JP2019048733A - Porous spherical oxide particles and production method thereof - Google Patents

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小澤 隆弘
Takahiro Ozawa
隆弘 小澤
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Abstract

To provide porous spherical oxide particles with uniform shape and size comprising open pores having complicated communication paths, and provide a simplified method capable of giving the porous spherical oxide particles stably and efficiently.SOLUTION: There are provided porous spherical oxide particles that are substantially spherical oxide particles the inside of which has open pores separated by particle walls and three-dimensionally communicating, communicating paths of the open pores being random. The porous spherical oxide particles are preferably MnOparticles, MnOparticles, or LiMnOparticles.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は多孔質球状酸化物粒子及びその製造方法に関し、より具体的には、各種フィルター、吸着剤、触媒担体及び二次電池用の正極材料等に利用できる多孔質球状酸化物粒子及びその簡便かつ効率的な製造方法に関する。   The present invention relates to porous spherical oxide particles and a method for producing the same, and more specifically, porous spherical oxide particles which can be used for various filters, adsorbents, catalyst carriers, positive electrode materials for secondary batteries, etc. And an efficient manufacturing method.

適切な細孔構造を有する多孔質球状粒子は、各種フィルター、吸着剤、触媒担体及び二次電池用の正極材料等として幅広く活用することができるため、細孔構造や粒子形状及び粒子径等を制御するための製造方法が盛んに検討されている。   Since porous spherical particles having an appropriate pore structure can be widely used as various filters, adsorbents, catalyst carriers, positive electrode materials for secondary batteries, etc., the pore structure, particle shape, particle diameter, etc. Production methods for control are being actively studied.

ここで、サブミクロンからミリメートルオーダーの粒子径を有する多孔質球状粒子を得るためには、母材粒子と造孔剤とを混合、造粒し、高温下で焼成することが一般的である。例えば、特許文献1(特開平11−268909号公報)では、シリカゾル、金属酸化物ゾル及び融点が400〜800℃の範囲にある無機塩又は無機塩の混合物の水溶液を混合して不均一混合液を作製し、次に当該不均一混合液を用いて造粒して脱水乾燥し、無機塩の焼成により生成する無機塩酸化物又は無機塩酸化物の混合物の融点から融点より200℃高い温度の範囲で焼成し、その後、無機塩酸化物又は無機塩酸化物の混合物を除去する無機多孔体の製造方法が提案されている。   Here, in order to obtain porous spherical particles having a particle size of submicron to millimeter order, it is general to mix and granulate base material particles and a pore forming agent, and to fire under high temperature. For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-268909), an aqueous solution of a silica sol, a metal oxide sol and an inorganic salt or a mixture of inorganic salts having a melting point of 400 to 800 ° C. Is then granulated using the heterogeneous mixed liquid, dehydrated and dried, and a temperature range from the melting point of the inorganic salt oxide or the mixture of the inorganic salt oxides formed by calcination of the inorganic salt to a temperature higher by 200 ° C. A method for producing an inorganic porous material has been proposed which is fired and then removing an inorganic salt oxide or a mixture of inorganic salt oxides.

前記特許文献1に記載されている無機多孔体の製造方法においては、焼成工程中に無機塩の液相とシリカの固体との界面において相互作用が働くことにより、柱状絡み合い構造が形成されることから、大きい平均孔径と高い空孔率を有し、かつ粒子強度が高く、耐水溶解性や耐アルカリ性に優れた無機多孔体を得ることができる、としている。   In the method for producing an inorganic porous body described in Patent Document 1, a columnar entangled structure is formed by the interaction at the interface between the liquid phase of the inorganic salt and the solid of the silica during the firing step. Thus, it is possible to obtain an inorganic porous body having a large average pore diameter and a high porosity, high particle strength, and excellent in water resistance and alkali resistance.

また、特許文献2(特開2014−73927号公報)では、マンガン塩水溶液からマンガン水酸化物を経由せずに四三酸化マンガンを晶析させる晶析工程を有する四三酸化マンガンの製造方法であって、晶析工程においてマンガン塩水溶液とアルカリ溶液を混合して四三酸化マンガンを晶析させたスラリーを得た後、当該スラリー中の四三酸化マンガンの固形分濃度が2重量%を超え、当該スラリー中の四三酸化マンガンの平均滞在時間を10時間以下として晶析させる、細孔直径0.3〜2μmの細孔の細孔容積が少なくとも0.1mL/gである四三酸化マンガンの製造方法が提案されている。   Moreover, in patent document 2 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2014-73927), the manufacturing method of the tetramanganese tetraoxide which has a crystallization process which crystallizes trimanganese tetraoxide from manganese salt aqueous solution without passing manganese hydroxide is mentioned. After mixing the aqueous solution of manganese salt and the alkaline solution in the crystallization step to obtain a slurry in which manganese trioxide is crystallized, a solid content concentration of trimanganese tetraoxide in the slurry exceeds 2% by weight. And tri-manganese tetraoxide having a pore volume of at least 0.1 mL / g for pores with a pore diameter of 0.3 to 2 μm, which are crystallized such that the average residence time of trimanganese tetraoxide in the slurry is 10 hours or less. The production method of is proposed.

