JP2014121703A - Hydrothermal reactor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inhibit, by heating a vessel for a hydrothermal reactor isotropically and homogeneously, the occurrence of local ebullition and a concentration variation attributed to liquid droplets existing on the reaction solution interface while obliterating the need for agitation and to realize the visualization of a reaction process progressing in the interior of a hydrothermal reactor using a made-of-glass pressure-resistant vessel.SOLUTION: The provided hydrothermal reactor includes a reaction vessel 1a and a hermetic lid 1c for hermetically sealing the reaction vessel, whereas a hydrothermal reaction is induced in the presence of high-temperature, high-pressure hot water by heating the interior space of the former. A heater 5 for heating the profile circumferential surface and bottom surface of the reaction vessel 1a, a heater 13 for heating the hermetic lid 1c, and set pressure impression devices for impressing a set pressure within the reaction vessel 1a (decompression valve 20 and back pressure valve 22) are configured, whereas a tabular member 16 consisting of a chemically inert material having a low heat conductivity is laid on the inner circumferential surface of the reaction vessel 1a so as to compartmentalize a space formed by the interface of a reaction solution filled into the reaction vessel 1a and the lower surface of the hermetic lid 1c.

Description

本発明は、高温高圧の熱水の存在下で化合物の合成あるいは結晶成長等を行う水熱合成反応に利用される水熱反応装置に関する。   The present invention relates to a hydrothermal reaction apparatus used for a hydrothermal synthesis reaction in which a compound is synthesized or a crystal is grown in the presence of hot water of high temperature and pressure.

水熱反応装置を用いて、高温高圧の熱水の存在下で化合物の合成、結晶成長を行うと、常温常圧では得られないような物質の合成、成長が可能である。こうした技術は、無機多孔質材料合成、ゾル・ゲル法、ラボ用合成反応等、化学工業全般で広く採用されている。
水熱反応装置を用いた合成、結晶成長では、一般的には室温で水溶性の各種原料を混ぜ、撹拌させて均一化した後、そのゾルまたはゲルを出発原料として水熱反応を行っている。
When a compound is synthesized and crystals are grown in the presence of high-temperature and high-pressure hot water using a hydrothermal reactor, it is possible to synthesize and grow substances that cannot be obtained at room temperature and normal pressure. Such techniques are widely adopted in the chemical industry in general, such as inorganic porous material synthesis, sol-gel method, and laboratory synthesis reaction.
In synthesis and crystal growth using a hydrothermal reactor, various water-soluble raw materials are generally mixed at room temperature, stirred and homogenized, and then hydrothermal reaction is performed using the sol or gel as a starting material. .

水熱反応装置には、撹拌型水熱反応装置、静水化水熱反応装置、耐熱ガラスを利用して水熱反応のプロセスを観察できるようにしたもの等があり、近年、大量生産の観点から大型の水熱反応合成装置も開発されている。
下記特許文献1には、ポリテトラフルオロエチレン(テフロン(登録商標)、以下PTFEと称する。)の内筒を備えたステンレス製オートクレーブにより水熱合成反応を行い、AFI型アルミノリン酸塩多孔性自立膜を生成することが記載されている。
下記特許文献2には、高耐圧シリンダに試料を投入し、フリーピストンにより仕切られた上部室に高圧ガスを送り、試料の加圧、加熱を行うことが記載されている。
下記特許文献3には、マイクロ波加熱による水熱反応を、透明シリンダ内部に収容した観察用ガラスチューブにより可視化することが記載されている。
Hydrothermal reactors include stirred hydrothermal reactors, hydrostatic hydrothermal reactors, and devices that make it possible to observe hydrothermal reaction processes using heat-resistant glass. A large hydrothermal reaction synthesizer has also been developed.
In Patent Document 1 listed below, an AFI-type aluminophosphate porous self-supporting membrane is prepared by performing a hydrothermal synthesis reaction using a stainless steel autoclave equipped with an inner cylinder of polytetrafluoroethylene (Teflon (registered trademark), hereinafter referred to as PTFE). Is described.
Patent Document 2 below describes that a sample is put into a high pressure cylinder, a high pressure gas is sent to an upper chamber partitioned by a free piston, and the sample is pressurized and heated.
Patent Document 3 below describes that a hydrothermal reaction by microwave heating is visualized by an observation glass tube housed inside a transparent cylinder.

さらに、撹拌型水熱反応装置による水熱反応合成時、撹拌により、反応溶液が動的に動くことになり、また均質化するために、水溶液から反応・析出する結晶粒子は、静水下水熱反応装置を利用する場合と比べ、得られる結晶相が異なったり、同一の結晶相が得られる場合であっても、結晶サイズや形状が異なることがしばしば起きる。
そのため、例えば、水熱反応により得られる多孔質結晶のゼオライトの合成では、撹拌の有無を合成手順に記載することが通常行われる。
非特許文献1は、国際ゼオライト学会の監修の元に出版された、種々の骨格構造・化学組成のゼオライトに対するレシピ集であるが、これにも撹拌の有無についてそれぞれのゼオライトを合成する上で示されている。
また、下記非特許文献2では、後述する小型反応容器を用い、容器内に液体水銀を底部に入れ、更にその上部に反応溶液を導入の上、密閉・静置加熱の手法により、水銀と反応溶液の界面にIUPACにより命名される骨格構造がMFIであるゼオライトの自立膜が形成されることが示されている。
In addition, during the hydrothermal reaction synthesis by the stirring type hydrothermal reactor, the reaction solution dynamically moves by stirring, and the crystal particles that react and precipitate from the aqueous solution are subjected to hydrothermal reaction under hydrostatic conditions to achieve homogenization. Compared to the case of using an apparatus, the crystal size and shape are often different even when the obtained crystal phase is different or even when the same crystal phase is obtained.
Therefore, for example, in the synthesis of a porous crystal zeolite obtained by a hydrothermal reaction, the presence or absence of stirring is usually described in the synthesis procedure.
Non-Patent Document 1 is a collection of recipes for zeolites with various skeletal structures and chemical compositions published under the supervision of the International Zeolite Society. Has been.
Further, in the following Non-Patent Document 2, a small reaction vessel described later is used, liquid mercury is put into the bottom, a reaction solution is introduced into the top, and the reaction with mercury is performed by a method of hermetic / static heating. It is shown that a self-supporting membrane of a zeolite whose framework structure named by IUPAC is MFI is formed at the interface of the solution.

特開2012−62228号公報JP 2012-62228 A 特公昭52−10039号公報Japanese Patent Publication No.52-10039 特許第5049764号公報Japanese Patent No. 5049764

Verified synthesis of zeolitic materials (Ed. by H. Robson、(Elsevier))、2001Verified synthesis of zeolitic materials (Ed. By H. Robson, (Elsevier)), 2001 Y. Kiyozumi et al.、 Advanced Materials 8(1996) 517-520Y. Kiyozumi et al., Advanced Materials 8 (1996) 517-520

水熱合成反応では、目的とする物質の合成、成長を実現するため、一般的には、密封した小型反応容器(オートクレーブ、もしくは小型圧力容器と呼ぶ場合もある。)を利用することにより、内部を100℃以上に加熱し、反応溶液自らの水蒸気圧により、大気圧以上の圧力を反応容器内に印加することができる。これにより、反応溶液の沸点は上昇し、水蒸気圧で決まる沸点まで温度を上昇させることが可能となる。ただし、小型反応容器に注入する反応溶液に、多量の揮発性有機物や有機溶媒を含む場合は、同一温度で比較した場合、水蒸気圧よりも高い圧力となることもあり得る。   In a hydrothermal synthesis reaction, in order to achieve synthesis and growth of a target substance, in general, a sealed small reaction vessel (sometimes called an autoclave or a small pressure vessel) is used. Can be heated to 100 ° C. or higher, and a pressure higher than atmospheric pressure can be applied to the reaction vessel by the water vapor pressure of the reaction solution itself. As a result, the boiling point of the reaction solution rises, and the temperature can be raised to the boiling point determined by the water vapor pressure. However, when the reaction solution injected into the small reaction vessel contains a large amount of volatile organic substances or organic solvents, the pressure may be higher than the water vapor pressure when compared at the same temperature.

このような小型反応容器を用いる場合、水熱合成を安定して行うために、容器全体を等方的かつ均一に加熱する必要がある。そこで、図1に示す従来の静置式水熱反応装置1では、PTFE製の内筒部を備えた反応容器を、送風ファン2、ヒーター3等により、加熱雰囲気ガス(一般に空気)が強制循環・撹拌される加熱オーブン内に、そのまま収容して静置することにより、等方的加熱を実現することが可能である。なお、4は、オーブン内部の温度を測定し、一定温度に制御するための熱電対であり、矢印はオーブン内の気流を模式的に表したものである。   When such a small reaction vessel is used, it is necessary to heat the entire vessel isotropically and uniformly in order to stably perform hydrothermal synthesis. Therefore, in the conventional stationary hydrothermal reactor 1 shown in FIG. 1, a heated atmosphere gas (generally air) is forcedly circulated through a reaction vessel having an inner cylindrical portion made of PTFE by a blower fan 2, a heater 3, and the like. It is possible to realize isotropic heating by storing and standing in a stirred heating oven. Reference numeral 4 denotes a thermocouple for measuring the temperature inside the oven and controlling it to a constant temperature, and the arrows schematically represent the air flow inside the oven.

このような加熱オーブンによる等方的・均一的加熱は、熱平衡状態において実現されるのであって、反応容器を加熱オーブンに導入した直後は、昇温過程にあるため、反応容器等のほか、内部の反応溶液にも温度むらが生じる。
なお、図1以降の反応容器の機構を説明する各図面において、反応容器の密封蓋と反応容器本体間に介在され、内部を密封する機構(ガスケット、Oリング、ボルト、クランプ等)等は省略している。
Such isotropic and uniform heating with a heating oven is realized in a thermal equilibrium state. Immediately after the reaction vessel is introduced into the heating oven, it is in the process of raising the temperature. Also in the reaction solution, temperature unevenness occurs.
1 and subsequent drawings, the mechanism (gasket, O-ring, bolt, clamp, etc.) that is interposed between the sealing lid of the reaction vessel and the reaction vessel main body and seals the inside is omitted. doing.

一方、大量生産の観点から、反応容器を大容量化しようとすると、反応容器に要求される耐圧性能が大幅に高まる。このため、ステンレス等の肉厚化が必要となり、反応容器の重量が急激に増大し、可搬性が損なわれるばかりでなく、加熱オーブンも併せて大型化せざるを得ず、多額な設備投資、スペースが必要となり、さらに、熱平衡状態に到るまで、長時間を要することになる。   On the other hand, from the viewpoint of mass production, when the capacity of the reaction vessel is increased, the pressure resistance required for the reaction vessel is greatly increased. For this reason, it is necessary to increase the thickness of the stainless steel and the like, the weight of the reaction vessel increases rapidly, not only the portability is impaired, but also the heating oven has to be increased in size, and a large capital investment, Space is required, and it takes a long time to reach a thermal equilibrium state.

そこで、図2に示す水熱反応装置1においては、ステンレス等からなる円筒状の反応容器1aの側周面及び底面に直接ヒーターを取り付ける方法や、反応容器1aの外形に合わせたマントルヒーター5により、反応容器の側周面及び底面から加熱する方法が通常採用されており、この形式の加熱反応装置は国内外の多数のメーカーから市販されている。
図2において、円筒状反応容器1aの内側には、PTFE製の内筒1bが設けられており、密閉蓋1cにより、反応容器1aが密閉状態に封止されるようになっている。この密閉蓋1cには、温度測定用の熱電対6を挿入するための鞘状のパイプ6a、ガス導入・排出用バルブ7、攪拌棒8、及び、圧力計9を介在させた安全弁10が取り付けられている。
Therefore, in the hydrothermal reaction apparatus 1 shown in FIG. 2, a method of attaching a heater directly to the side peripheral surface and bottom surface of a cylindrical reaction vessel 1a made of stainless steel or the like, or a mantle heater 5 adapted to the outer shape of the reaction vessel 1a. The method of heating from the side peripheral surface and the bottom surface of the reaction vessel is usually employed, and this type of heating reaction apparatus is commercially available from many domestic and foreign manufacturers.
In FIG. 2, an inner cylinder 1b made of PTFE is provided inside a cylindrical reaction vessel 1a, and the reaction vessel 1a is sealed in a sealed state by a sealing lid 1c. A safety valve 10 with a sheath-like pipe 6a for inserting a thermocouple 6 for temperature measurement, a gas introduction / discharge valve 7, a stirring rod 8 and a pressure gauge 9 is attached to the sealing lid 1c. It has been.

