては特に制限はないが、前記金属の酸化物、水酸化物、塩、炭化物、窒化物、硫化物、これらの中間生成物などが挙げられる。前記金属酸化物としては、前記金属を１種含有する酸化物、前記金属を２種以上含有する複合酸化物、前記金属を１種含有する酸化物の混合物などが挙げられる。具体的な金属酸化物としては、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、これらの複合酸化物、および混合物などが挙げられ、中でも、酸素ストレージ能と耐熱性を有するという観点から、ＣｅＯ_２またはＺｒＯ_２を主成分とする複合酸化物が好ましく、ＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３３元系複合酸化物がより好ましい。

また、前記金属水酸化物としては、前記金属を１種または２種以上含有する水酸化物、およびこれらの混合物などが挙げられる。具体的な金属水酸化物としては、Ｃｅ（ＯＨ）_４、Ｚｒ（ＯＨ）_４、Ａｌ（ＯＨ）_３、Ｔｉ（ＯＨ）_４、Ｆｅ（ＯＨ）_２などが挙げられる。さらに、前記金属塩としては、硫酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、リン酸塩などが挙げられる。具体的な金属塩としては、ＢａＳＯ_４、ＣａＣＯ_３、シュウ酸カルシウム、リン酸チタニウムなどが挙げられる。また、炭化物、窒化物、硫化物等についても同様である。

本発明のコロイド溶液には高分子分散剤が含まれている。コロイド溶液中に高分子分散剤が存在することによって、前記金属化合物結晶子は、そのままの状態、または前記粒子径および前記粒度分布を有する凝集体の状態で安定してコロイド溶液中に分散することが可能となる。

本発明のコロイド溶液において、前記高分子分散剤の含有量としては、前記金属化合物結晶子の単位表面積に対して９〜２１ｍｇ／ｍ^２が好ましく、９〜１５ｍｇ／ｍ^２がより好ましい。高分子分散剤の含有量が前記範囲にあると金属化合物結晶子はそのままの状態、または径が更に小さく均一な凝集体の状態で分散し、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。また、このようなコロイド溶液を用いて触媒担体を調製する場合、この高分子分散剤の含有量（添加量）を変化させることによって触媒担体の細孔径分布を任意に制御することができる。一方、前記高分子分散剤の含有量が前記下限未満になると金属化合物微粒子の表面を高分子分散剤が十分に被覆することができず、金属化合物微粒子が凝集してより大きな凝集体が形成される傾向にあり、他方、前記上限を超えるとコロイド溶液中に遊離の高分子分散剤が多く存在するため、高分子分散剤の架橋反応が著しく進行し、より大きな凝集体が残存する傾向にある。

このような高分子分散剤の重量平均分子量としては特に制限はないが、８００〜８０００が好ましく、８００〜３０００がより好ましい。高分子分散剤の重量平均分子量が前記範囲にあると金属化合物結晶子はそのままの状態、または径が更に小さく均一な凝集体の状態で分散し、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、高分子分散剤の重量平均分子量が前記下限未満になると高分子分散剤が金属化合物微粒子に吸着しても立体障害や静電反発による斥力が十分に発現せず、金属化合物微粒子が凝集する傾向にあり、他方、前記上限を超えると高分子分散剤が金属化合物微粒子に比べて極端に大きくなり、より大きな凝集体が残存する傾向にある。なお、前記重量平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィ（ＧＰＣ）により測定され、標準ポリスチレンで換算した値である。

本発明に用いられる高分子分散剤としては、（メタ）アクリル酸の単独重合体、（メタ）アクリル酸と（メタ）アクリル酸エステルとの共重合体、（メタ）アクリル酸と他のビニルモノマーとの共重合体といった（メタ）アクリル酸系重合体などが挙げられ、中でも、水溶性を保持するという観点から、（メタ）アクリル酸系重合体が好ましく、（メタ）アクリル酸の単独重合体および（メタ）アクリル酸と（メタ）アクリル酸エステルとの共重合体がより好ましい。

また、高分子分散剤として（メタ）アクリル酸系重合体を用いた場合、本発明のコロイド溶液のｐＨは５．０〜１０．０であることが好ましく、６．０〜９．０であることがより好ましい。コロイド溶液のｐＨが前記範囲にあると金属化合物結晶子はそのままの状態、または径が更に小さく均一な凝集体の状態で分散し、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、ｐＨが前記下限未満になると（メタ）アクリル酸系重合体中のカルボキシル基が解離しないため、（メタ）アクリル酸系重合体の金属化合物微粒子への吸着量が少なくなり、金属化合物微粒子が凝集する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、金属化合物の種類にも依るが、金属化合物微粒子の表面が負にチャージしやすく、カルボキシル基が解離した（メタ）アクリル酸系重合体の吸着量が少なくなり、金属化合物微粒子が凝集する傾向にある。

また、前記（メタ）アクリル酸系重合体中の全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合としては、得られるコロイド溶液のｐＨが５．０以上７．０未満の場合には９０％以上１００％以下が好ましい。また、コロイド溶液のｐＨが７．０以上１０．０以下の場合には親水基を有する繰り返し単位の割合は５０％以上１００％以下が好ましく、７５％以上１００％以下がより好ましい。親水基を有する繰り返し単位の割合が前記範囲にあると（メタ）アクリル酸系重合体が金属化合物微粒子にループトレイン型で吸着するため、立体障害による斥力が作用して金属化合物微粒子の凝集が効果的に抑制され、金属化合物結晶子はそのままの状態、または径が更に小さく均一な凝集体の状態で分散し、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、親水基を有する繰り返し単位の割合が前記下限未満になると（メタ）アクリル酸系重合体中の解離したカルボキシル基が不足し、（メタ）アクリル酸系重合体の金属化合物微粒子への吸着量が少なくなり、金属化合物微粒子が凝集する傾向にある。