四三酸化マンガンはリチウムマンガン系複合酸化物の原料等として使用され、リチウム原料及び他の金属原料と混合、焼成されることでリチウムマンガン系複合酸化物となる。ここで、当該焼成中にリチウムマンガン系複合酸化物の粒子同士が融着する現象(ネッキング現象)が生じると、得られる粒子の径や形状等が不均一になるという問題が存在したが、前記特許文献2に記載されている細孔直径0.3〜2μmの細孔の細孔容積が少なくとも0.1mL/gである四三酸化マンガンを用いることで、粒子同士の凝着が抑制される、としている。   Manganese trioxide is used as a raw material or the like of a lithium manganese-based composite oxide, and mixed with a lithium raw material and another metal raw material to form a lithium manganese-based composite oxide by being fired. Here, if a phenomenon (necking phenomenon) in which the particles of the lithium manganese composite oxide are fused to each other occurs during the firing, there is a problem that the diameter, the shape, etc. of the obtained particles become nonuniform. By using trimanganese tetraoxide having a pore volume of at least 0.1 mL / g for pores with a pore diameter of 0.3 to 2 μm as described in Patent Document 2, adhesion of particles is suppressed. And.

特開平11−268909号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-268909 特開2014−73927号公報JP, 2014-73927, A

しかしながら、上記特許文献1に記載の無機多孔体の製造方法では混合液の調整や造孔剤の除去等、多数の工程が必要であることに加え、混合液中の各成分の分散状態等が無機多孔体の細孔構造や粒径及びサイズに影響するため、均質な無機多孔体を安定して製造することが困難である。   However, in the method for producing an inorganic porous body described in Patent Document 1 above, in addition to the necessity of many steps such as the adjustment of the mixture and the removal of the pore forming agent, the dispersion state of each component in the mixture is Since it affects the pore structure, particle size and size of the inorganic porous material, it is difficult to stably produce a homogeneous inorganic porous material.

また、上記特許文献2に記載の四三酸化マンガンの製造方法においても、マンガン塩水溶液とアルカリ溶液を混合して四三酸化マンガンを晶析させたスラリーを調整する必要があることに加え、当該スラリー中の四三酸化マンガンの固形分濃度等を制御しなければならない。   Also in the method of producing trimanganese tetraoxide described in Patent Document 2 above, it is necessary to mix a manganese salt aqueous solution and an alkaline solution to prepare a slurry in which trimanganese tetraoxide is crystallized, and It is necessary to control the solid content concentration of trimanganese tetraoxide in the slurry.

加えて、上記特許文献1に記載の無機多孔体及び上記特許文献2に記載の四三酸化マンガンにおいては、細孔の形状及び連通経路が比較的単純であり、例えばフィルターや吸着剤として用いる場合は、捕捉する対象物を保持する能力が十分でない場合が存在する。   In addition, in the inorganic porous body described in Patent Document 1 and trimanganese tetraoxide described in Patent Document 2, the shape and communication path of the pores are relatively simple, for example, when used as a filter or an adsorbent There are cases where the ability to hold an object to be captured is not sufficient.

以上のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の目的は、形状及びサイズが揃った多孔質球状酸化物粒子であって、複雑な連通経路を有する開気孔が形成された多孔質球状酸化物粒子、及び当該多孔質球状酸化物粒子を安定的かつ効率的に得ることができる簡便な製造方法を提供することにある。   In view of the problems in the prior art as described above, an object of the present invention is a porous spherical oxide particle having uniform shape and size, in which open spherical pores having complicated communication paths are formed. It is an object of the present invention to provide a simple production method capable of stably and efficiently obtaining substance particles and the porous spherical oxide particles.