なお、ガス導入・排出用バルブ7は、反応容器1a内に、例えば、合成に必要なガスを充填するためのサービス用のバルブであり、通常、水熱反応工程では閉止されるものである。
しかし、このような加熱装置で、マントルヒーター5による加熱面が、反応容器1aの側周面及び底面に限られており、密閉蓋1cは加熱されないことから、反応溶液のうち、側周面及び底面に直接接する部分と、界面との温度差が著しく大きくなり、等方的かつ均一な加熱は不可能である。
The gas introduction / discharge valve 7 is a service valve for filling, for example, a gas necessary for synthesis into the reaction vessel 1a, and is normally closed in the hydrothermal reaction step.
However, in such a heating device, the heating surface by the mantle heater 5 is limited to the side peripheral surface and the bottom surface of the reaction vessel 1a, and the sealing lid 1c is not heated. The temperature difference between the portion directly in contact with the bottom surface and the interface becomes extremely large, and isotropic and uniform heating is impossible.

したがって、反応溶液の温度・組成の均一性を保つ目的のため、密閉蓋1cに回転導入端子等を用いて、容器内部の反応溶液を撹拌棒8の回転により、温度及び組成を均一化させることが一般的である。
なお、図1で説明した加熱オーブンを使用する場合にも、オーブン内で容器そのものを回転させて、反応溶液の温度のみならず組成の均一性を高めている方法も検討されている。
Therefore, for the purpose of maintaining the uniformity of the temperature and composition of the reaction solution, the temperature and composition of the reaction solution inside the container are made uniform by rotating the stirring rod 8 using a rotation introduction terminal or the like on the sealing lid 1c. Is common.
In addition, when using the heating oven demonstrated in FIG. 1, the method which rotates the container itself in oven and raises the uniformity of not only the temperature of a reaction solution but a composition is also examined.

一般に、反応溶液を反応過程で撹拌すれば反応溶液の温度や組成を均一化することができるが、撹拌により、反応溶液が常時動的に動いているため、ときには過剰に反応溶液が均一化されるケースがある。そのため、上記非特許文献1に記載されているように、撹拌の有無により得られる結晶相に違いが生じたり、同一の結晶相が得られる場合であっても、結晶サイズや形状が異なることがしばしば起きる。
特に、上記した特許文献1や非特許文献2に示されているような、静置した反応容器内の反応溶液と水銀、もしくは空気との界面が合成過程に重要な役割を果たす膜材料の合成では、攪拌に伴う反応溶液の流動や界面の揺らぎは、生成物が例えば膜の場合、その品質に大きな影響を与える。
Generally, if the reaction solution is stirred in the course of the reaction, the temperature and composition of the reaction solution can be made uniform. However, since the reaction solution is constantly moving dynamically by stirring, sometimes the reaction solution becomes excessively uniform. There are cases. Therefore, as described in Non-Patent Document 1, the crystal phase obtained by the presence or absence of stirring may be different, or the crystal size and shape may be different even when the same crystal phase is obtained. It often happens.
In particular, as shown in Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 described above, synthesis of a film material in which the interface between the reaction solution in a stationary reaction vessel and mercury or air plays an important role in the synthesis process. Then, the flow of the reaction solution accompanying the stirring and the fluctuation of the interface greatly affect the quality of the product, for example, a film.

このような影響を避けるため、撹拌を前提とした図2の水熱反応装置を使用して、あえて撹拌しないことも考えられる。しかし、この場合でも、次のような現象が発生する。
(1)密閉蓋1cには、上述のように、内部の温度を計測する熱電対6を挿入するための鞘状のパイプ6aや、内圧モニター用の圧力計9が配置され、これらが反応容器外の大気中に曝されているため、加熱が十分に行われない。
特に、密閉蓋1cの温度が、反応溶液の水分や他の揮発性成分の凝縮温度よりも低い場合、その界面から蒸発した水蒸気等が、密閉蓋1cの内面で凝縮、結露し、液滴が反応溶液の界面に不規則に滴下することにより、界面の揺らぎ、波立ちの原因となる。しかも、こうした液滴の滴下は、一時的ではあるが、滴下箇所の反応溶液の成分濃度が変化するため、安定した水熱反応の妨げともなる。
In order to avoid such an influence, it is conceivable that the hydrothermal reaction apparatus of FIG. However, even in this case, the following phenomenon occurs.
(1) As described above, a sheath-like pipe 6a for inserting the thermocouple 6 for measuring the internal temperature and a pressure gauge 9 for monitoring the internal pressure are disposed on the sealing lid 1c. Heating is not performed sufficiently because it is exposed to the outside atmosphere.
In particular, when the temperature of the sealing lid 1c is lower than the condensation temperature of moisture or other volatile components in the reaction solution, water vapor evaporated from the interface condenses and condenses on the inner surface of the sealing lid 1c, and droplets are formed. Irregular dropping at the interface of the reaction solution causes fluctuations and ripples in the interface. In addition, such dripping of the droplets is temporary, but the component concentration of the reaction solution at the dripping site changes, which also hinders stable hydrothermal reaction.

(2)水熱反応装置における反応容器内部の圧力は水蒸気圧により決定されるが、密閉蓋1cでの結露発生により、本来の水蒸気圧よりわずかに低くなり、界面で非平衡の状態となり、蒸発と凝縮のバランスが崩れるため、反応溶液が局所的に沸騰し、反応溶液中や容器の内壁から沸騰に伴う気泡が多数発生する。 (2) Although the pressure inside the reaction vessel in the hydrothermal reactor is determined by the water vapor pressure, it is slightly lower than the original water vapor pressure due to the occurrence of dew condensation in the hermetic lid 1c, resulting in a non-equilibrium state at the interface and evaporation. Since the balance of condensation is lost, the reaction solution boils locally, and many bubbles are generated in the reaction solution and from the inner wall of the container.

ところで、これらの水熱反応装置では、図2に示されるように、一般的には、ステンレス等からなる耐圧性の反応容器1a内に、化学的に不活性な物質であるPTFEなどからなる内筒1bを嵌入させ、入れ子構造の反応容器内で反応させることにより、酸やアルカリにより金属容器が腐食すること等を防止している。
しかし、PTFE系の高分子は通常白色の不透明状態であり、反応過程を直接観察することはできない。そこで、内部観察できる反応容器として、ガラス製耐圧容器を使った水熱反応装置が既に市販され、その反応プロセスの進行に伴う内部の様子を観察することが可能となっている。
このようなガラス製耐圧容器を使った水熱反応装置の場合でも、前述のように攪拌に伴う反応溶液の流動や局所的な沸騰、さらには、不規則な凝縮液の滴下により反応溶液の微細な変化の可視化が困難になる。
By the way, in these hydrothermal reactors, as shown in FIG. 2, generally, a pressure resistant reaction vessel 1 a made of stainless steel or the like is made of PTFE which is a chemically inert substance. By fitting the tube 1b and reacting in a nested reaction vessel, the metal vessel is prevented from being corroded by acid or alkali.
However, PTFE polymers are usually white and opaque, and the reaction process cannot be observed directly. Therefore, a hydrothermal reactor using a glass pressure vessel as a reaction vessel that can be observed inside is already on the market, and it is possible to observe the inside as the reaction process proceeds.
Even in the case of a hydrothermal reactor using such a pressure vessel made of glass, as described above, the flow of the reaction solution accompanied by stirring, local boiling, and the addition of irregular condensate dripping the fine reaction solution. Visualization of changes is difficult.

そこで、本発明の目的は、水熱反応装置の容器を等方的かつ均一に加熱することにより、攪拌を不要とした上で、局所的な沸騰の発生及び反応溶液界面への液滴に起因する濃度変化を抑制するとともに、ガラス製耐圧容器を使った水熱反応装置内部で進行する反応プロセスの可視化を実現することにある。   Therefore, the object of the present invention is to cause local boiling and droplets at the reaction solution interface while stirring is not required by heating the container of the hydrothermal reactor isotropically and uniformly. It is to realize the visualization of the reaction process proceeding inside the hydrothermal reactor using a glass pressure vessel while suppressing the concentration change.

より具体的には、本発明の水熱反応装置は、反応容器と、該反応容器を密閉状態に封止する密閉蓋を備え、その内部空間を加熱することにより、高温高圧の熱水の存在下で水熱合成反応を行うための水熱反応装置であって、反応容器の側周面及び底面を加熱するヒーター、密閉蓋を加熱するヒーター、及び、反応容器内に設定圧力を印加する設定圧力印加装置を設けるとともに、反応容器内に充填された反応溶液界面と、密封蓋の下面とにより形成される空間を区画するよう、反応容器の内周面に、化学的に不活性で、かつ熱伝達率の低い材料からなる板状部材を載置したものである。   More specifically, the hydrothermal reaction apparatus of the present invention includes a reaction vessel and a sealing lid that seals the reaction vessel in a hermetically sealed state, and the presence of high-temperature and high-pressure hot water by heating the internal space. A hydrothermal reactor for performing a hydrothermal synthesis reaction underneath, a heater for heating the side peripheral surface and bottom surface of the reaction vessel, a heater for heating the sealing lid, and a setting for applying a set pressure in the reaction vessel In addition to providing a pressure application device, the inner peripheral surface of the reaction vessel is chemically inert so as to partition a space formed by the reaction solution interface filled in the reaction vessel and the lower surface of the sealing lid, and A plate-like member made of a material having a low heat transfer coefficient is placed.

上記の水熱反応装置において、板状部材をその下面が水平面に対し傾斜するよう載置してもよいし、反応容器の内周面に、化学的に不活性で、かつ熱伝達率の低い材料からなるリング状部材を嵌着し、該リング状部材に板状部材を載置してもよい。反応容器が、化学的に不活性で、かつ、内筒を備えており、この内筒の内周面に板状部材を載置するための支持部を形成するのも好適である。さらに、リング状部材あるいは支持部が、水平面に対し傾斜させるようにしてもよいし、板状部材を、上方に頂点を有する略円錐形状としてもよい。   In the above hydrothermal reaction apparatus, the plate-like member may be placed so that the lower surface thereof is inclined with respect to the horizontal plane, or is chemically inert and has a low heat transfer coefficient on the inner peripheral surface of the reaction vessel. A ring-shaped member made of a material may be fitted and a plate-shaped member may be placed on the ring-shaped member. It is also preferable that the reaction vessel is chemically inert and includes an inner cylinder, and a support portion for mounting the plate-like member is formed on the inner peripheral surface of the inner cylinder. Further, the ring-shaped member or the support portion may be inclined with respect to the horizontal plane, and the plate-shaped member may be formed in a substantially conical shape having a vertex on the upper side.

また、本発明の別の水熱反応装置は、反応容器と、該反応容器を密閉状態に封止する密閉蓋を備え、その内部空間を加熱することにより、高温高圧の熱水の存在下で水熱合成反応を行うための水熱反応装置であって、前記反応容器の側周面及び底面の少なくとも一方を加熱するヒーター、及び、前記反応容器内に設定圧力を印加する設定圧力印加装置を設けるとともに、前記反応容器の内部に、反応溶液を充填する反応溶液貯留容器を設け、該反応溶液貯留容器の外方に、前記反応溶液を加熱するための水溶液を充填し、前記ヒーターにより前記水溶液を加熱し、前記反応溶液貯留容器を介して間接的に加熱するようにしたものである。   Further, another hydrothermal reactor of the present invention includes a reaction vessel and a sealing lid that seals the reaction vessel in a hermetically sealed state, and heats the internal space, thereby allowing high temperature and high pressure hot water to be present. A hydrothermal reaction apparatus for performing a hydrothermal synthesis reaction, comprising: a heater that heats at least one of a side peripheral surface and a bottom surface of the reaction container; and a set pressure application apparatus that applies a set pressure to the reaction container. And a reaction solution storage container for filling the reaction solution is provided inside the reaction container, an aqueous solution for heating the reaction solution is filled outside the reaction solution storage container, and the aqueous solution is supplied by the heater. Is heated indirectly via the reaction solution storage container.

上記の水熱反応装置において、前記反応溶液貯留容器の上面に、前記反応容器の内部と連通する連通路を備えた容器蓋を設けると、前記反応溶液貯留容器の内部と外部を同じ気圧にすることができ、耐圧性を考慮する必要がなくなる。
また、前記反応溶液貯留容器を、前記水溶液の流通が可能な支持台を介して前記反応容器の底部に支持し、該支持台の内部に撹拌装置、更には前記密閉蓋を加熱するヒーターを設置すると、前記水溶液の温度をさらに均一化することができる。
さらに、前記水溶液に含有される成分のうち、少なくとも、揮発成分あるいは加熱に伴い不透明となる成分の一方の濃度を、前記反応溶液に含有される成分濃度と同等のものにすることで、加熱中の反応液の成分変化を効果的に抑止することができる。
In the above hydrothermal reaction apparatus, when a container lid having a communication path communicating with the inside of the reaction container is provided on the upper surface of the reaction solution storage container, the inside and the outside of the reaction solution storage container have the same atmospheric pressure. This eliminates the need to consider pressure resistance.
In addition, the reaction solution storage container is supported on the bottom of the reaction container via a support base capable of flowing the aqueous solution, and a stirring device and a heater for heating the sealing lid are installed inside the support base. Then, the temperature of the aqueous solution can be made more uniform.
Further, among the components contained in the aqueous solution, at least one of the volatile component or the component that becomes opaque upon heating is made equivalent to the component concentration contained in the reaction solution, so that It is possible to effectively suppress changes in the components of the reaction solution.