本発明に用いられる溶媒としては、水が好ましい。したがって、本発明のコロイド溶液としてはコロイド水溶液が好ましい。

このような本発明の金属化合物のコロイド溶液は、例えば、２種類以上の原料溶液（好ましくは原料水溶液。以下、同様である。）を混合する方法であって、前記２種類以上の原料溶液のうちの少なくとも１種類として前記金属の硝酸塩を含有するものを使用し、前記２種類以上の原料溶液のうちの少なくとも１種類として前記高分子分散剤を含有するものを使用し、これら原料溶液を剪断速度が３０００ｓｅｃ^−１以上となっている領域に独立に直接導入して均質混合する方法によって製造することができる。前記金属化合物の原料として、対応する金属の硝酸塩を使用することによって、コロイド溶液中での粒子径が非常に小さい金属化合物微粒子（金属化合物の結晶子および／またはその凝集体）を得ることができる。また、この方法によれば、金属化合物結晶子が凝集しやすい水中においても、金属化合物結晶子をそのままの状態、または径がより更に小さく均一な凝集体の状態で分散させることが可能となる。

このような金属化合物のコロイド溶液の製造に用いられる装置としては、例えば、図１に示すものが挙げられる。以下、図面を参照しながら、本発明の金属化合物のコロイド溶液を製造するための好適な装置ついて詳細に説明する。なお、以下の説明および図面中、同一または相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。

図１に示す製造装置は、高速攪拌装置としてホモジナイザー１０を備えており、ホモジナイザー１０の先端部（攪拌部）が反応容器２０内に配置されている。ホモジナイザー１０の先端部は、図２に示すように、凹型のローター１１と、ローター１１の外周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された凹型の外側ステータ１２と、ローター１１の内周との間に所定のギャップの領域が形成されるように配置された凸型の内側ステータ１３とを備えている。さらに、ローター１１は、回転シャフト１４を介してモーター１５に接続されており、高速回転することが可能な構造となっている。

そして、図１に示す製造装置においては、複数のノズル、すなわち、原料溶液Ａを導入するためのノズル１６Ａと原料溶液Ｂを導入するためのノズル１６Ｂとが、それぞれ内側ステータ１３におけるローター１１に対向する面にそれぞれ設けられている。また、ノズル１６Ａには流路１７Ａを介して原料溶液Ａの供給装置（図示せず）が、ノズル１６Ｂには流路１７Ｂを介して原料溶液Ｂの供給装置（図示せず）がそれぞれ接続されており、ローター１１と内側ステータ１３との間の領域に原料溶液Ａと原料溶液Ｂとをそれぞれ独立して直接的に導入することが可能な構造となっている。

さらに、図１に示す製造装置においては、図３および図４に示すように、ノズル１６Ａおよびノズル１６Ｂが、内側ステータ１３におけるローター１１に対向する面において、ローター１１の回転軸Ｘに対して直交する所定の面Ｙの外周方向に交互に設けられている。

なお、図３および図４においては、ノズル１６Ａおよびノズル１６Ｂがそれぞれ１２個ずつ設けられているが（２４孔タイプ）、ノズル１６Ａおよびノズル１６Ｂの数は特に限定されるものではない。したがって、ノズル１６Ａおよびノズル１６Ｂがそれぞれ１個ずつ設けられていればよいが（２孔タイプ）、原料溶液Ａおよび原料溶液Ｂが前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間をより短縮できるという観点から、ノズル１６Ａおよびノズル１６Ｂの数はそれぞれ１０個以上であることが好ましく、２０個以上であることがより好ましい。一方、ノズル１６Ａおよびノズル１６Ｂのそれぞれの数の上限は特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、ノズルの詰まりをより確実に防止するという観点から、交互に配置されたノズル１６Ａおよびノズル１６Ｂの開口部の直径が０．１ｍｍ程度以上の寸法を取り得るようにすることが好ましい。このようにノズルの開口部の直径は特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、ノズルの詰まりをより確実に防止するという観点から、０．１〜１ｍｍ程度であることが好ましい。

また、図３および図４においては、ノズル１６Ａおよびノズル１６Ｂが、ローター１１の回転軸Ｘに対して直交する一つの面Ｙの外周方向に一列に交互に設けられているが、複数の面の外周方向に複数の列において交互に設けられていてもよい。

以上説明した図１に示す製造装置においては、ノズル１６Ａとノズル１６Ｂとから原料溶液Ａおよび原料溶液Ｂがそれぞれ導入される領域、すなわち図１および図２においてはローター１１の内周と内側ステータ１３の外周との間の領域において、剪断速度が３０００ｓｅｃ^−１以上であることが好ましく、６０００ｓｅｃ^−１以上であることが特に好ましい。この領域の剪断速度が前記下限未満になると金属化合物微粒子の凝集と複数の微粒子に高分子分散剤が吸着した構造が分離されず、より大きな凝集体が残存する傾向にある。

このような範囲の剪断速度を達成するための条件としては、ローターの回転速度およびローターとステータとの間のギャップの大きさが影響するため、前記領域の剪断速度が前記条件を満たすようにそれらを設定する必要がある。具体的なローター１１の回転速度は特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、例えば、内側ステータ１３の外径１２．２ｍｍ、ローター１１と外側ステータ１２との間のギャップ０．５ｍｍ、およびローター１１と内側ステータ１３との間のギャップ０．５ｍｍの場合にはローター１１の回転速度を好ましくは３０００〜３００００ｒｐｍ、より好ましくは３０００〜２００００ｒｐｍに設定することによって前記範囲の剪断速度を達成することが可能となる。