本発明者は上記目的を達成すべく、多孔質球状酸化物粒子及びその製造方法について鋭意研究を重ねた結果、略球状の炭酸塩粒子を水蒸気雰囲気下で熱分解させること等が極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。   As a result of intensive studies on porous spherical oxide particles and a method for producing the same in order to achieve the above object, the present inventor is very effective to thermally decompose substantially spherical carbonate particles in a water vapor atmosphere. The present invention has been achieved.

即ち、本発明は、
略球状の酸化物粒子であって、
前記酸化物粒子の内部には、粒子壁で隔てられた三次元状に連通する開気孔が形成され、
前記開気孔の連通経路がランダムであること、
を特徴とする多孔質球状酸化物粒子、を提供する。
That is, the present invention
Substantially spherical oxide particles,
Inside the oxide particles, open pores are formed in three-dimensional communication separated by particle walls,
The communication path of the open pores is random,
And providing porous spherical oxide particles.

ここで、三次元状に連通する開気孔は多孔質球状酸化物粒子内部の全域において複雑な迷路状となっており、多孔質球状酸化物粒子の断面を観察した場合、中心部から外縁部に亘って不規則に形成された開気孔を確認することができる。即ち、極微小な粒子が当該開気孔に侵入した場合、簡単に排出されることはない構造となっている。   Here, the open pores communicating in a three-dimensional shape are in a complex maze shape throughout the inside of the porous spherical oxide particle, and when the cross section of the porous spherical oxide particle is observed, from the center to the outer edge It is possible to identify irregularly formed open pores throughout. That is, when extremely minute particles intrude into the open pores, they are not easily discharged.

また、本発明の多孔質球状酸化物粒子は、Mn粒子、Mn粒子又はLiMn粒子であることが好ましく、LiMn粒子はLiMn粒子であること、がより好ましい。例えば、LiMn粒子はリチウム二次電池の正極材料として使用することができ、Mn粒子及びMn粒子はリチウムマンガン系複合酸化物の原料として使用することができる。 The porous spherical oxide particles of the present invention are preferably Mn 2 O 3 particles, Mn 3 O 4 particles or LiMn x O y particles, and the LiMn x O y particles are LiMn 2 O 4 particles. Is more preferable. For example, LiMn 2 O 4 particles can be used as a positive electrode material of a lithium secondary battery, and Mn 2 O 3 particles and Mn 3 O 4 particles can be used as a raw material of a lithium manganese-based composite oxide.

また、本発明の多孔質球状酸化物粒子においては、前記粒子壁の厚さが0.1μm〜1.0μmであること、が好ましい。粒子壁の厚さを0.1μm以上とすることで、開気孔の構造及び多孔質球状酸化物粒子全体の強度を担保することができ、多孔質球状酸化物粒子を様々な用途に用いることができる。一方で、粒子壁の厚さを1.0μm以下とすることで、多孔質球状酸化物粒子の大きさに対して粒子壁の厚さを十分に薄くすることができ、多孔質球状酸化物粒子の内部に多数の開気孔を設けることができる。   In the porous spherical oxide particles of the present invention, the thickness of the particle wall is preferably 0.1 μm to 1.0 μm. By setting the thickness of the particle wall to 0.1 μm or more, the open pore structure and the strength of the whole porous spherical oxide particles can be secured, and the porous spherical oxide particles can be used in various applications. it can. On the other hand, by setting the thickness of the particle wall to 1.0 μm or less, the thickness of the particle wall can be made sufficiently thin with respect to the size of the porous spherical oxide particles, and the porous spherical oxide particles A large number of open pores can be provided inside the

また、本発明の多孔質球状酸化物粒子においては、直径が50nm以上の前記開気孔を有すること、が好ましい。多孔質球状酸化物粒子が直径50nm以上の開気孔を有することで、気体や液体の透過性を十分に担保することができると共に、大気汚染物質の一つである微小粒子状物質(PM2.5)の捕集に対しても十分な気孔径を確保することができる。   In the porous spherical oxide particles of the present invention, it is preferable to have the open pores having a diameter of 50 nm or more. The porous spherical oxide particles having open pores with a diameter of 50 nm or more can sufficiently ensure gas and liquid permeability, and at the same time, fine particulate matter (PM 2.5) which is one of air pollutants. Sufficient pore diameter can be secured for the collection of.