本発明の水熱反応装置によれば、密閉蓋にヒーターを取り付け、密閉蓋の温度を少なくとも反応溶液の温度以上にするとともに、反応容器内に設定圧力を印加する設定圧力印加装置により、内部の圧力を調整することにより、加熱工程においても、反応溶液が局所的に沸騰するのを効果的に抑制することができる。さらに、反応容器内部における反応溶液界面の上方空間を、板状部材で上下に区画することにより、反応容器を大型化した場合でも、従来の静置式水熱反応装置と同様に静置加熱を実現しながら、急速で等方的かつ均一な加熱を実現することができる。
しかも、板状部材と密閉蓋内面との間の空間の温度を安定化するとともに、密閉蓋内面に直接接触する蒸気を抑制することにより、密閉蓋への凝縮による結露発生が激減するだけでなく、反応溶液界面の上方空間の水蒸気が加熱され、水蒸気圧が高まるために、反応溶液の局所的な沸騰現象が緩和され、反応過程を鮮明に可視化することができる。
According to the hydrothermal reaction device of the present invention, a heater is attached to the hermetic lid, and the temperature of the hermetic lid is at least equal to or higher than the temperature of the reaction solution. By adjusting the pressure, local boiling of the reaction solution can be effectively suppressed even in the heating step. Furthermore, by dividing the space above the reaction solution interface inside the reaction vessel vertically with plate-like members, even when the reaction vessel is enlarged, it is possible to perform static heating in the same way as conventional static hydrothermal reactors. However, rapid, isotropic and uniform heating can be achieved.
In addition to stabilizing the temperature of the space between the plate-like member and the inner surface of the sealing lid, and suppressing vapor directly contacting the inner surface of the sealing lid, not only drastically reduces the occurrence of condensation due to condensation on the sealing lid. Since the water vapor in the space above the reaction solution interface is heated and the water vapor pressure is increased, the local boiling phenomenon of the reaction solution is alleviated and the reaction process can be clearly visualized.

本発明の別の水熱反応装置によれば、反応溶液貯留容器に貯留された反応溶液は、その外周面の水溶液を加熱することで、反応溶液貯留容器を介して間接的に加熱されることになり、加熱工程に発生する反応溶液の局所的な温度上昇を効果的に抑止し、沸騰現象をより確実に抑止することが可能となる。   According to another hydrothermal reaction device of the present invention, the reaction solution stored in the reaction solution storage container is heated indirectly via the reaction solution storage container by heating the aqueous solution on the outer peripheral surface thereof. Thus, the local temperature rise of the reaction solution generated in the heating process can be effectively suppressed, and the boiling phenomenon can be more reliably suppressed.

完全密閉系小型圧力容器を用いた静置式水熱合成反応法の概略図。Schematic of a stationary hydrothermal synthesis reaction method using a completely sealed small pressure vessel. 圧力容器を大型化した場合に採用される水熱反応装置の概略図。Schematic of the hydrothermal reaction apparatus employ | adopted when a pressure vessel is enlarged. 実施例1による静置型水熱反応装置の概略図。1 is a schematic view of a stationary hydrothermal reactor according to Example 1. FIG. 観察装置を付帯した実施例に基づく実験装置の概略図。Schematic of the experimental apparatus based on the Example which attached the observation apparatus. 常温・常圧下において、純水を充填した実験装置の反応容器内部を撮像した写真であり、(a)は全体像(低倍率)、(b)は水面(高倍率)を示し、(b)の横矢印は液面を示している。It is the photograph which imaged the inside of the reaction container of the experimental device filled with pure water at normal temperature and normal pressure, (a) shows the whole image (low magnification), (b) shows the water surface (high magnification), (b) The horizontal arrow indicates the liquid level. 板状部材等を有していない水熱反応装置により、180℃に反応容器内の水を加熱したときの反応容器内部を撮影した写真。The photograph which image | photographed the inside of reaction container when the water in reaction container was heated at 180 degreeC with the hydrothermal reaction apparatus which does not have a plate-shaped member etc. 実施例1による熱反応装置により、180℃に反応容器内の水を加熱したときの反応容器内部を撮影した写真であり、(a)は全体像(低倍率)、(b)は水面(高倍率)を示している。It is the photograph which image | photographed the inside of reaction container when the water in reaction container was heated at 180 degreeC with the thermal reactor by Example 1, (a) is a whole image (low magnification), (b) is the water surface (high (Magnification). 180℃に達した直後の反応溶液を撮影した写真。A photograph of the reaction solution immediately after reaching 180 ° C. 最終工程を経て得られた自立膜を撮影した写真。A photograph of a self-supporting film obtained through the final process. 平行ビーム法によるX線回折(XRD)データをリガク製SmartLabにより収集した結果を示す図。The figure which shows the result of having collected the X-ray diffraction (XRD) data by a parallel beam method by SmartLab made from Rigaku. 実施例1の化学組成からなる反応溶液を撹拌条件下で水熱反応させた場合の生成物の走査電子顕微鏡像。The scanning electron microscope image of the product at the time of making the reaction solution which consists of a chemical composition of Example 1 hydrothermally react on stirring conditions. 実施例1の静置型水熱反応装置により沸騰が発生したケースを撮影した写真。The photograph which image | photographed the case where the boiling generate | occur | produced with the stationary hydrothermal reaction apparatus of Example 1. FIG. 実施例2による静置型水熱反応装置の概略図。3 is a schematic view of a stationary hydrothermal reactor according to Example 2. FIG. 実施例2による反応溶液の加熱時間と温度上昇の関係を示す実測値。The actual measurement value which shows the relationship between the heating time of the reaction solution by Example 2, and temperature rise. 実施例2による反応溶液貯留容器の内部を、加熱開始から時間経過毎に撮影した写真で、Aは加熱開始時、Bは3時間、Cは5時間後、Dは7時間後、Eは8時間後の状態を示している。Photographs taken inside the reaction solution storage container according to Example 2 at every elapse of time from the start of heating. A is the start of heating, B is 3 hours, C is 5 hours later, D is 7 hours later, E is 8 The state after time is shown. 実施例2により生成した生成物の一例を示す写真。3 is a photograph showing an example of a product generated according to Example 2. 実施例2により生成した生成物の一例を、粉末X線回折装置により測定した結果を示す写真。The photograph which shows the result of having measured an example of the product produced | generated by Example 2 with the powder X-ray-diffraction apparatus.

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[実施例1]
実施例1の構成を図3に示す。なお、図2を用いて説明した従来の水熱反応装置と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
水熱反応装置1の基本構成は、図2と同様であるが、可視化を行うためには、反応容器として、耐熱、耐圧に優れた強化ガラス製のものを使用しても何ら問題ない。
従来の水熱反応装置と比較して、特に相違する点は、密閉蓋1cに加熱装置を設けた点、溶液上方の反応容器内部空間に板状部材を設けた点、更にはガス導入・排出用バルブ7を介して、反応容器1aの内部空間に定常圧を印加するとともに、背圧弁、ガス放出管を介して、過剰圧力を放出できるようにした設定圧力印加装置を設けた点にある。
以下、詳細に実施例1について説明する。
[Example 1]
The configuration of Example 1 is shown in FIG. In addition, about the part which is common in the conventional hydrothermal reaction apparatus demonstrated using FIG. 2, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
The basic configuration of the hydrothermal reactor 1 is the same as that shown in FIG. 2, but there is no problem even if a reaction vessel made of tempered glass having excellent heat resistance and pressure resistance is used for visualization.
Compared with the conventional hydrothermal reactor, the difference is that a heating device is provided in the sealing lid 1c, a plate-like member is provided in the reaction vessel internal space above the solution, and further, gas introduction / discharge is performed. A set pressure application device is provided which applies a steady pressure to the internal space of the reaction vessel 1a through the valve 7 and allows the excess pressure to be released through the back pressure valve and the gas discharge pipe.
Hereinafter, Example 1 will be described in detail.

図3(a)において、密閉蓋1cの上面には、シリコンラバーヒーター13、アルミ板14を積層し、その上面をさらに、自動車用マフラー等に用いられる断熱シート15で被覆するようにした。なお、図中12のパイプは、図3(b)に示すように、ガス放出管23を介して過剰圧力をリリースする背圧弁22に接続されるパイプであり、パイプ11は、図3(c)に示すように、ガス導入・排出用バルブ7を減圧弁20を介して、空気、窒素などの気体が充填された圧力ボンベ19に接続するものであり、この減圧弁20により、この圧力ボンベ19から気体を供給し、反応容器1aの内部空間に定常圧を印加することができる。   In FIG. 3A, a silicon rubber heater 13 and an aluminum plate 14 are laminated on the upper surface of the sealing lid 1c, and the upper surface is further covered with a heat insulating sheet 15 used for an automobile muffler or the like. In addition, as shown in FIG.3 (b), the pipe of 12 in a figure is a pipe connected to the back pressure valve 22 which releases excess pressure via the gas discharge pipe 23, and the pipe 11 is shown in FIG.3 (c). ), The gas introduction / discharge valve 7 is connected via a pressure reducing valve 20 to a pressure cylinder 19 filled with a gas such as air or nitrogen. A gas can be supplied from 19 to apply a steady pressure to the internal space of the reaction vessel 1a.

図3(b)に示す背圧弁22及び図3(c)に示す減圧弁20の調整を適宜行うことにより、局所的な沸騰を抑制しつつ安定した一定圧力を得ると共に、異常圧力上昇を抑える安全性の両面に効果を発揮する。
例えば、特定の水熱反応に最適な、定常状態における反応容器1aの反応溶液温度、内部圧力が予め分かっていれば、マントルヒーター5、シリコンラバーヒーター13による加熱と並行して、圧力ボンベ19による印加圧力を減圧弁20により調整しておけばよい。
なお、目的とする温度に密閉蓋1cを昇温可能なものであれば、加熱手段はシリコンラバーヒーターに何ら制限されるものではない。また、断熱シート15もシート状形状であることに何ら制限されるものではない。また、圧力ボンベ19に換えて、可変容量式の圧縮ポンプなどを利用することもできる。
By appropriately adjusting the back pressure valve 22 shown in FIG. 3B and the pressure reducing valve 20 shown in FIG. 3C, a stable constant pressure can be obtained while suppressing local boiling, and an abnormal pressure rise can be suppressed. It is effective in both aspects of safety.
For example, if the reaction solution temperature and internal pressure of the reaction vessel 1a in a steady state, which is optimal for a specific hydrothermal reaction, are known in advance, the pressure cylinder 19 is used in parallel with the heating by the mantle heater 5 and the silicon rubber heater 13. The applied pressure may be adjusted by the pressure reducing valve 20.
The heating means is not limited to the silicon rubber heater as long as the temperature of the sealing lid 1c can be increased to the target temperature. Further, the heat insulating sheet 15 is not limited to the sheet shape. Further, a variable displacement compression pump or the like can be used instead of the pressure cylinder 19.

一方、ステンレス製の反応容器1aの内部上方には、反応溶液界面の上方空間を上下に区画する板状部材16が、リング状部材等からなる板受け17に載置されている。なお、板状部材16、板受け17はいずれもPTFE等の化学的に不活性で、熱伝達率の低い材料で形成することが望ましい。
また、板受け17には様々な形態があり、例えば、PTFEで被覆されたリング状部材や、PTFE製の内筒1bの底部からピラーを立てるようにしたり、さらには、PTFE製の内筒1bの内周面に切削加工を施すことにより形成した凸部などが挙げられる。
On the other hand, a plate-like member 16 that divides the upper space of the reaction solution interface up and down is placed on a plate receiver 17 made of a ring-like member or the like above the inside of the stainless steel reaction vessel 1a. Note that it is desirable that both the plate-like member 16 and the plate receiver 17 are made of a material that is chemically inert, such as PTFE, and has a low heat transfer coefficient.
The plate receiver 17 has various forms, such as a ring-shaped member coated with PTFE, a pillar standing from the bottom of the PTFE inner cylinder 1b, or a PTFE inner cylinder 1b. The convex part etc. which were formed by giving a cutting process to the internal peripheral surface of this are mentioned.

なお、PTFEで被覆されたリング状部材を使用する場合、反応容器1aの内周面に嵌合することにより、摩擦力で板状部材16を支持する。一方、内形状が特殊な場合や、完全円筒状の場合は、反応容器の底からピラーを立てることで、この板状部材を設置できる。反応容器内壁がPTFEなどの材質からなる場合は、このPTFE壁を直接加工するなどして、板状部材を取り付けてもよい。   In addition, when using the ring-shaped member coat | covered with PTFE, the plate-shaped member 16 is supported by frictional force by fitting to the internal peripheral surface of the reaction container 1a. On the other hand, when the inner shape is special or when it is a complete cylinder, this plate-like member can be installed by raising a pillar from the bottom of the reaction vessel. When the inner wall of the reaction vessel is made of a material such as PTFE, the plate-like member may be attached by processing the PTFE wall directly.