また、ローター１１と内側ステータ１３との間のギャップの大きさも特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、０．２〜１．０ｍｍであることが好ましく、０．２〜０．５ｍｍであることがより好ましい。さらに、ローター１１と外側ステータ１２との間のギャップの大きさも特に制限されず、装置の大きさによっても変わってくるが、０．２〜１．０ｍｍであることが好ましく、０．２〜０．５ｍｍであることがより好ましい。このギャップの大きさの変化に対応してローター１１の回転速度を調整することにより前記範囲の剪断速度を達成することが可能となる。これらのギャップが前記下限未満になるとギャップの詰まりが発生し易くなる傾向にあり、前記上限を超えると高い剪断速度を達成できなくなる傾向にある。

また、図１に示す製造装置においては、ノズル１６Ａとノズル１６Ｂとからそれぞれ供給された原料溶液Ａおよび原料溶液Ｂが、前記領域に導入されてから１ｍｓｅｃ以内（特に好ましくは０．５ｍｓｅｃ以内）に均質混合されるようにノズル１６Ａおよびノズル１６Ｂが配置されていることが好ましい。なお、ここでいう原料溶液が前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間とは、ノズル１６Ａ（またはノズル１６Ｂ）から導入された原料溶液Ａ（または原料溶液Ｂ）がローター１１の回転につれて移動し、隣接するノズル１６Ｂ（またはノズル１６Ａ）の位置に到達してノズル１６Ｂ（またはノズル１６Ａ）から導入された原料溶液Ｂ（または原料溶液Ａ）と混合されるまでの時間をいう。

以上、本発明のコロイド溶液の製造に用いられる装置について説明したが、本発明のコロイド溶液の製造方法は、図１に示す製造装置を用いる方法に限定されるものではない。例えば、図１に示す製造装置においては、２種類の原料溶液が導入できるように構成されているが、３種類以上の原料溶液が導入できるようにノズルや原料溶液供給装置等を構成してもよい。

また、図１に示す製造装置においては、ノズル１６Ａとノズル１６Ｂとがそれぞれ内側ステータ１３におけるローター１１に対向する面にそれぞれ設けられているが、ノズル１６Ａとノズル１６Ｂとがそれぞれ外側ステータ１２におけるローター１１に対向する面にそれぞれ設けられていてもよい。そのように構成すれば、ローター１１と外側ステータ１２との間の領域に原料溶液Ａと原料溶液Ｂとをそれぞれ独立して直接的に導入することが可能となる。なお、その領域における剪断速度は前記条件を満たすように設定する必要がある。

次に、本発明のコロイド溶液の製造方法の好適な一実施形態について説明する。本発明のコロイド溶液の製造方法においては、原料溶液を導入する領域の剪断速度を前記範囲に設定し、前記各原料溶液を前記領域に独立して直接的に導入する。例えば、図１に示す製造装置を用いる場合には、ノズル１６Ａとノズル１６Ｂとから原料溶液Ａおよび原料溶液Ｂがそれぞれ導入される領域、すなわち図１および図２においてはローター１１と内側ステータ１３との間の領域の剪断速度が前記範囲となるようにローター１１を高速回転させ、原料溶液Ａおよび原料溶液Ｂをそれぞれノズル１６Ａおよびノズル１６Ｂから前記領域に独立して直接的に導入する。このように極めて高い剪断速度となっている領域に直接導入された各原料溶液は、極めて短時間の間に均質混合されて反応が終了し、前記金属の硝酸塩に由来する金属化合物の結晶子が形成される。これと同時に、高分子分散剤が、極めて高い剪断速度となった反応場において瞬時に効果的に結晶子の表面に吸着する。その結果、結晶子が高分散したコロイド溶液を得ることができる。

本発明のコロイド溶液の製造方法においては、前記金属の硝酸塩と前記高分子分散剤は、同じ原料溶液に含まれていてもよいし、各々別の原料溶液に含まれていてもよいが、前記２種類以上の原料溶液のうちの少なくとも１種類が前記金属の硝酸塩を含むものであり、残りの原料溶液のうちの少なくとも１種類が前記高分子分散剤を含むものであることが好ましい。さらに、硝酸アンモニウムおよびアンモニア水などの中和剤は前記金属の硝酸塩と同一の原料溶液には含まれず、前記高分子分散剤と同一の原料溶液には含まれていてもよい。例えば、図１に示す製造装置を用いる場合には、前記金属の硝酸塩と前記高分子分散剤がともに原料溶液Ａに含まれていてもよいし、原料溶液Ａに前記金属の硝酸塩が含まれ、原料溶液Ｂに前記高分子分散剤が含まれていてもよいが、後者が好ましい。

また、本発明のコロイド溶液の製造方法において、前記金属イオンを含む原料溶液（例えば前記原料溶液Ａ）の陽イオン濃度としては０．０１〜０．５ｍｏｌ／Ｌが好ましく、０．０５〜０．２ｍｏｌ／Ｌがより好ましい。陽イオン濃度が前記範囲にあると金属化合物結晶子はそのままの状態、または径が更に小さく均一な凝集体の状態で分散し、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、陽イオン濃度が前記下限未満になると金属化合物結晶子の収率が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えるとコロイド溶液中の金属化合物微粒子間の距離が短くなるため、金属化合物微粒子に吸着した高分子分散剤が多数の金属化合物微粒子に吸着しやすくなり、金属化合物微粒子が凝集する傾向にある。