また、本発明の多孔質球状酸化物粒子においては、0.5μm〜10μmの粒子径分布を有し、メジアン径(D50)が1μm〜5μmであること、が好ましい。例えば、多孔質球状酸化物粒子がマンガン酸化物の場合、メジアン径(D50)を1μm以上とすることで、これを原料として得られるリチウムマンガン系複合酸化物の保存安定性を高くすることができる。また、メジアン径(D50)を10μm以下とすることで、他の材料との混合性や操作性を高くすることができる。 The porous spherical oxide particles of the present invention preferably have a particle size distribution of 0.5 μm to 10 μm and a median diameter (D 50 ) of 1 μm to 5 μm. For example, when the porous spherical oxide particles are manganese oxides, the storage stability of the lithium manganese composite oxide obtained using the median diameter (D 50 ) of 1 μm or more as the raw material can be increased. it can. In addition, by setting the median diameter (D 50 ) to 10 μm or less, it is possible to enhance the mixing property with other materials and the operability.

更に、多孔質球状酸化物粒子の粒子径を0.5μm以上とすることで、三次元迷路状の開気孔を粒子内に形成させることができ、粒子径を10μm以下とすることで、表面積を十分に大きくすることができ、各種フィルター、吸着剤及び触媒担体等に好適に利用することができる。   Furthermore, by setting the particle diameter of the porous spherical oxide particles to 0.5 μm or more, three-dimensional maze-like open pores can be formed in the particles, and by setting the particle diameter to 10 μm or less, the surface area is increased. It can be made sufficiently large, and can be suitably used for various filters, adsorbents, catalyst carriers and the like.

また、本発明は、水蒸気雰囲気下で炭酸塩粒子を加熱し、前記炭酸塩粒子を熱分解させること、を特徴とする多孔質球状酸化物粒子の製造方法、も提供する。   The present invention also provides a method for producing porous spherical oxide particles, which comprises heating carbonate particles in a water vapor atmosphere to thermally decompose the carbonate particles.

本発明者が多孔質球状酸化物粒子の製造方法について鋭意研究を重ねた結果、水蒸気存在下の加熱によって炭酸塩の酸化物への熱分解反応が促進されると同時に、粒成長が低温から進行することが明らかとなった。ここで、粒成長が低温から進行することで、複雑な開気孔構造を保ったまま多孔質球状酸化物粒子を生成することができる。   As a result of intensive researches on the method of producing porous spherical oxide particles, the present inventors promoted thermal decomposition reaction of carbonate to oxide by heating in the presence of water vapor and at the same time, grain growth progressed from low temperature It became clear to do. Here, as the grain growth proceeds from a low temperature, porous spherical oxide particles can be produced while maintaining a complex open pore structure.

本発明の多孔質球状酸化物粒子の製造方法は、炭酸塩粒子を加熱する極めて簡単な方法であり、造孔剤等も不要である。また、多孔質球状粒子の形状及びサイズは、原料となる炭酸塩粒子によって容易に制御することができる。   The method for producing porous spherical oxide particles of the present invention is an extremely simple method of heating carbonate particles, and no pore forming agent is required. Further, the shape and size of the porous spherical particles can be easily controlled by the carbonate particles as the raw material.

加えて、本発明の多孔質球状酸化物粒子の製造方法では、炭酸塩粒子内部の熱分解によって自己流動的に粒成長が生じ、当該粒成長が低温で進行することから、三次元迷路状(粒子壁で隔てられた開気孔が三次元状に連通し、開気孔の連通経路がランダムである状態)に形成された開気孔の構造が、粒成長によって塞がることなく維持される。   In addition, in the method for producing porous spherical oxide particles of the present invention, particle growth occurs in a self-flowing manner by thermal decomposition of the inside of the carbonate particles, and the particle growth proceeds at a low temperature. The structure of open pores formed in a state in which open pores separated by particle walls communicate in a three-dimensional manner and the open pore communication path is random) is maintained without being blocked by grain growth.

本発明の多孔質球状酸化物粒子の製造方法では、大気中における前記炭酸塩粒子の熱分解温度よりも低い温度で加熱すること、が好ましい。炭酸塩粒子を水蒸気雰囲気下で加熱することで、大気中で加熱する場合よりも低温で炭酸塩粒子を熱分解させることができ、低温で熱分解させることで粒成長が必要以上に進行して多孔質構造が消失することを抑制できる。加えて、製造工程に必要なエネルギーを低減する観点からも好ましい。   In the method for producing porous spherical oxide particles of the present invention, it is preferable to heat at a temperature lower than the thermal decomposition temperature of the carbonate particles in the atmosphere. By heating the carbonate particles in a steam atmosphere, the carbonate particles can be thermally decomposed at a lower temperature than in the case of heating in the atmosphere, and the thermal decomposition at a low temperature makes the grain growth proceed more than necessary Disappearance of the porous structure can be suppressed. In addition, it is preferable from the viewpoint of reducing the energy required for the manufacturing process.