一般にPTFEは、ステンレス等と比較して熱伝達率がきわめて低く、また、撥水性が非常に高い。したがって、板状部材16の上面と密閉蓋1cの内面とで形成される空間が、マントルヒーター5の上部と密閉蓋1cの上面に取り付けられたシリコンラバーヒーター13により加熱されることで、安定した状態で設定温度に維持され、反応溶液の水分や他の揮発性成分の凝縮温度以下になることが確実に抑制される。なお、加熱装置としてマントルヒーター5を採用しているが、加熱が実現されれば、他のヒーター機器を使ってもなんら問題はない。
しかも、反応溶液界面の上方空間が板状部材16により区画されているため、マントルヒーター5により効率よく加熱され、水溶液側面との温度差を低減することができ、図1に示した静置状態での合成環境に限りなく近づく。
In general, PTFE has an extremely low heat transfer rate and very high water repellency compared to stainless steel or the like. Therefore, the space formed by the upper surface of the plate-like member 16 and the inner surface of the sealing lid 1c is stably heated by the silicon rubber heater 13 attached to the upper portion of the mantle heater 5 and the upper surface of the sealing lid 1c. In this state, the temperature is maintained at the set temperature, and the temperature of the reaction solution is reliably suppressed to be equal to or lower than the condensation temperature of water and other volatile components. In addition, although the mantle heater 5 is employ | adopted as a heating apparatus, if heating is implement | achieved, there will be no problem even if it uses another heater apparatus.
Moreover, since the upper space of the reaction solution interface is partitioned by the plate-like member 16, it can be efficiently heated by the mantle heater 5 and the temperature difference from the side surface of the aqueous solution can be reduced, and the stationary state shown in FIG. As close as possible to the synthesis environment.

一方、板状部材16も、反応溶液界面の上方空間が、凝縮温度以上に維持されていることから、定常状態では、その反応溶液界面に対向する下面でも凝縮、結露は制限されたものとなる。
もちろん、板受け17に載置されているだけであるので、下方から、反応溶液を加熱することで発生した蒸気は、板状部材16を押し上げて、その外縁と板受け17との間を通過することになるが、その量は、きわめて制限されたものとなる。このため、板状部材16の上面と密閉蓋1cの下面での凝縮、結露も劇的に低減される。仮に板状部材16の上面に結露が発生したとしても、最終的には、その液滴は、板状部材16の外縁や、熱電対6を挿入するための鞘状のパイプ6aを挿入するための開口部の隙間に到り、PTFE製の内筒1bで加熱されて気化され、あるいは、反応溶液に静かに流れ込むので、結露による凝縮液滴の落下による界面の揺らぎ、波立ち、反応溶液の局所的な成分濃度の変化を効果的に抑制することができる。
On the other hand, the plate-like member 16 also has its upper space above the reaction solution interface maintained at the condensation temperature or higher. Therefore, in a steady state, condensation and condensation are limited even on the lower surface facing the reaction solution interface. .
Of course, since it is only placed on the plate receiver 17, the vapor generated by heating the reaction solution from below pushes up the plate member 16 and passes between the outer edge and the plate receiver 17. However, the amount is very limited. For this reason, condensation and condensation on the upper surface of the plate-like member 16 and the lower surface of the sealing lid 1c are also dramatically reduced. Even if dew condensation occurs on the upper surface of the plate-like member 16, the droplet eventually inserts the outer edge of the plate-like member 16 or the sheath-like pipe 6 a for inserting the thermocouple 6. Since it is heated and vaporized by the PTFE inner cylinder 1b or gently flows into the reaction solution, the fluctuations of the interface due to the condensation droplets falling due to condensation, undulations, local reaction solution The change of a general component density | concentration can be suppressed effectively.

板状部材16の上面と密閉蓋1cの内面、板状部材16の下面での凝縮、結露による影響をさらに効果的に抑制するためには、板受け17が水平面に対しやや傾斜するように、PTFEで皮膜されたOリングの配置や、PTFE製の内筒3の内周面に切削加工した凸部を傾斜させる。これにより、板受け17の上面及び下面に付着した結露は、PTFE材の撥水性により徐々に液滴が成長しながら、板受け17の傾斜に沿って下方に流れ、PTFE製の内筒1bで加熱され、気化させることができる。
なお、板受け17を水平に形成したまま、板状部材16の一方に外縁に凸部を形成したり、さらに、上方に頂点を有する円錐形状とすることによっても、同様の効果を奏することができる。
In order to more effectively suppress the influence of condensation and dew condensation on the upper surface of the plate-like member 16 and the inner surface of the sealing lid 1 c and the lower surface of the plate-like member 16, the plate receiver 17 is slightly inclined with respect to the horizontal plane. An arrangement of the O-ring coated with PTFE and the convex portion cut into the inner peripheral surface of the PTFE inner cylinder 3 are inclined. Thereby, the dew adhering to the upper surface and the lower surface of the plate receiver 17 flows downward along the inclination of the plate receiver 17 while droplets gradually grow due to the water repellency of the PTFE material, and the PTFE inner cylinder 1b. It can be heated and vaporized.
The same effect can also be obtained by forming a convex portion on the outer edge of one of the plate-like members 16 with the plate receiver 17 formed horizontally, or by forming a conical shape having an apex on the upper side. it can.

さらに、板状部材16の下方に、図3の破線で示すように、右向きに下降する雨樋状の凸部を形成することにより、板受け17の外縁から落下し、PTFE製の内筒1bに到達した時点でも完全に気化できなかった液滴を受け、PTFE製の内筒1bに沿って流れるようにすることで、液滴として落下させることなく、確実に気化することができる。   Further, as shown by a broken line in FIG. 3, a rain gutter-like convex portion that descends to the right is formed below the plate-like member 16 so that it falls from the outer edge of the plate receiver 17 and is made of PTFE inner cylinder 1b. By receiving droplets that could not be completely vaporized even when they reached the point, and allowing them to flow along the PTFE inner cylinder 1b, they can be reliably vaporized without being dropped as droplets.

実施例の効果を検証するため、図4に示されるように、反応容器全体を観察可能な低倍率のレンズ24bを取り付けたCCDカメラと、及び水面付近の微細な変化を観察可能な高倍率のレンズ24aを取り付けたCCDカメラからなる2系統の観察装置を取り付けた。
なお、反応容器1aとしては、耐圧硝子工業(株)製ハイパーグラスターTEM-V1000N(内容積1リットル)を使用し、マントルヒーター5の代わりに、この硝子製反応容器外壁(側周壁及び底面)に一様に付けられた加熱用皮膜(酸化スズ被膜等)5aに通電することにより加熱を行った。
なお、反応容器1aを取り囲む防爆ケース28には、耐熱強化ガラス等により形成された観察用窓として、覗き窓28aが設けられている。
装置性能を見るための基準となる比較対象として、常温(約27℃)・常圧(0.1MPa)の条件下で、非撹拌環境にて純水の観察を行った。次に、本実施例、及び、板状部材16を取り外し、圧力ボンベ19、減圧弁20、背圧弁22による圧力調整を非作動とし、常温・常圧環境と同様にともに非撹拌環境として、両者における反応容器内の純水の状態を観察した。
In order to verify the effect of the example, as shown in FIG. 4, a CCD camera equipped with a low-power lens 24b capable of observing the entire reaction container, and a high-power magnification capable of observing minute changes near the water surface. Two systems of observation devices comprising a CCD camera with a lens 24a attached thereto were attached.
As the reaction vessel 1a, a pressure resistant glass industry hyperglaster TEM-V1000N (internal volume 1 liter) is used, and instead of the mantle heater 5, this glass reaction vessel outer wall (side peripheral wall and bottom surface) is used. Heating was performed by energizing the uniformly applied heating film (tin oxide film or the like) 5a.
The explosion-proof case 28 surrounding the reaction vessel 1a is provided with a viewing window 28a as an observation window made of heat-resistant tempered glass or the like.
As a reference to be used as a reference for viewing the performance of the apparatus, pure water was observed in a non-stirring environment under conditions of normal temperature (about 27 ° C.) and normal pressure (0.1 MPa). Next, the present embodiment and the plate-like member 16 are removed, the pressure adjustment by the pressure cylinder 19, the pressure reducing valve 20, and the back pressure valve 22 is deactivated. The state of pure water in the reaction vessel was observed.

図5(a)は、本実施例の常温環境下での反応容器内全体の撮影写真である。図5(b)は液面を拡大して撮影した写真である。以下、容器全体、及び液面を拡大した写真において、撮影に用いたCCDカメラの位置はすべて共通し、常温では当然ながら、水は沸騰することなく、液面も静止しているのが分かる。
ところが、シリコンラバーヒーター13により密閉蓋1cを加熱しない場合はもとより、たとえ加熱した場合でも、板状部材16及び圧力印加装置を具備していない場合は、図6(a)に示すように、180℃に水を加熱したとき、反応容器の底や側面から激しく水蒸気が沸騰して発生していることが分かる。
また、密閉蓋1cの下面で結露した水の落下が内壁面を伝ってくるものだけでなく、密閉蓋1cから直接落下する結露した水滴も生じた。これは沸騰により多量の水蒸気が上部空間に自ら放出されるためである。この現象は、シリコンラバーヒーター13の加熱を行わない場合、さらに顕在化する。これらの諸現象の発生に伴い、液面が激しく揺れている様子が認められた。更に、液面の様子を拡大した図6(b)に示されるように、水面を観察することも極めて困難であった。
FIG. 5A is a photograph of the entire reaction container in the normal temperature environment of this example. FIG. 5B is a photograph taken by enlarging the liquid surface. In the following, in the enlarged image of the entire container and the liquid level, it can be seen that the position of the CCD camera used for photographing is common, and of course, the water level does not boil and the liquid level is still at room temperature.
However, not only when the sealing lid 1c is not heated by the silicon rubber heater 13, but also when it is heated, if the plate-like member 16 and the pressure application device are not provided, as shown in FIG. It can be seen that when water is heated to 0 ° C., water vapor is violently boiled from the bottom and sides of the reaction vessel.
Further, not only water condensed on the lower surface of the sealing lid 1c propagates along the inner wall surface, but also condensed water drops that directly fall from the sealing lid 1c. This is because a large amount of water vapor is released to the upper space by boiling. This phenomenon becomes more apparent when the silicon rubber heater 13 is not heated. Along with the occurrence of these phenomena, the liquid surface was observed to shake violently. Further, as shown in FIG. 6 (b) in which the state of the liquid surface is enlarged, it is extremely difficult to observe the water surface.

一方、本実施例に基づいて、シリコンラバーヒーター13による密閉蓋1cの加熱、及び、圧力ボンベ19、減圧弁20、背圧弁22による印加圧力の調整を行いながら、同様に水を180℃まで加熱した場合の反応容器全体の様子を図7(a)に示す。なお、空気・水蒸気等による圧力印加は、0.98MPaとし、密閉蓋1cの加熱温度を200℃とした。
この場合の反応容器内の水は、図7(a)から確認できるように、あたかも常温・常圧の場合である図5(a)のように静止しており、沸騰が完全に抑制されている。
On the other hand, while heating the sealing lid 1c by the silicon rubber heater 13 and adjusting the applied pressure by the pressure cylinder 19, the pressure reducing valve 20, and the back pressure valve 22 based on the present embodiment, the water is similarly heated to 180 ° C. FIG. 7 (a) shows the state of the entire reaction vessel. In addition, the pressure application by air, water vapor | steam, etc. was 0.98 Mpa, and the heating temperature of the sealing lid 1c was 200 degreeC.
The water in the reaction vessel in this case is still as shown in FIG. 5 (a), which is a case of normal temperature and normal pressure, as can be confirmed from FIG. 7 (a), and boiling is completely suppressed. Yes.

一方、液面部分を示している図7(b)では、液面が常温状態から上昇しているものの、図5(b)と同様に液面が明瞭に観察できる状態を維持している。なお、実機においては、加熱に伴う反応溶液の体積膨張・液面上昇に配慮して、特に、2系統のCCDカメラのうち、高倍率のレンズ24aを取り付けた方の配置を考慮する必要がある。   On the other hand, in FIG. 7B showing the liquid level portion, the liquid level is rising from the normal temperature state, but the state where the liquid level can be clearly observed is maintained as in FIG. 5B. In the actual machine, it is necessary to consider the arrangement of the two CCD cameras with the high-power lens 24a attached, considering the volume expansion and the liquid level rise of the reaction solution accompanying heating. .