本発明のコロイド溶液の製造方法において高分子分散剤として（メタ）アクリル酸系重合体を用いた場合には、コロイド溶液のｐＨを５．０〜１０．０に調整することが好ましく、６．０〜９．０に調整することがより好ましい。特に、前記（メタ）アクリル酸系重合体として全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合が９０％以上１００％以下のものを用いる場合には、コロイド溶液のｐＨを５．０以上１０．０以下に調整することがさらに好ましい。また、親水基を有する繰り返し単位の割合が５０％以上９０％未満（より好ましくは７５％以上９０％未満）のものを用いる場合には、コロイド溶液のｐＨを７．０以上１０．０以下に調整することがさらに好ましい。コロイド溶液のｐＨを前記範囲に調整することにより金属化合物結晶子はそのままの状態、または径が更に小さく均一な凝集体の状態で分散し、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることができる。一方、ｐＨが前記下限未満になると（メタ）アクリル酸系重合体中のカルボキシル基が解離しないため、（メタ）アクリル酸系重合体の金属化合物微粒子への吸着量が少なくなり、金属化合物微粒子が凝集する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、金属化合物の種類にも依るが、金属化合物微粒子の表面が負にチャージしやすく、カルボキシル基が解離した（メタ）アクリル酸系重合体の吸着量が少なくなり、金属化合物微粒子が凝集する傾向にある。

各原料溶液の送液速度としては特に制限はないが、１．０〜３０ｍｌ／ｍｉｎが好ましい。原料溶液の送液速度が前記下限未満になると金属化合物微粒子の製造効率が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると金属化合物微粒子の液中における凝集粒子径が大きくなる傾向にある。

このような本発明のコロイド溶液の製造方法に適用できる反応系は特に制限されず、アルコキシドの加水分解反応や貧溶媒を用いた溶解度変化を利用する析出反応などが挙げられるが、中和反応や酸化還元反応といった核生成速度や反応速度が極めて早い反応においても前記製造方法によれば金属化合物微粒子は粒子径が小さく均一なものとなり、保存安定性に優れたコロイド溶液が得られるため、本発明の製造方法はこのような核生成速度や反応速度が極めて早い反応系に対して特に有用である。

このような中和反応、酸化還元反応などにおける具体的な反応系は特に制限されるものではないが、例えば、２種類の原料溶液を用いる場合には以下のような反応系が挙げられる。

（i）中和反応Ｉ
原料溶液Ａ（金属イオン含有溶液）：金属化合物の原料である前記金属の硝酸塩を含有する溶液
原料溶液Ｂ（中和剤）：アンモニア水、脂肪酸（例えばシュウ酸）もしくは無機酸（例えば硝酸、硫酸、塩酸）のアンモニウム塩を含有する溶液、またはアルカリ金属水酸化物溶液（水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液など）。

（ii）中和反応II
原料溶液Ａ（アルカリ性原料液）：硝酸バリウム、硝酸カルシウムなどを含有する溶液
原料溶液Ｂ（酸性原料液）：硫酸アンモニウム、炭酸アンモニウムなどを含有する溶液。

（iii）酸化還元反応
原料溶液Ａ（金属イオン含有溶液）：金属化合物の原料である前記金属の硝酸塩を含有する溶液
原料溶液Ｂ（還元剤）：アセトアルデヒド溶液、水素化ホウ素ナトリウム溶液、ヒドラジン、エタノールなど。

なお、高分子分散剤は、上記いずれの反応においても原料溶液Ａおよび原料溶液Ｂの少なくとも一方に含まれていればよいが、原料溶液Ｂに含まれていることが好ましい。例えば、前記中和反応Ｉにおいては、金属化合物の原料である前記金属の硝酸塩を含有する原料溶液Ａと、中和剤と高分子分散剤とを含有する原料溶液Ｂとを用いることが好ましい。

このような原料溶液の組成や組み合わせは、目的とする金属化合物のコロイド溶液の種類や使用する原料の種類などに応じて適宜設定することができる。例えば、ＣｅＯ_２を含有する金属酸化物のコロイド溶液を製造する場合、原料溶液Ａとして４価のセリウムイオンを含むもの、および３価のセリウムイオンを含むもののいずれの原料溶液も使用することもできるが、後者の原料溶液Ａを使用する場合には、酸化させて４価のセリウムイオンとするために、原料溶液Ｂとして中和剤の他に、原料溶液Ａ中のセリウムイオンに対して当量以上の過酸化水素を含むものを使用することが好ましい。

以上説明した本発明の製造方法においては、２種類以上の原料溶液は事前に緩い攪拌条件下で混合されることなく、また各原料溶液に対して攪拌条件が相違することなく、極めて短時間の間に高剪断力下で均質混合され、且つ金属化合物結晶子の析出と同時に高分子分散剤が表面に吸着し、分散状態が安定化されるため、生成する金属化合物微粒子は粒子径が小さく均一なものとなり、保存安定性に優れたコロイド溶液を得ることが可能となる。

本発明によって得られる金属化合物のコロイド溶液の組成は特に限定されず、様々な原料溶液を用いることによって、金属酸化物、金属水酸化物、金属塩といった種々の組成のコロイド溶液を得ることが可能となる。