次に、特許文献1に記載の混合液、すなわち、反応溶液として、下記モル比の混合溶液を調製した。
Al23:P25:(C25)3N:H2O=1:1:3:225
この溶液を硫酸滴下により、pHを2.95に調製した。そして、この溶液を本願発明装置の反応容器に入れ、約3時間かけて溶液温度を室温から175℃まで昇温し、その温度にて20時間保持した。
なお、図8は175℃に達した直後の反応溶液を撮影したものである。先の実験結果と同様に、溶液が沸騰することなく、静置された状態にあることが分かる。加熱終了後、自然冷却により室温まで下げたのち、反応容器内の生成物を取り出した上、超純水による洗浄および40℃に加熱したオーブンによる乾燥を施した。
Next, a mixed solution having the following molar ratio was prepared as a mixed solution described in Patent Document 1, that is, a reaction solution.
Al 2 O 3 : P 2 O 5 : (C 2 H 5 ) 3 N: H 2 O = 1: 1: 3: 225
This solution was adjusted to pH 2.95 by dropwise addition of sulfuric acid. And this solution was put into the reaction container of this invention apparatus, the solution temperature was raised from room temperature to 175 degreeC over about 3 hours, and it hold | maintained at the temperature for 20 hours.
FIG. 8 is a photograph of the reaction solution immediately after reaching 175 ° C. As in the previous experimental results, it can be seen that the solution is in a stationary state without boiling. After completion of the heating, the temperature was lowered to room temperature by natural cooling, and then the product in the reaction vessel was taken out, washed with ultrapure water, and dried in an oven heated to 40 ° C.

図9に、上述の操作により得られた自立膜を示す。薄膜であるため、取り出し時に一部ひび割れが発生しているが、大面積の自立膜が形成されていることが確認できる。
更にこの膜の結晶相を特定するため、図10に、平行ビーム法によるX線回折(XRD)データをリガク製Smart Labにより収集した結果を示す。このXRDパターンは特許文献1の実施例と同等のものであり、IUPAC表記でAFI型構造を持つAlPO4-5の結晶が自立膜を形成し、かつ002回折線がその他の回折線よりも相対的に強いことからc軸が膜に対して垂直方向に配向していることを示している。
FIG. 9 shows a self-supporting film obtained by the above-described operation. Since it is a thin film, some cracks are generated at the time of taking out, but it can be confirmed that a large-area free-standing film is formed.
Further, in order to specify the crystal phase of this film, FIG. 10 shows the result of collecting X-ray diffraction (XRD) data by the parallel beam method by Rigaku Smart Lab. This XRD pattern is equivalent to the example of Patent Document 1, and an AlPO 4 -5 crystal having an AFI type structure in IUPAC notation forms a free-standing film, and the 002 diffraction line is relative to the other diffraction lines. This indicates that the c-axis is oriented in a direction perpendicular to the film.

一方、前述した図1の反応容器自身を20rpmの回転速度で回転することにより、上述の溶液を撹拌子ながら、水熱反応を行うと、図11の走査電子顕微鏡像に示されるような、10μm未満の六角柱状の結晶が粉末として得られる。自立膜が得られないのは、ある程度自明であるとしても、凝集体も存在せず、結晶1個1個が小さいなどの、静水場での反応とは明らかに異なる結晶形態となった。
以上のことから、本実施例による水熱反応装置も、オーブンに導入・静置する形式のオートクレーブと同様に機能することが確認された。
On the other hand, when the hydrothermal reaction is performed while rotating the reaction vessel of FIG. 1 described above at a rotation speed of 20 rpm while stirring the above-described solution, the 10 μm as shown in the scanning electron microscope image of FIG. Less than hexagonal columnar crystals are obtained as powder. The fact that a self-supporting film could not be obtained, even if it was obvious to some extent, did not have aggregates, and the crystal form was clearly different from the reaction in a hydrostatic field, such as small crystals one by one.
From the above, it was confirmed that the hydrothermal reaction apparatus according to the present example also functions in the same manner as an autoclave of a type that is introduced into the oven and allowed to stand.

実際に静水状態の反応溶液を観察する場合、水熱反応装置としてガラス容器を採用するほか、可視光透過窓を付帯したものや、密閉蓋を除く反応容器全体が耐圧製の透明ガラスである必要がある。一般にガラス製反応容器の場合、安全対策のために防爆構造となっており、ガラス反応容器のさらに外側に金属箱と観察用窓を設けた仕様となっている。
そのため、反応溶液の観察においては、通常の作動距離(焦点距離)の短い対物レンズを用いた顕微鏡システムを用いて水溶液内の局所領域を観察するのは難しい。
When actually observing a reaction solution in a still water state, in addition to adopting a glass container as a hydrothermal reactor, the entire reaction container excluding the one with a visible light transmission window and the sealed lid needs to be pressure-resistant transparent glass. There is. In general, a glass reaction vessel has an explosion-proof structure for safety measures, and has a specification in which a metal box and an observation window are provided on the outer side of the glass reaction vessel.
Therefore, in the observation of the reaction solution, it is difficult to observe the local region in the aqueous solution using a microscope system using an objective lens having a normal working distance (focal length).

そのため、作動距離の長いレンズシステムを採用することになるが、一般に長作動のレンズでは、開口数が小さくなるために、像が暗くなり、かつ空間分解能が下がる一方、焦点深度(被写界深度)が深くなるなどの特性を持つ。
特に焦点深度が深いことは、高倍率観察では目的とする反応現象、例えば結晶析出過程を観察する上では有効である。なぜなら、図4に示すように、限られた視野の範囲内で結晶析出を確実に観察するためには、観察可能な反応溶液の体積領域を拡げ、焦点深度を深くすることが有利に働くからである。
For this reason, a lens system with a long working distance is used.In general, with a long-acting lens, the numerical aperture becomes small, so the image becomes dark and the spatial resolution decreases. ) Has deep characteristics.
In particular, a deep depth of focus is effective in observing a target reaction phenomenon such as a crystal precipitation process in high magnification observation. This is because, as shown in FIG. 4, in order to reliably observe crystal precipitation within a limited field of view, it is advantageous to expand the volume region of the observable reaction solution and increase the depth of focus. It is.

なお、この場合、反応溶液は透明もしくは半透明であることが望ましい。さらには、一般には結晶析出が起きると、この結晶は水溶液よりも密度が高ければ水溶液底部に沈降していくことにある。任意の結晶の成長過程を追跡するためには、定点観測型の観察システムは望ましくなく、図4のように、少なくとも上下(z軸)方向、望ましくは左右(x軸)、焦点位置調整の役割も有する前後(y軸)方向の3次元方向のレンズ一調整システムを付帯していることが望ましい。   In this case, the reaction solution is preferably transparent or translucent. Furthermore, generally, when crystal precipitation occurs, if the density of the crystal is higher than that of the aqueous solution, the crystal is precipitated at the bottom of the aqueous solution. In order to track the growth process of an arbitrary crystal, a fixed point observation type observation system is not desirable, and as shown in FIG. 4, at least in the vertical (z-axis) direction, preferably in the horizontal direction (x-axis), the role of focus position adjustment It is desirable to have a three-dimensional lens adjustment system in the front-rear (y-axis) direction.

このような観察用レンズの3次元方向調整システムの設置に当たり、この観察システムは軽量かつ反応容器との相対的位置関係が振動等により影響されないことが望ましい。すなわち、図4のように反応システムに直接観察システムを取り付けることにより、振動等に対しても相対的位置関係が保証されやすくなる。
局所領域の観察と併せて、反応溶液全体の変化に対して、図4のようにどの局所領域を観察しているかを確認するための低倍・定点観測型の観察システムによる反応溶液全体観察システムの併設も望ましい。目的に応じ、赤外光を用いた観察システム等、複数の観察システムもしくはそれらのうちから適切な一種を選択するのも好適である。
In installing such an observation lens three-dimensional direction adjustment system, it is desirable that the observation system is lightweight and that the relative positional relationship with the reaction vessel is not affected by vibration or the like. That is, by attaching the observation system directly to the reaction system as shown in FIG. 4, it is easy to ensure the relative positional relationship against vibration and the like.
In addition to local region observation, the entire reaction solution observation system using a low-magnification / fixed-point observation system for confirming which local region is being observed as shown in FIG. Is also desirable. Depending on the purpose, it is also preferable to select a plurality of observation systems such as an observation system using infrared light, or an appropriate one of them.

その際、減圧弁20として、2段式減圧弁を採用すると、一次圧の影響を受けにくく、より安定した圧力を得ることができる。
さらに、一定圧力制御、および安全性確保の観点から、圧力印加側の減圧弁20による制御のみならず、圧力値調整可能な背圧弁22を同じく、図3、4に示すように、密封蓋の上部に装着することにより、任意の圧力値を安定的に得ることができる。
At this time, if a two-stage pressure reducing valve is employed as the pressure reducing valve 20, it is difficult to be affected by the primary pressure, and a more stable pressure can be obtained.
Further, from the viewpoint of ensuring constant pressure control and ensuring safety, not only control by the pressure reducing valve 20 on the pressure application side, but also a back pressure valve 22 capable of adjusting the pressure value is similarly shown in FIGS. Arbitrary pressure values can be stably obtained by mounting on the top.

また、減圧弁20として、2段減圧弁を採用すると、ボンベ19の内圧(1次圧)が下がると、減圧弁20を通過したガスの圧力が設定圧よりも上昇してしまうという通常の減圧弁の特性を抑制することができる。
水熱反応では長時間(24時間以上)の運転を行うことが頻繁に行われるため、反応容器内に時間経過と共に変動することのない一定の圧力を印加することにより安全性をより高めることができる。もちろん万一圧力上昇が起きて、設定圧力以上になると、背圧弁22により、ガス放出管23から過剰圧力が放出され、反応容器内の圧力が設定圧上限で保たれるようしているので、2重の安全対策となる。
ただし、いずれの機器も、圧力導入は安全性確保の点から、圧力の精密な制御及び防爆構造の採用等、細心の注意を要する。
In addition, when a two-stage pressure reducing valve is used as the pressure reducing valve 20, a normal pressure reducing operation in which the pressure of the gas that has passed through the pressure reducing valve 20 rises above the set pressure when the internal pressure (primary pressure) of the cylinder 19 decreases. The characteristics of the valve can be suppressed.
Since hydrothermal reaction is frequently performed for a long time (24 hours or more), it is possible to improve safety by applying a constant pressure that does not vary with time in the reaction vessel. it can. Of course, if the pressure rises and exceeds the set pressure, the back pressure valve 22 releases excess pressure from the gas discharge pipe 23, and the pressure in the reaction vessel is maintained at the set pressure upper limit. This is a double safety measure.
However, all devices require careful attention to the introduction of pressure from the viewpoint of ensuring safety, such as precise control of pressure and the use of an explosion-proof structure.

[実施例2]
上記のように、実施例1では、所要の物質の合成、成長を実現するため、反応容器1a内の反応溶液を沸点以上に高めても、内部で発生する沸騰を効果的に抑止することができる。
しかし、種々な反応液、加熱条件を用いて実験を行ったところ、例えば、実施例1と同様のアルミニウム等が反応溶液に高濃度に含有されている場合等では、実施例1の装置構成では、より厚い自立膜を生成する場合など、所望の合成、成長が実現できないケースが確認された。
これは、反応溶液を沸点以上の所望の温度に加熱する場合、加熱工程中、反応溶液がゲル化を開始し、粘性が急激に高まることが原因と考えられる。
[Example 2]
As described above, in Example 1, in order to realize synthesis and growth of a required substance, even if the reaction solution in the reaction vessel 1a is increased to the boiling point or higher, boiling generated inside can be effectively suppressed. it can.
However, when an experiment was conducted using various reaction solutions and heating conditions, for example, when the same concentration of aluminum or the like as in Example 1 was contained in the reaction solution, the apparatus configuration of Example 1 In cases where a thicker self-supporting film is produced, it has been confirmed that the desired synthesis and growth cannot be realized.
This is considered to be caused by the fact that when the reaction solution is heated to a desired temperature equal to or higher than the boiling point, the reaction solution starts to gel during the heating step and the viscosity rapidly increases.

反応容器1a内の温度は、シリコンラバーヒーター13やマントルヒーター5からの熱量が対流、熱伝導、輻射により反応溶液に伝搬することで上昇することになる。しかし、例えば、反応溶液にアルミニウム等が高濃度に含有されている場合、温度上昇に伴い、反応溶液がゲル化を開始する。このため反応溶液の粘性が急激に上昇し、特に、熱伝搬に大きな影響を及ぼす対流が大幅に減少することになる。こうした加熱工程に発生する反応溶液の粘性上昇が、反応容器1a内の反応溶液の温度分布を不均一なものとし、所要の物質の合成、成長を阻害することになる。すなわち、実施例1の装置構成の場合、シリコンラバーヒーター13やマントルヒーター5に近い反応容器1aの内壁部と、反応容器1a内の中央部とで温度の不均一な昇温過程で発生し、反応溶液の温度分布に変動が発生することが、所要の物質の合成、成長を阻害する原因となっているものと推測することができる。   The temperature in the reaction vessel 1a rises as the amount of heat from the silicon rubber heater 13 and the mantle heater 5 propagates to the reaction solution by convection, heat conduction, and radiation. However, for example, when aluminum or the like is contained in the reaction solution at a high concentration, the reaction solution starts to gel as the temperature rises. For this reason, the viscosity of the reaction solution rises rapidly, and in particular, convection that has a large influence on heat propagation is greatly reduced. The increase in the viscosity of the reaction solution generated in the heating step makes the temperature distribution of the reaction solution in the reaction vessel 1a non-uniform and inhibits the synthesis and growth of required substances. That is, in the case of the apparatus configuration of Example 1, it occurs in the temperature rising process with uneven temperature between the inner wall portion of the reaction vessel 1a close to the silicon rubber heater 13 and the mantle heater 5 and the central portion in the reaction vessel 1a, It can be presumed that the occurrence of fluctuations in the temperature distribution of the reaction solution is the cause of inhibiting the synthesis and growth of the required substances.

具体的には、実験の結果、加熱工程中、局所的に最も高温となるのは、反応容器1aの内壁部であることが判明した。すなわち、反応溶液が最終的に目的とする高温度に到達し、その温度を維持するよう温度制御すれば、熱伝導や対流、輻射により、反応溶液全体がやがて均一な温度となる。しかし、温度上昇に伴い反応溶液の粘性が上昇すると、加熱時に対流が阻害され、これにより発生する温度の不均一性は、反応溶液の粘性が上昇するほど顕著に現れることになる。   Specifically, as a result of the experiment, it was found that it was the inner wall portion of the reaction vessel 1a that locally became the highest temperature during the heating process. That is, if the reaction solution finally reaches a target high temperature and is controlled so as to maintain the temperature, the entire reaction solution eventually becomes a uniform temperature due to heat conduction, convection, and radiation. However, when the viscosity of the reaction solution increases as the temperature rises, convection is inhibited during heating, and the temperature non-uniformity generated thereby becomes more prominent as the viscosity of the reaction solution increases.

さらに、実施例1の装置構成では、温度測定用の熱電対6aを、反応溶液の内部に浸漬しているが、反応容器1aの内壁部との距離が離れているため、反応容器1aの内壁部における実際の温度との解離が発生している。
すなわち、加熱中、温度測定用の熱電対6aの検出値と比較して、反応容器1aの内壁部の実温度が過渡的に高くなるオーバーシュートが発生し、最悪の場合、反応容器1aの内壁部で局所的な沸騰や反応溶液の撹乱が発生するという不具合が生じてしまう。
図12は、実施例1の装置構成による水熱反応で沸騰が発生したケースを撮影したもので、aで示す矢印は、温度の不均一性に起因して、沸騰が発生した箇所、bで示す矢印は、沸騰により発生した気泡が上昇することにより発生した空洞部を示している。
Furthermore, in the apparatus configuration of Example 1, the thermocouple 6a for temperature measurement is immersed in the reaction solution, but since the distance from the inner wall of the reaction vessel 1a is long, the inner wall of the reaction vessel 1a Dissociation from the actual temperature in the part has occurred.
That is, an overshoot occurs in which the actual temperature of the inner wall portion of the reaction vessel 1a becomes transiently higher than the detected value of the thermocouple 6a for temperature measurement during heating. In the worst case, the inner wall of the reaction vessel 1a This causes a problem that local boiling or disturbance of the reaction solution occurs in the part.
FIG. 12 is a photograph of a case where boiling occurs due to a hydrothermal reaction by the apparatus configuration of Example 1, and an arrow indicated by a is a portion where boiled due to temperature non-uniformity, b The arrows shown indicate cavities generated by the rise of bubbles generated by boiling.

特に、上述したように、高粘性の液体ほど、温度の不均一性が強くなるため、オーバーシュートも大きくなる。このような現象は、特に精密な温度制御が要求される水熱反応を行う場合には静置条件で反応を行うこと自体を不可能となり、所要の物質の合成、成長に致命的な影響を及ぼす可能性がある。
こうした局所的な沸騰を抑制するため、圧力印加用のパイプ11から印加する外部のガス圧力を高めることが考えられるが、そのためには、反応容器1aを含め、装置全体の耐圧性能を強化しなければならず、特に大型の反応装置であるほど、耐圧性の強化は装置の製造コストを上げることにつながる。
In particular, as described above, the higher the viscosity of the liquid, the higher the temperature non-uniformity, and the larger the overshoot. Such a phenomenon makes it impossible to perform the reaction under static conditions, especially when hydrothermal reactions that require precise temperature control are performed, and has a fatal effect on the synthesis and growth of the required substances. There is a possibility of effect.
In order to suppress such local boiling, it is conceivable to increase the external gas pressure applied from the pressure application pipe 11, but for that purpose, the pressure resistance performance of the entire apparatus including the reaction vessel 1a must be enhanced. In particular, the larger the reaction apparatus, the higher the pressure resistance, leading to an increase in the manufacturing cost of the apparatus.

そこで、本実施例では、図13に示すように温度均一化のための水溶液36を充填した反応容器1aの内部に、反応溶液29を貯留するための反応溶液貯留容器30を設け、温度均一化のための水溶液36を撹拌することで、反応溶液貯留容器30の内壁を均一に加熱し、局所的な沸騰を効果的に抑止するようにした。   Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 13, a reaction solution storage container 30 for storing the reaction solution 29 is provided inside the reaction container 1a filled with the aqueous solution 36 for temperature uniformity, and the temperature is made uniform. By stirring the aqueous solution 36 for the purpose, the inner wall of the reaction solution storage container 30 is heated uniformly, and local boiling is effectively suppressed.

以下、この図13を用いて、実施例2の装置構成を説明する。なお、実施例1と共通する部品、装置等については同一の符号を付して説明を省略する。本実施例でも、可視化を実現するため、反応容器1aとして耐圧ガラス製のものを使用している。
水熱反応を行うための原材料である反応溶液29は、反応溶液貯留容器30に注入されている。なお、反応溶液貯留容器30は、反応溶液29と反応しない、化学的に安定な材質からなることが望ましい。
Hereinafter, the apparatus configuration of the second embodiment will be described with reference to FIG. In addition, about the components, apparatus, etc. which are common in Example 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted. Also in this example, in order to realize visualization, a reaction vessel 1a made of pressure-resistant glass is used.
A reaction solution 29 which is a raw material for performing a hydrothermal reaction is injected into a reaction solution storage container 30. The reaction solution storage container 30 is preferably made of a chemically stable material that does not react with the reaction solution 29.

例えば、反応溶液29が、酸性溶液(フッ酸は除く。)であれば、反応溶液貯留容器30の材質として、ガラスを使用することができ、熱伝導率の高い金属で反応溶液貯留容器30を形成する採用する場合にも、表面をPTFEなどの被膜により保護すればよい。
アルカリ性の溶液でも、PTFEの被膜は有効であり、安定な温度範囲は金属やガラスよりも狭いものの、ポリメチルペンテン(TPX(登録商標))などの合成樹脂・高分子材料も利用可能である。
For example, if the reaction solution 29 is an acidic solution (excluding hydrofluoric acid), glass can be used as the material of the reaction solution storage container 30, and the reaction solution storage container 30 is made of a metal having high thermal conductivity. In the case of adopting the formation, the surface may be protected by a film such as PTFE.
Even in an alkaline solution, a PTFE coating is effective, and although a stable temperature range is narrower than that of metal or glass, a synthetic resin / polymer material such as polymethylpentene (TPX (registered trademark)) can also be used.

反応溶液貯留容器30は支持台31を介して、反応容器1aの底面に固定されている。この支持台31は、やはり、PTFE等、熱伝達率の低い材料で作製され、反応溶液貯留容器30との接触面積を最小限にするため、点接触で支持し、最低限の支持脚を有するものが好ましい。しかも、温度均一化のための水溶液36が、支持台31の内部を自由に流通できるよう、格子状、あるいは、多孔状の構造を採用することが望ましい。   The reaction solution storage container 30 is fixed to the bottom surface of the reaction container 1 a via a support base 31. This support base 31 is also made of a material having a low heat transfer coefficient, such as PTFE, and is supported by point contact in order to minimize the contact area with the reaction solution storage container 30, and has a minimum support leg. Those are preferred. Moreover, it is desirable to adopt a lattice or porous structure so that the aqueous solution 36 for temperature uniformity can freely flow through the inside of the support base 31.

反応溶液貯留容器30の上部は、やはりPTFE製で、反応容器1aの内部と連通する連通路32を備えた容器蓋33により封止されている。容器蓋33の材質は、必ずしもPTFEである必要はないものの、上面にシリコンラバーヒーター13が配置された密封蓋1cから熱により不均一な温度変化生じないよう、熱伝導性が低く、化学的に安定なPTFE製あるいはPTFEで被覆した材料の方が望ましい。   The upper part of the reaction solution storage container 30 is also made of PTFE and sealed with a container lid 33 having a communication path 32 communicating with the inside of the reaction container 1a. Although the material of the container lid 33 is not necessarily PTFE, it has a low thermal conductivity and is chemically low so as not to cause uneven temperature changes due to heat from the sealing lid 1c having the silicon rubber heater 13 disposed on the upper surface. A material made of stable PTFE or coated with PTFE is preferable.

なお、この容器蓋33の上方には、実施例1と同様の板状部材16を載置し更に、上下方向の温度の不均一性を、さらに抑制するようにしている。本実施例では、板状部材16は、容器蓋33に載置するだけでよいので、実施例1とは異なり、反応容器1aの内部に、板状部材16を支持する機構を設ける必要がない。
ただし、実施例1とは異なり、反応溶液29自体は反応溶液貯留容器30の内部に充填されているため、必ずしも、容器蓋33の上面に板状部材16を載置する必要はない。
後述するように、反応溶液貯留容器30は、全面から均一に加熱されるため、その内部上面に結露が発生する可能性はきわめて低いが、こうした結露が万一にも反応溶液29に直接落下しないよう、板状部材16を反応溶液貯留容器30内部の反応溶液液面の上方に設置してもよい。
Note that a plate-like member 16 similar to that of the first embodiment is placed above the container lid 33, and the temperature non-uniformity in the vertical direction is further suppressed. In the present embodiment, the plate-like member 16 only needs to be placed on the container lid 33, and unlike the first embodiment, there is no need to provide a mechanism for supporting the plate-like member 16 inside the reaction vessel 1a. .
However, unlike Example 1, since the reaction solution 29 itself is filled in the reaction solution storage container 30, it is not always necessary to place the plate-like member 16 on the upper surface of the container lid 33.
As will be described later, since the reaction solution storage container 30 is uniformly heated from the entire surface, there is very little possibility that condensation will occur on the inner upper surface of the reaction solution storage container 30, but such condensation does not fall directly into the reaction solution 29. As described above, the plate member 16 may be installed above the reaction solution liquid level inside the reaction solution storage container 30.

一方、反応容器1aの内部には、温度均一化のための水溶液36が、反応溶液貯留容器30の外周を覆うよう充填されている。この水溶液36をマントルヒーター5(図3参照)、シリコンラバーヒーター13によって加熱することにより、反応溶液貯留容器30の壁面を介して内部の反応溶液29が間接的に加熱される。本実施例では、温度測定用の熱電対6により、反応溶液29の温度を直接計測するのではなく、水溶液36の温度を検出し、水溶液を所定の温度に加熱する。   On the other hand, the inside of the reaction vessel 1 a is filled with an aqueous solution 36 for temperature equalization so as to cover the outer periphery of the reaction solution storage vessel 30. By heating the aqueous solution 36 by the mantle heater 5 (see FIG. 3) and the silicon rubber heater 13, the reaction solution 29 inside is indirectly heated through the wall surface of the reaction solution storage container 30. In this embodiment, the temperature of the reaction solution 29 is not directly measured by the thermocouple 6 for temperature measurement, but the temperature of the aqueous solution 36 is detected and the aqueous solution is heated to a predetermined temperature.

支持台31の内部には、スターラーチップ(撹拌翼)34及びこれを磁気カップリングにより回転させるマグネット35が設けられ、一定速度で水溶液36を撹拌し、反応溶液貯留容器30の周囲の水溶液温度を均一化する。これにより、反応溶液貯留容器30の内壁部を均一に加熱することができる。なお、水溶液36の液面は、反応溶液貯留容器30における反応液29の液面よりも高くなっていることが重要である。これは反応溶液29の直接の加熱源が水溶液36であるため、できるだけ周囲から加熱を行って均一な加熱を行うためである。   A stirrer tip (stirring blade) 34 and a magnet 35 for rotating the stirrer tip (magnetic stirring blade) 34 by magnetic coupling are provided inside the support base 31. The aqueous solution 36 is stirred at a constant speed, and the temperature of the aqueous solution around the reaction solution storage container 30 is adjusted. Make uniform. Thereby, the inner wall part of the reaction solution storage container 30 can be heated uniformly. It is important that the level of the aqueous solution 36 is higher than the level of the reaction solution 29 in the reaction solution storage container 30. This is because the direct heating source of the reaction solution 29 is the aqueous solution 36, so that heating is performed from the surroundings as much as possible to perform uniform heating.