このように、本発明によれば、結晶子径が小さく均一な微粒子が水中に高度に分散した金属化合物のコロイド溶液を得ることができる。このようなコロイド溶液を使用することによって、触媒担体調製の際に結晶子径と細孔径を任意に制御することが可能となる。その結果、材料と使用温度に応じて最適な耐熱性と高比表面積を有する触媒担体を設計することが可能となる。また、本発明によれば、金属化合物の種類を任意に選択できるため、触媒活性種に応じて理想的な組成を有する触媒担体を設計することも可能となる。

以下、実施例および比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示す製造装置（スーパーアジテーションリアクター）を用いてＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３３元系金属化合物のコロイド溶液を作製した。なお、ステータ１３としてはノズル１６Ａおよびノズル１６Ｂがそれぞれ２４個ずつ設けられている４８孔タイプのものを使用した。

先ず、硝酸二アンモニウムセリウム（IV）２０．８ｇ、オキシ硝酸ジルコニウム二水和物（硝酸ジルコニル二水和物）１５．２ｇおよび硝酸イットリウム１．９ｇをイオン交換水５００ｇに溶解し、陽イオン濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌであり、セリウムとジルコニウムとイットリウムのモル比がＣｅ：Ｚｒ：Ｙ＝３８：５７：５である原料水溶液（原料溶液Ａ）を調製した。また、硝酸アンモニウム３０．１ｇ、ポリアクリル酸ナトリウム塩（重量平均分子量：１２００、全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合：１００％、固形分濃度：５０質量％）１４０ｇおよび硝酸６０ｇをイオン交換水３００ｇに溶解し、高分子分散剤水溶液（原料溶液Ｂ）を調製した。

図１に示すように、ホモジナイザー１０の先端を１００ｍｌビーカー２０の中に浸るようにセットし、ホモジナイザー１０におけるローター１１を１００００ｒｐｍの回転速度で回転させながら、上記原料溶液Ａと原料溶液Ｂとをそれぞれ１２．５ｍｌ／ｍｉｎの供給速度でチューブポンプ（図示せず）を用いてノズル１６Ａおよびノズル１６Ｂからローター１１と内側ステータ１３との間の領域に送液して混合し、金属化合物のコロイド溶液を作製した。

なお、ローター１１の外径は１７．８ｍｍ、ローター１１と外側ステータ１２との間のギャップは０．５ｍｍであり、それらの間の領域における剪断速度は１８７３０ｓｅｃ^−１であった。また、内側ステータ１３の外径は１２．２ｍｍ、ローター１１と内側ステータ１３との間のギャップは０．２ｍｍであり、それらの間の領域における剪断速度は１８７３０ｓｅｃ^−１であった。さらに、原料溶液Ａと原料溶液Ｂとが前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間は０．１２６ｍｓｅｃであった。ここで、均質混合されるまでの時間とは、ノズル１６Ａまたはノズル１６Ｂから吐出された原料溶液Ａまたは原料溶液Ｂがローター１１の回転によって隣接するノズル１６Ｂまたはノズル１６Ａに到達するまでの時間と定義されるものである。

ビーカー２０からあふれて出てくる中和反応後のコロイド溶液を、上記ビーカー２０のさらに下に１Ｌビーカー（図示せず）をセットして受け止めた。

得られた金属化合物のコロイド溶液のｐＨを表１に示す。また、コロイド溶液の一部を８０℃で２４時間乾燥させ、粉末状の試料を作製した。この試料について高分解能透過型電子顕微鏡（高分解能ＴＥＭ）の電子線回折測定を行い、得られた電子線回折パターンから前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３３元系複合酸化物単結晶であることが確認された。さらに、この試料について高分解能ＴＥＭ写真を撮影し、ＴＥＭ写真中の５０個の金属化合物結晶子を抽出して結晶子径を直接測定して粒度分布を求めた。この金属化合物結晶子の粒度分布から金属化合物の累積個数が５０％となる結晶子径ｄ_５０（平均結晶子径）を求め、さらに、金属化合物結晶子の比表面積を算出して金属化合物結晶子の単位表面積当りの高分子分散剤の含有量を求めた。また、金属化合物結晶子の粒度分布から、累積個数が９０％となる結晶子径ｄ_９０を求めた。これらの結果を表１に示す。

次に、コロイド溶液中の微粒子の粒度分布を動的光散乱法（日機装（株）製「Ｎａｎｏｔｒａｃ２５０」を使用）により測定したところ、図５に示すような粒度分布が得られた。このコロイド溶液中の微粒子の粒度分布から累積質量が５０％となる粒子径Ｄ_５０（平均粒子径）、および累積質量が９０％となる粒子径Ｄ_９０を求めた。さらに、３０日間静置したコロイド溶液中の微粒子の粒度分布を上記動的光散乱法により測定し、累積質量が５０％となる粒子径Ｄ_５０を求めた。これらの結果を表１に示す。

（実施例２）
高分子分散剤として重量平均分子量が１２００のポリアクリル酸ナトリウム塩の代わりに重量平均分子量が２０００のポリアクリル酸アンモニウム塩（全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合：１００％、固形分濃度：５０質量％）１４０ｇを使用した以外は実施例１と同様にして金属化合物のコロイド溶液を作製した。

得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例１と同様にして高分解能ＴＥＭの電子線回折測定を行ったところ、前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３３元系複合酸化物単結晶であることが確認された。また、実施例１と同様にして、コロイド溶液のｐＨ、高分子分散剤の含有量、結晶子径ｄ_５０およびｄ_９０、コロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０およびＤ_９０、３０日間静置したコロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０を求めた。これらの結果を表１に示す。