前述のように、反応溶液貯留容器30は支持台31により、その底面が支持されており、支持台31は、水溶液36を撹拌する機構であるスターラーチップ33との干渉を防ぐとともに、加熱源であるマントルヒーター5、及び外部耐圧容器である反応容器1aから離隔させ、反応溶液貯留容器30に直接の影響を与えないよう、離隔させる機能を備えている。
なお、本実施例では、撹拌機構はスターラーチップ33とマグネット34により構成されているが、目的は水溶液36を均一に撹拌し、その温度を均一化することであるため、密閉蓋1cに、撹拌棒挿入口を設け、その下部の回転翼によって水溶液36を撹拌してもよい。なお、反応溶液29の化学組成や水熱反応による得られる生成物、その形態・形状(生成結晶のサイズや,膜の場合にはその厚さ等)によっては、必ずしも撹拌機構を設ける必要はない。
また、本実施例でも、実施例1と同様に、マントルヒーター5(図3参照)に加え、シリコンラバーヒーター13を設けているが、反応溶液貯留容器30が、水溶液36により均一に加熱されるので、必ずしも、シリコンラバーヒーター13を設けなくてもよい。また、反応溶液29の成分によっては、反応容器1aの側周面及び底面の少なくとも一方にヒーターを設けるだけでよい場合もある。特に、反応容器1aの側周面のみとすれば、支持台31による伝熱の影響を低減することができる。
As described above, the bottom surface of the reaction solution storage container 30 is supported by the support base 31. The support base 31 prevents interference with the stirrer chip 33, which is a mechanism for stirring the aqueous solution 36, and is a heating source. It has a function of separating from a certain mantle heater 5 and the reaction vessel 1a which is an external pressure vessel so as not to directly affect the reaction solution storage vessel 30.
In this embodiment, the stirring mechanism is constituted by the stirrer chip 33 and the magnet 34. However, since the purpose is to uniformly stir the aqueous solution 36 and to uniform the temperature thereof, the stirring lid 1c is stirred. A rod insertion port may be provided, and the aqueous solution 36 may be agitated by the lower rotating blade. Depending on the chemical composition of the reaction solution 29, the product obtained by the hydrothermal reaction, and the form and shape (the size of the produced crystal, the thickness in the case of a film, etc.), it is not always necessary to provide a stirring mechanism. .
In the present embodiment, as in the first embodiment, the silicon rubber heater 13 is provided in addition to the mantle heater 5 (see FIG. 3), but the reaction solution storage container 30 is uniformly heated by the aqueous solution 36. Therefore, the silicon rubber heater 13 is not necessarily provided. Further, depending on the components of the reaction solution 29, it may be sufficient to provide a heater on at least one of the side peripheral surface and the bottom surface of the reaction vessel 1a. In particular, if only the side peripheral surface of the reaction vessel 1a is used, the influence of heat transfer by the support base 31 can be reduced.

さて、通常水熱反応は、反応液29を沸点を超える100℃以上の温度で行われることが多いため、反応容器1aは、一般に耐圧性に優れた構造・材質を用いた、耐圧構造とし、密閉蓋1cにより内部空間を高圧に保っている。一方、反応溶液貯留容器30については、容器蓋33に形成された連通路32により、反応容器1aの内部と連通しているため、内圧と外圧に大きな差が発生せず、上述したように単なるガラス容器であってもなんら問題ない。   Now, since the hydrothermal reaction is usually performed at a temperature of 100 ° C. or higher exceeding the boiling point of the reaction liquid 29, the reaction vessel 1a generally has a pressure-resistant structure using a structure / material having excellent pressure resistance, The internal space is maintained at a high pressure by the sealing lid 1c. On the other hand, since the reaction solution storage container 30 communicates with the inside of the reaction container 1a through the communication path 32 formed in the container lid 33, a large difference between the internal pressure and the external pressure does not occur. There is no problem even if it is a glass container.

ただし、このように、容器蓋33に形成された連通路32を形成すると、反応溶液貯留容器30の耐圧性を考慮する必要はなくなるが、連通路32により、反応液29と水溶液36が上方空間で連通するため、反応溶液29の化学組成に対して、影響を与える可能性がある。
すなわち、加熱により反応溶液29の揮発性成分が気化すると、反応容器1aにおける水溶液36の液面の上方空間における揮発成分濃度が平衡するまで、反応溶液貯留容器30の上部空間から反応容器1aの上部空間へと揮発性成分の移動を生じる可能性がある。
したがって、水溶液36には、少なくとも反応溶液29中に含まれる揮発成分を同じ成分濃度で含有することが好ましい。
However, when the communication path 32 formed in the container lid 33 is formed as described above, it is not necessary to consider the pressure resistance of the reaction solution storage container 30, but the reaction solution 29 and the aqueous solution 36 are placed in the upper space by the communication path 32. Therefore, the chemical composition of the reaction solution 29 may be affected.
That is, when the volatile component of the reaction solution 29 is vaporized by heating, the upper portion of the reaction vessel 1a from the upper space of the reaction solution storage vessel 30 until the volatile component concentration in the space above the liquid surface of the aqueous solution 36 in the reaction vessel 1a is balanced. May cause movement of volatile components into space.
Therefore, the aqueous solution 36 preferably contains at least the volatile component contained in the reaction solution 29 at the same component concentration.

そこで、反応溶液29の成分を、水、揮発成分、その他の不揮発成分に反応溶液内の組成を分類する。更に、目的に応じ、例えば、反応溶液貯留容器30をガラス容器として、外部から内部の反応を観察可能にする場合、透明成分と不透明成分(ゾル粒子、遷移金属イオン、色素分子等)に分類する。
不透明成分が不揮発性であれば、それを除き、反応溶液29と組成、濃度が同一となるように水溶液36を調製する。これにより、反応溶液貯留容器30内部の観察を可能としながら反応溶液29の水熱反応時にその化学組成が変化することが、大きく抑制できる。
こうすることで、反応溶液29と水溶液36の化学組成を近づけ、かつ不透明成分を排除することができる。
Therefore, the composition of the reaction solution 29 is classified into water, volatile components, and other nonvolatile components. Furthermore, according to the purpose, for example, when the reaction solution storage container 30 is a glass container and an internal reaction can be observed from the outside, it is classified into a transparent component and an opaque component (sol particles, transition metal ions, dye molecules, etc.). .
If the opaque component is non-volatile, the aqueous solution 36 is prepared so as to have the same composition and concentration as the reaction solution 29 except for the opaque component. Thereby, it is possible to greatly suppress the change in the chemical composition during the hydrothermal reaction of the reaction solution 29 while allowing the inside of the reaction solution storage container 30 to be observed.
By doing so, the chemical composition of the reaction solution 29 and the aqueous solution 36 can be brought close to each other and opaque components can be eliminated.

また、水溶液36中に加熱に伴い粘性が高くなる成分が存在すると、マントルヒーター5等で加熱する際、加熱工程中の温度均一性を阻害する働きを有するため、そのような成分を水溶液36に添加するかどうかは、個々の水熱反応の種別に応じて検討する必要がある。
場合によっては、水溶液36と反応溶液29を同一成分のものとしてもよい。
In addition, if there is a component that increases in viscosity with heating in the aqueous solution 36, it functions to inhibit temperature uniformity during the heating process when heated by the mantle heater 5 or the like. Whether it is added or not needs to be examined according to the type of individual hydrothermal reaction.
In some cases, the aqueous solution 36 and the reaction solution 29 may be the same component.

以下、実施例2の実験例について説明する。
実施例1と同様に、アルミノリン酸塩多孔質結晶の一種であるAlPO4-5(IUPACによる構造表記はAFI)の合成を行った。
反応溶液貯留容器内の水溶液を構成する原料のモル比は、
Al23:P25:(C25)3N:H2O=1:1:4:225・・・・・(1)
とした。さらに、この溶液のpHを硫酸の添加により2.95に調整した。
一方、均一な温度を目的とする水溶液31のモル比は
25:(C25)3N:H2O=1:4:225・・・・・・・・・・・・(2)
とした。
Hereinafter, an experimental example of Example 2 will be described.
In the same manner as in Example 1, AlPO 4 -5 (structure notation by IUPAC is AFI), which is a kind of aluminophosphate porous crystal, was synthesized.
The molar ratio of the raw materials constituting the aqueous solution in the reaction solution storage container is
Al 2 O 3 : P 2 O 5 : (C 2 H 5 ) 3 N: H 2 O = 1: 1: 4: 225 (1)
It was. Furthermore, the pH of this solution was adjusted to 2.95 by adding sulfuric acid.
On the other hand, the molar ratio of the aqueous solution 31 for the purpose of uniform temperature is P 2 O 5 : (C 2 H 5 ) 3 N: H 2 O = 1: 4: 225. (2)
It was.

(1)のモル比で表される当該反応水溶液は乳白色を呈する為、加熱用水溶液は乳白色とならないように、反応溶液からアルミナ源を除いた(2)式で表した溶液とした。この(2)式で表される溶液は完全に透明な溶液である。
これらの反応溶液および加熱用水溶液を所定の容器にそれぞれ満たした後、図13に示すように、水熱反応装置1に設置した。
加熱は室温から175℃まで3時間かけて昇温し、175℃にて18時間以上保持した。なお、反応溶液および加熱用水溶液の沸騰を避ける為、まず室温にて0.3MPaの圧力を印加後、完全閉鎖系にしてガスの出入りがない状態にしてから昇温を行った。175℃での圧力は0.98MPaであった。
Since the reaction aqueous solution represented by the molar ratio (1) was milky white, the aqueous solution for heating was made a solution represented by the formula (2) excluding the alumina source from the reaction solution. The solution represented by the formula (2) is a completely transparent solution.
These reaction solutions and heating aqueous solutions were filled in predetermined containers, respectively, and then installed in the hydrothermal reactor 1 as shown in FIG.
Heating was performed from room temperature to 175 ° C. over 3 hours, and maintained at 175 ° C. for 18 hours or more. In order to avoid boiling of the reaction solution and the aqueous solution for heating, first, a pressure of 0.3 MPa was applied at room temperature, and then the temperature was raised after making the system completely closed so that no gas entered or exited. The pressure at 175 ° C. was 0.98 MPa.

図14は、加熱による反応溶液の温度の時間変化を示す。また、図15は、加熱開始から水熱反応の経過を撮影したもので、Aは加熱開始時(室温)、Bは3時間後、Cは5時間後、Dは7時間後、Eは8時間後における反応溶液貯留容器の内部の状態を示している。
図14から分かるように、約3時間後に175℃に到達しているが、オーバーシュートは非常に少なく2℃未満である。この過昇温に由来して、加熱用水溶液に若干の沸騰が発生したものの、図15Bに示すように、反応溶液貯留容器の内部では、反応溶液の沸騰は皆無である。その結果、加熱3時間以降の図15C〜Dでは、反応溶液は水平方向ではほぼ同等の状態を維持し、自立膜の形成に伴い、垂直方向にのみ溶液の変化が顕著に表れている。
FIG. 14 shows the change over time of the temperature of the reaction solution due to heating. FIG. 15 is a photograph of the course of the hydrothermal reaction from the start of heating. A is the start of heating (room temperature), B is 3 hours later, C is 5 hours later, D is 7 hours later, E is 8 The state inside the reaction solution storage container after time is shown.
As can be seen from FIG. 14, the temperature reached 175 ° C. after about 3 hours, but the overshoot was very small and less than 2 ° C. Although a slight boiling occurred in the aqueous solution for heating due to this excessive temperature rise, as shown in FIG. 15B, the reaction solution does not boil inside the reaction solution storage container. As a result, in FIGS. 15C to 15D after 3 hours of heating, the reaction solution maintains a substantially equivalent state in the horizontal direction, and the change in the solution appears significantly only in the vertical direction as the free-standing film is formed.

以上により得られた生成物の例を図16に示す。
この生成物の結晶相を確認する為に、粉末X線回折データをCu-Kα線を用いた、マックサイエンス社製のMXP-3TZにより測定した。そのパターンを図17に示すが、この結果は、明瞭に得られた生成物が実施例1と同様にAFI構造をとっていることを示すものであり、他の不純物相を含まない単相であることが分かる。
An example of the product obtained as described above is shown in FIG.
In order to confirm the crystal phase of this product, powder X-ray diffraction data was measured with MXP-3TZ manufactured by Mac Science using Cu-Kα rays. The pattern is shown in FIG. 17, and this result shows that the product obtained clearly has an AFI structure as in Example 1, and is a single phase that does not contain other impurity phases. I know that there is.

このように、本実施例によれば、静置状態を維持した均一な昇温環境を実現し、目的とする一定温度に到達した際の実際の溶液温度のオーバーシュートもほとんど生じないことが確認された。また、反応溶液と加熱用溶液間の圧力を一致させる機構とそれぞれの溶液の組成を近い物とすることにより、反応溶液を入れる容器は耐圧性を持たせる必要性がないことが示された。   As described above, according to this example, it was confirmed that a uniform temperature rising environment maintaining a stationary state was realized, and the actual solution temperature overshoot when reaching a target constant temperature hardly occurred. It was done. Moreover, it was shown that the container in which the reaction solution is placed does not need to have pressure resistance by making the mechanism for matching the pressure between the reaction solution and the heating solution and the composition of each solution close to each other.