（実施例３）
硝酸アルミニウム３７．６ｇをイオン交換水５００ｇに溶解し、陽イオン濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌの原料水溶液を調製した。また、硝酸アンモニウム３１．２ｇ、ポリアクリル酸アンモニウム塩（重量平均分子量：２０００、全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合：１００％、固形分濃度：５０質量％）１４０ｇおよび硝酸６０ｇをイオン交換水３００ｇに溶解し、高分子分散剤水溶液を調製した。これらの原料水溶液および高分子分散剤水溶液をそれぞれ原料溶液ＡおよびＢとして使用した以外は実施例１と同様にして金属化合物のコロイド溶液を作製した。

得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例１と同様にして高分解能ＴＥＭの電子線回折測定を行ったところ、コロイド溶液中の微粒子は結晶性の低い水酸化アルミニウムなどのアルミナ前駆体微粒子であることが確認された。また、１０００℃の熱処理を施した後のＸ線回折パターンを測定したところ、γ−アルミナの結晶相が形成していることが確認された。その後、実施例１と同様にして、コロイド溶液のｐＨ、高分子分散剤の含有量、結晶子径ｄ_５０およびｄ_９０、コロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０およびＤ_９０、３０日間静置したコロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０を求めた。これらの結果を表１に示す。

また、図６には、Ｄ_５０およびＤ_９０を求める際に、動的光散乱法により測定したコロイド溶液中の微粒子の粒度分布を示す。図６に示した結果から明らかなように、コロイド溶液中において、アルミナ前駆体微粒子の結晶子径ｄ_５０は前駆体微粒子の粒子径Ｄ_５０より小さく、また前駆体微粒子の結晶子径ｄ_９０は前駆体微粒子の粒子径Ｄ_９０より小さいことが確認された。

（比較例１）
酢酸セリウム一水和物（III）１２．７ｇ、オキシ酢酸ジルコニウム１２．８ｇおよび酢酸イットリウム四水和物１．７ｇをイオン交換水５００ｇに溶解し、陽イオン濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌの原料水溶液を調製した。また、酢酸アンモニウム２３．２ｇ、過酸化水素水１３．６ｇおよびポリアクリル酸ナトリウム塩（重量平均分子量：１２００、全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合：１００％、固形分濃度：５０質量％）１４０ｇをイオン交換水３６０ｇに溶解し、高分子分散剤水溶液を調製した。

これらの原料水溶液および高分子分散剤水溶液をそれぞれ原料溶液ＡおよびＢとして使用し、これらをビーカー中で混合し、攪拌子を用いて１００ｒｐｍの回転速度で攪拌して金属化合物のコロイド溶液を作製した。

得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例１と同様にして高分解能ＴＥＭの電子線回折測定を行ったところ、前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３３元系複合酸化物単結晶であることが確認された。また、実施例１と同様にして、コロイド溶液のｐＨ、高分子分散剤の含有量、結晶子径ｄ_５０およびｄ_９０、コロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０およびＤ_９０、３０日間静置したコロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０を求めた。これらの結果を表１に示す。

（比較例２）
比較例１と同様にして調製した原料水溶液と高分子分散剤水溶液をそれぞれ原料溶液ＡおよびＢとして使用し、ローター１１を回転させずに原料溶液Ａと原料溶液Ｂとを送液した以外は実施例１と同様にして金属化合物のコロイド溶液を作製した。

得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例１と同様にして高分解能ＴＥＭの電子線回折測定を行ったところ、前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３３元系複合酸化物単結晶であることが確認された。また、実施例１と同様にして、コロイド溶液のｐＨ、高分子分散剤の含有量、結晶子径ｄ_５０およびｄ_９０、コロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０およびＤ_９０、３０日間静置したコロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０を求めた。これらの結果を表１に示す。

（比較例３）
比較例１と同様にして調製した原料水溶液と高分子分散剤水溶液をそれぞれ原料溶液ＡおよびＢを使用し、ローター１１の回転速度を１０００ｒｐｍに変更した以外は実施例１と同様にして金属化合物のコロイド溶液を作製した。この場合、ローター１１と外側ステータ１２との間の領域における剪断速度は１８７３ｓｅｃ^−１であり、ローター１１と内側ステータ１３との間の領域における剪断速度は１８７３ｓｅｃ^−１であった。また、原料溶液Ａと原料溶液Ｂとが前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間は１．２６ｍｓｅｃであった。

得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例１と同様にして高分解能ＴＥＭの電子線回折測定を行ったところ、前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３３元系複合酸化物単結晶であることが確認された。また、実施例１と同様にして、コロイド溶液のｐＨ、高分子分散剤の含有量、結晶子径ｄ_５０およびｄ_９０、コロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０およびＤ_９０、３０日間静置したコロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０を求めた。これらの結果を表１に示す。

（比較例４）
酢酸アンモニウム２３．２ｇおよび過酸化水素水１３．６ｇをイオン交換水５００ｇに溶解した。この高分子分散剤を含まない水溶液を原料溶液Ｂとして使用し、比較例１と同様にして調製した原料水溶液を原料溶液Ａとして使用した以外は実施例１と同様にして金属化合物のコロイド溶液を作製した。

得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例１と同様にして高分解能ＴＥＭの電子線回折測定を行ったところ、前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３３元系複合酸化物単結晶であることが確認された。また、実施例１と同様にして、コロイド溶液のｐＨ、高分子分散剤の含有量、結晶子径ｄ_５０およびｄ_９０、コロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０およびＤ_９０、３０日間静置したコロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０を求めた。これらの結果を表１に示す。

（比較例５）
先ず、酢酸セリウム一水和物（III）１２．７ｇ、オキシ酢酸ジルコニウム１２．８ｇおよび酢酸イットリウム四水和物１．７ｇをイオン交換水５００ｇに溶解し、陽イオン濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌの原料水溶液を調製した。また、ジエタノールアミン３１．６ｇ、過酸化水素水１３．６ｇおよび重量平均分子量２００００のポリエチレングリコール０．６８ｇをイオン交換水５００ｇに溶解し、高分子分散剤水溶液を調製した。

これらの原料水溶液および高分子分散剤水溶液をそれぞれ原料溶液ＡおよびＢとして使用し、これらをビーカー中で混合し、硝酸を添加してｐＨ３に調整した。この溶液に、振動数２０ｋＨｚ、振幅３０μｍ、出力２００Ｗの超音波ホモジナイザーを用いて３０分間超音波処理を施し、金属化合物のコロイド溶液を作製した。

得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例１と同様にして高分解能ＴＥＭの電子線回折測定を行ったところ、前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３３元系複合酸化物単結晶であることが確認された。また、実施例１と同様にして、コロイド溶液のｐＨ、高分子分散剤の含有量、結晶子径ｄ_５０およびｄ_９０、コロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０およびＤ_９０、３０日間静置したコロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０を求めた。これらの結果を表１に示す。

また、得られた金属化合物のコロイド溶液に遠心加速沈降処理を施して、より大きな凝集体粒子を除去し、上澄み液のみを採取することを試みたが、極く一部（数％）の微粒子が残留したのみで、試料のほとんどは沈殿として除去された。

（比較例６）
ローター１１の回転速度を１０００ｒｐｍに変更した以外は実施例１と同様にして金属化合物のコロイド溶液を作製した。この場合、ローター１１と外側ステータ１２との間の領域における剪断速度は１８７３ｓｅｃ^−１であり、ローター１１と内側ステータ１３との間の領域における剪断速度は１８７３ｓｅｃ^−１であった。また、原料溶液Ａと原料溶液Ｂとが前記領域に導入されてから均質混合されるまでの時間は１．２６ｍｓｅｃであった。

得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例１と同様にして高分解能ＴＥＭの電子線回折測定を行ったところ、前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３３元系複合酸化物単結晶であることが確認された。また、実施例１と同様にして、コロイド溶液のｐＨ、高分子分散剤の含有量、結晶子径ｄ_５０およびｄ_９０、コロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０およびＤ_９０、３０日間静置したコロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０を求めた。これらの結果を表１に示す。

（参考例１）
重量平均分子量１２００のポリアクリル酸ナトリウム塩の代わりに重量平均分子量８０００のポリアクリル酸ナトリウム塩（全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合：１００％、固形分濃度：５０質量％）１４０ｇを用いた以外は実施例１と同様にして金属化合物のコロイド溶液を作製した。

得られたコロイド溶液中の金属化合物について実施例１と同様にして高分解能ＴＥＭの電子線回折測定を行ったところ、前記金属化合物は蛍石構造且つ単相のＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３３元系複合酸化物単結晶であることが確認された。また、実施例１と同様にして、コロイド溶液のｐＨ、高分子分散剤の含有量、結晶子径ｄ_５０およびｄ_９０、コロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０およびＤ_９０、３０日間静置したコロイド溶液中の微粒子の粒子径Ｄ_５０を求めた。これらの結果を表１に示す。

表１に示した結果から明らかなように、本発明の製造方法により高剪断力下で原料溶液を混合して得られた金属化合物のコロイド溶液（実施例１〜３）においては、コロイド溶液中の微粒子の粒子径が金属化合物の結晶子径に比べて増大しなかったことから、結晶子径がナノオーダーで粒径分布も狭い金属化合物結晶子が、そのままの状態で完全に分散していることが確認された。また、３０日間保存してもコロイド溶液中の微粒子の粒子径に変化は見られず、実施例１〜３で得たコロイド溶液は保存性に優れたものであった。

一方、ジエタノールアミンとポリエチレングリコールを添加し、ｐＨを３に調整して超音波処理を施した場合（比較例５）においては、結晶子径がナノオーダーの金属化合物結晶子は、コロイド溶液中で粒子径がサブミクロンオーダーの凝集体を形成しており、分散性に劣るものであった。また、超音波処理により水溶液の温度が若干上昇したため、結晶子が一部成長し、粒度分布幅が大きくなったと推察される。さらに、３０日間保存したコロイド溶液においては、凝集体の粒子径がさらに大きくなり、保存性に劣るものであった。

また、表１に示した結果から明らかなように、攪拌子を用いて混合した場合（比較例１）、反応場に剪断力を付与しなかった場合（比較例２）、反応場に低剪断力を付与した場合（比較例３および６）、高分子分散剤を添加しなかった場合（比較例４）、および高分子分散剤であるポリアクリル酸ナトリウム塩の重量平均分子量が８０００である場合（参考例１）においては、結晶子径がナノオーダーの金属化合物結晶子は、コロイド溶液中で粒子径がミクロンオーダーの凝集体の状態で含まれており、分散性に劣るものであった。

以上説明したように、本発明によれば、粒子径が小さく粒度分布が狭い金属化合物の結晶子が、そのままの状態、または粒子径が更に小さく粒度分布が狭い凝集体の状態で分散したコロイド溶液を得ること可能となる。

したがって、本発明の金属化合物のコロイド溶液は、金属化合物の結晶子および／またはその凝集体がナノサイズで高度に分散したものであるため、様々な用途においてナノサイズ効果の発現が期待され、耐熱性と比表面積とのバランスに優れた触媒担体の出発原料などとして有用である。