以上説明したように本発明によれば、反応容器を大型化した場合でも、従来の静置式水熱反応装置と同様に静置加熱を実現しながら、反応を進行させる保持温度(通常100℃以上)にて等方的かつ均一な加熱を実現することができる。しかも、板状部材と密閉蓋内面との間の空間の温度を安定化するとともに、密閉蓋内面に直接接触する蒸気を抑制することにより、密閉蓋への凝縮による結露発生が激減するだけでなく、反応溶液界面の上方空間の水蒸気が加熱され、水蒸気圧が高まるために、反応溶液の局所的な沸騰現象が緩和され、生成物や水溶液を直接観察することも可能になるため、合成時間等の最適条件を容易に見いだすことができるので、水熱反応装置として広く採用されることが期待できる。   As described above, according to the present invention, even when the reaction vessel is enlarged, the holding temperature (usually 100 ° C. or higher) for allowing the reaction to proceed while achieving static heating as in the conventional static hydrothermal reactor. ) To achieve isotropic and uniform heating. In addition to stabilizing the temperature of the space between the plate-like member and the inner surface of the sealing lid, and suppressing vapor directly contacting the inner surface of the sealing lid, not only drastically reduces the occurrence of condensation due to condensation on the sealing lid. Since the water vapor in the space above the reaction solution interface is heated and the water vapor pressure is increased, the local boiling phenomenon of the reaction solution is alleviated and the product and aqueous solution can be directly observed, so the synthesis time, etc. Therefore, it can be expected to be widely adopted as a hydrothermal reactor.

1 水熱反応装置
1a ステンレス製の反応容器
1b PTFE製の内筒
1c 密閉蓋
4 熱電対
5 マントルヒーター
5a 加熱用被膜
6 温度測定用の熱電対
6a 熱電対用鞘
7 ガス導入・排出用バルブ
8 攪拌棒
9 圧力計
10 安全弁
11 パイプ(圧力印加用)
12 パイプ(圧力リリース用)
13 シリコンラバーヒーター
14 アルミ板
16 板状部材
17 板受け
19 圧力ボンベ
20 減圧弁
21 バルブ
22 背圧弁
23 ガス放出管
24a 高倍率レンズ
24b 低倍率レンズ
25 カメラ
26 カメラ位置調整機構
27 反応装置・観察システム共通架台
28 防爆ケース
28a 観察用窓
29 反応溶液
30 反応溶液貯留用容器
31 支持台
32 連通路
33 容器蓋
34 スターラーチップ
35 マグネット
36 水溶液
1 Hydrothermal reactor 1a Reaction vessel made of stainless steel 1b Inner cylinder made of PTFE 1c Sealing lid 4 Thermocouple 5 Mantle heater 5a Heating coating 6 Thermocouple for temperature measurement 6a Thermocouple sheath 7 Gas introduction / discharge valve 8 Stirring bar 9 Pressure gauge 10 Safety valve 11 Pipe (for pressure application)
12 pipe (for pressure release)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Silicon rubber heater 14 Aluminum plate 16 Plate-shaped member 17 Plate holder 19 Pressure cylinder 20 Pressure reducing valve 21 Valve 22 Back pressure valve 23 Gas discharge pipe 24a High magnification lens 24b Low magnification lens 25 Camera 26 Camera position adjustment mechanism 27 Reactor / observation system Common base 28 Explosion-proof case 28a Observation window 29 Reaction solution 30 Reaction solution storage container 31 Support base 32 Communication path 33 Container lid 34 Stirrer chip 35 Magnet 36 Aqueous solution

Claims (11)

反応容器と、該反応容器を密閉状態に封止する密閉蓋を備え、その内部空間を加熱することにより、高温高圧の熱水の存在下で水熱合成反応を行うための水熱反応装置であって、
前記反応容器の側周面及び底面を加熱するヒーター、前記密閉蓋を加熱するヒーター、及び、前記反応容器内に設定圧力を印加する設定圧力印加装置を設けるとともに、前記反応容器内に充填された反応溶液の界面と、前密封蓋の下面とにより形成される空間を区画するよう、前記反応容器の内周面に、化学的に不活性で、かつ熱伝達率の低い材料からなる板状部材を載置したことを特徴とする水熱反応装置。
A hydrothermal reactor for carrying out a hydrothermal synthesis reaction in the presence of high-temperature and high-pressure hot water by providing a reaction vessel and a sealing lid for sealing the reaction vessel in a hermetically sealed state and heating the internal space There,
A heater for heating the side peripheral surface and bottom surface of the reaction vessel, a heater for heating the sealing lid, and a set pressure application device for applying a set pressure to the reaction vessel are provided, and the reaction vessel is filled. A plate-like member made of a material that is chemically inert and has a low heat transfer coefficient on the inner peripheral surface of the reaction vessel so as to partition a space formed by the interface of the reaction solution and the lower surface of the front sealing lid A hydrothermal reactor characterized in that is mounted.
前記板状部材をその下面が水平面に対し傾斜するよう載置したことを特徴とする請求項1に記載された水熱反応装置。   The hydrothermal reaction apparatus according to claim 1, wherein the plate-like member is placed such that a lower surface thereof is inclined with respect to a horizontal plane. 前記反応容器の内周面に、化学的に不活性で、かつ熱伝達率の低い材料からなるリング状部材を嵌着し、該リング状部材に前記板状部材を載置したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載された水熱反応装置。   A ring-shaped member made of a material that is chemically inert and has a low heat transfer coefficient is fitted to the inner peripheral surface of the reaction vessel, and the plate-shaped member is placed on the ring-shaped member. The hydrothermal reaction apparatus according to claim 1 or 2. 前記反応容器は、化学的に不活性で、かつ、熱伝達率の低い材料からなる内筒を備えており、該内筒の内周面に前記板状部材を載置するための支持部を形成したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載された水熱反応装置。   The reaction vessel includes an inner cylinder made of a material that is chemically inert and has a low heat transfer coefficient, and a support portion for placing the plate-like member on the inner peripheral surface of the inner cylinder. The hydrothermal reaction apparatus according to claim 1 or 2, wherein the hydrothermal reaction apparatus is formed. 前記リング状部材あるいは、前記支持部が、水平面に対し傾斜していることを特徴とする請求項3または請求項4に記載された水熱反応装置。   The hydrothermal reaction device according to claim 3 or 4, wherein the ring-shaped member or the support portion is inclined with respect to a horizontal plane. 前記板状部材を、上方に頂点を有する略円錐形状としたことを特徴とする請求項1に記載された水熱反応装置。   The hydrothermal reactor according to claim 1, wherein the plate-like member has a substantially conical shape having an apex on the upper side. 前記設定圧力印加装置は、圧力源との間に介装された減圧弁と、前記反応容器内の圧力を設定圧力でリリースする背圧弁とからなることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載された水熱反応装置。   The said set pressure application apparatus consists of a pressure-reduction valve interposed between pressure sources, and a back pressure valve which releases the pressure in the said reaction container with a set pressure. The hydrothermal reaction apparatus described in any one of the above. 反応容器と、該反応容器を密閉状態に封止する密閉蓋を備え、その内部空間を加熱することにより、高温高圧の熱水の存在下で水熱合成反応を行うための水熱反応装置であって、
前記反応容器の側周面及び底面の少なくとも一方を加熱するヒーター、及び、前記反応容器内に設定圧力を印加する設定圧力印加装置を設けるとともに、
前記反応容器の内部に、反応溶液を充填する反応溶液貯留容器を設け、該反応溶液貯留容器の外方に、前記反応溶液を加熱するための水溶液を充填し、前記ヒーターにより前記水溶液を加熱し、前記反応溶液貯留容器を介して間接的に加熱するようにしたことを特徴とする水熱反応装置。
A hydrothermal reactor for carrying out a hydrothermal synthesis reaction in the presence of high-temperature and high-pressure hot water by providing a reaction vessel and a sealing lid for sealing the reaction vessel in a hermetically sealed state and heating the internal space There,
While providing a heater for heating at least one of the side peripheral surface and the bottom surface of the reaction vessel, and a set pressure application device for applying a set pressure in the reaction vessel,
A reaction solution storage container for filling the reaction solution is provided inside the reaction container, an aqueous solution for heating the reaction solution is filled outside the reaction solution storage container, and the aqueous solution is heated by the heater. A hydrothermal reactor characterized in that it is heated indirectly via the reaction solution storage container.
前記反応溶液貯留容器の上面に、前記反応容器の内部の内部と連通する連通路を備えた容器蓋を設けたことを特徴とする請求項8に記載された水熱反応装置。   The hydrothermal reaction apparatus according to claim 8, wherein a container lid having a communication path communicating with the inside of the reaction container is provided on the upper surface of the reaction solution storage container. 前記反応溶液貯留容器を、前記水溶液の流通が可能な支持台を介して前記反応容器の底部に支持し、該支持台の内部に撹拌装置を設置したことを特徴とする請求項8又は請求項9に記載された水熱反応装置。   The said reaction solution storage container is supported on the bottom part of the said reaction container via the support stand in which the distribution | circulation of the said aqueous solution is possible, The stirring apparatus was installed in the inside of this support stand. 9. The hydrothermal reactor described in 9. 前記水溶液に含有される成分のうち、少なくとも、揮発成分あるいは加熱に伴い不透明となる成分の一方の濃度を、前記反応溶液に含有される成分濃度と同等のものにしたことを特徴とする請求項8から請求項10のいずれか1項に記載された水熱反応装置。   The concentration of at least one of the components contained in the aqueous solution, which is at least one of a volatile component or a component that becomes opaque upon heating, is equivalent to the concentration of the component contained in the reaction solution. The hydrothermal reactor according to any one of claims 8 to 10.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107983269A (en) * 2016-10-27 2018-05-04 中国科学院过程工程研究所 It is a kind of can separation of solid and liquid hydro-thermal reaction device
CN109967010A (en) * 2019-03-12 2019-07-05 柳州呈奥科技有限公司 Process equipment is made in a kind of ATO of hydro-thermal method
CN111298750A (en) * 2020-03-27 2020-06-19 杭州永星塑料化纤有限公司 Continuous polyester preparation system for tensile renewable polyester staple fibers and operation method thereof
CN112337416A (en) * 2020-10-30 2021-02-09 东北石油大学 Stainless steel hydrothermal synthesis kettle with optimized structure

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003340261A (en) * 2002-05-29 2003-12-02 Japan Organo Co Ltd Batch hydrothermal reactor and hydrothermal reaction apparatus
JP2005041724A (en) * 2003-07-24 2005-02-17 Nippon Shokubai Co Ltd Production method for inorganic crystalline compound
JP2006007157A (en) * 2004-06-29 2006-01-12 Japan Organo Co Ltd Reaction device and reaction method
JP2008000689A (en) * 2006-06-22 2008-01-10 Kobe Steel Ltd Treatment method and treatment apparatus of waste
JP2012062228A (en) * 2010-09-17 2012-03-29 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology Porous crystal self-supporting film of afi type aluminophosphate and method for producing the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003340261A (en) * 2002-05-29 2003-12-02 Japan Organo Co Ltd Batch hydrothermal reactor and hydrothermal reaction apparatus
JP2005041724A (en) * 2003-07-24 2005-02-17 Nippon Shokubai Co Ltd Production method for inorganic crystalline compound
JP2006007157A (en) * 2004-06-29 2006-01-12 Japan Organo Co Ltd Reaction device and reaction method
JP2008000689A (en) * 2006-06-22 2008-01-10 Kobe Steel Ltd Treatment method and treatment apparatus of waste
JP2012062228A (en) * 2010-09-17 2012-03-29 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology Porous crystal self-supporting film of afi type aluminophosphate and method for producing the same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107983269A (en) * 2016-10-27 2018-05-04 中国科学院过程工程研究所 It is a kind of can separation of solid and liquid hydro-thermal reaction device
CN109967010A (en) * 2019-03-12 2019-07-05 柳州呈奥科技有限公司 Process equipment is made in a kind of ATO of hydro-thermal method
CN111298750A (en) * 2020-03-27 2020-06-19 杭州永星塑料化纤有限公司 Continuous polyester preparation system for tensile renewable polyester staple fibers and operation method thereof
CN111298750B (en) * 2020-03-27 2023-06-27 杭州永星塑料化纤有限公司 Continuous polyester preparation system for tensile renewable polyester staple fibers and operation method thereof
CN112337416A (en) * 2020-10-30 2021-02-09 东北石油大学 Stainless steel hydrothermal synthesis kettle with optimized structure
CN112337416B (en) * 2020-10-30 2021-07-06 东北石油大学 Stainless steel hydrothermal synthesis kettle with optimized structure

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