１０…ホモジナイザー、１１…ローター、１２…外側ステータ、１３…内側ステータ、１４…回転シャフト、１５…モーター、１６Ａ，１６Ｂ…ノズル、１７Ａ，１７Ｂ…流路（供給管）、２０…反応容器、Ａ，Ｂ…反応溶液、Ｘ…回転軸、Ｙ…回転軸Ｘに対して直交する面。

Claims (18)

1. 粒度分布における累積個数が５０％となる結晶子径ｄ_５０が０．８ｎｍ以上３ｎｍ以下であり且つ累積個数が９０％となる結晶子径ｄ_９０が前記結晶子径ｄ_５０の１．５倍以下である金属化合物の結晶子と、高分子分散剤とを含有するコロイド溶液であり、
   該コロイド溶液中に分散している微粒子が、粒度分布における累積質量が５０％となる粒子径Ｄ_５０が０．８ｎｍ以上４ｎｍ未満であり且つ累積質量が９０％となる粒子径Ｄ_９０が前記粒子径Ｄ_５０の２．５倍以下である前記金属化合物の結晶子および／またはその凝集体である、
   ことを特徴とする金属化合物のコロイド溶液。
2. 前記高分子分散剤の含有量が前記金属化合物の結晶子の単位表面積に対して９〜２１ｍｇ／ｍ^２であることを特徴とする請求項１に記載の金属化合物のコロイド溶液。
3. 前記高分子分散剤の重量平均分子量が８００〜８０００であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属化合物のコロイド溶液。
4. 前記高分子分散剤が（メタ）アクリル酸系重合体であることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の金属化合物のコロイド溶液。
5. ｐＨが５．０〜１０．０であることを特徴とする請求項４に記載の金属化合物のコロイド溶液。
6. 前記（メタ）アクリル酸系重合体中の全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合が、コロイド溶液のｐＨが５．０以上７．０未満の場合には９０％以上１００％以下であり、コロイド溶液のｐＨが７．０以上１０．０以下の場合には５０％以上１００％以下であることを特徴とする請求項５に記載の金属化合物のコロイド溶液。
7. ２種類以上の原料溶液を混合することにより製造された金属化合物のコロイド溶液であって、
   前記２種類以上の原料溶液のうちの少なくとも１種類は前記金属化合物の原料である金属の硝酸塩を含有するものであり、前記２種類以上の原料溶液のうちの少なくとも１種類は前記高分子分散剤を含有するものであり、
   ３０００ｓｅｃ^−１以上の剪断速度となっている領域に前記各原料溶液を独立に直接導入して均質混合することにより得られたものであることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の金属化合物のコロイド溶液。
8. 前記２種類以上の原料溶液のうちの少なくとも１種類が前記金属の硝酸塩を含有するものであり、残りの原料溶液のうちの少なくとも１種類が前記高分子分散剤を含有するものであることを特徴とする請求項７に記載の金属化合物のコロイド溶液。
9. 前記高分子分散剤を含有する原料溶液が中和剤をさらに含むものであることを特徴とする請求項８に記載の金属化合物のコロイド溶液。
10. 前記金属の硝酸塩を含有する原料溶液の陽イオン濃度が０．０１〜０．５ｍｏｌ／Ｌであることを特徴とする請求項７〜９のうちのいずれか一項に記載の金属化合物のコロイド溶液。
11. ２種類以上の原料溶液を混合して金属化合物のコロイド溶液を製造する方法であって、
    前記２種類以上の原料溶液のうちの少なくとも１種類は前記金属化合物の原料である金属の硝酸塩を含有するものであり、前記２種類以上の原料溶液のうちの少なくとも１種類は高分子分散剤を含有するものであり、
    ３０００ｓｅｃ^−１以上の剪断速度となっている領域に前記各原料溶液を独立に直接導入して均質混合することを特徴とする金属化合物のコロイド溶液の製造方法。
12. 前記２種類以上の原料溶液のうちの少なくとも１種類が前記金属の硝酸塩を含有するものであり、残りの原料溶液のうちの少なくとも１種類が前記高分子分散剤を含有するものであることを特徴とする請求項１１に記載の金属化合物のコロイド溶液の製造方法。
13. 前記高分子分散剤を含有する原料溶液が中和剤をさらに含むものであることを特徴とする請求項１２に記載の金属化合物のコロイド溶液の製造方法。
14. 前記金属の硝酸塩を含有する原料溶液の陽イオン濃度が０．０１〜０．５ｍｏｌ／Ｌであることを特徴とする請求項１１〜１３のうちのいずれか一項に記載の金属化合物のコロイド溶液の製造方法。
15. 前記高分子分散剤の重量平均分子量が８００〜８０００であることを特徴とする請求項１１〜１４のうちのいずれか一項に記載の金属化合物のコロイド溶液の製造方法。
16. 前記高分子分散剤が（メタ）アクリル酸系重合体であることを特徴とする請求項１１〜１５のうちのいずれか一項に記載の金属化合物のコロイド溶液の製造方法。
17. ｐＨを５．０〜１０．０に調整することを特徴とする請求項１６に記載の金属化合物のコロイド溶液の製造方法。
18. 前記（メタ）アクリル酸系重合体中の全繰り返し単位のうちの親水基を有するものの割合が９０％以上１００％以下である場合にはコロイド溶液のｐＨを５．０以上１０．０以下に調整し、前記親水基を有する繰り返し単位の割合が５０％以上９０％未満である場合にはコロイド溶液のｐＨを７．０以上１０．０以下に調整することを特徴とする請求項１７に記載の金属化合物のコロイド溶液の製造方法。