また、本発明の多孔質球状酸化物粒子の製造方法では、前記炭酸塩粒子がMnCO粒子であること、が好ましい。炭酸塩粒子としてMnCO粒子を用いることで、簡便にMn粒子及びMn粒子を製造することができる。また、Mn粒子及びMn粒子は、LiMn粒子を製造する際の原料として使用することができる。 Further, in the method for producing porous spherical oxide particles of the present invention, the carbonate particles are preferably MnCO 3 particles. By using MnCO 3 particles as carbonate particles, Mn 2 O 3 particles and Mn 3 O 4 particles can be easily produced. In addition, Mn 2 O 3 particles and Mn 3 O 4 particles can be used as raw materials for producing LiMn x O y particles.

また、本発明の多孔質球状酸化物粒子の製造方法では、水蒸気圧を略1気圧とすること、が好ましい。ここで、水蒸気圧は本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、原料として用いる炭酸塩粒子の組成、形状、大きさ及び処理量や、得られる多孔質球状酸化物粒子の組成及び微細構造等に応じて適宜決定すればよいが、水蒸気圧を略1気圧とすることで、1気圧未満とする場合よりも熱分解及び還元反応を促進することができる。   Further, in the method for producing porous spherical oxide particles of the present invention, the water vapor pressure is preferably about 1 atm. Here, the water vapor pressure is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, and the composition, shape, size and amount of the carbonate particles used as the raw material, the composition and fines of the porous spherical oxide particles obtained It may be appropriately determined according to the structure etc. However, by setting the water vapor pressure to about 1 atm, the thermal decomposition and the reduction reaction can be promoted more than in the case of less than 1 atm.

更に、本発明の多孔質球状酸化物粒子の製造方法では、前記熱分解の後に酸化性雰囲気下で再加熱する再焼成工程を有すること、が好ましい。熱分解の後に再加熱することにより、多孔質球状酸化物粒子の生成相を制御することができる。例えば、MnCO粒子の熱分解によってMn粒子が得られた場合、当該Mn粒子を〜750℃で加熱することで、同様の開気孔構造を有するMn粒子を得ることができる。一方で、MnCO粒子の熱分解によってMn粒子が得られた場合、当Mn粒子を900℃以上で加熱することで、Mn粒子を得ることができる。 Furthermore, in the method for producing porous spherical oxide particles of the present invention, it is preferable to have a re-baking step of reheating in an oxidizing atmosphere after the thermal decomposition. By reheating after pyrolysis, the formation phase of the porous spherical oxide particles can be controlled. For example, if the Mn 3 O 4 particles obtained by the thermal decomposition of MnCO 3 particles, by heating the Mn 3 O 4 particles to 750 ° C., to obtain the Mn 2 O 3 particles having a similar open pore structure be able to. On the other hand, when Mn 2 O 3 particles are obtained by thermal decomposition of MnCO 3 particles, Mn 3 O 4 particles can be obtained by heating the Mn 2 O 3 particles at 900 ° C. or higher.

本発明によれば、形状及びサイズが揃った多孔質球状酸化物粒子であって、複雑な連通経路を有する開気孔が形成された多孔質球状酸化物粒子、及び当該多孔質球状酸化物粒子を安定的かつ効率的に得ることができる簡便な製造方法を提供することができる。   According to the present invention, porous spherical oxide particles having uniform shapes and sizes, which are formed with open pores having complicated communication paths, and the porous spherical oxide particles It is possible to provide a simple manufacturing method that can be stably and efficiently obtained.

本発明の多孔質球状酸化物粒子の概略外観図である。It is a schematic external view of the porous spherical oxide particle of this invention. 本発明の多孔質球状酸化物粒子の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the porous spherical oxide particle of this invention. 原料として用いたMnCO粒子のSEM写真である。It is a SEM photograph of MnCO 3 particles used as a raw material. 実施例における加熱状況の概略図である。It is the schematic of the heating condition in an Example. 実施例及び比較例で得られた焼成物の相図である。It is a phase diagram of the baked product obtained by the example and the comparative example. 750℃、2時間の条件で得られたMn粒子の外観のSEM写真である。It is a SEM photograph of the appearance of Mn 3 O 4 particles obtained at 750 ° C. for 2 hours. 750℃、2時間の条件で得られたMn粒子の断面のSEM写真である。750 ° C., a cross-sectional SEM photograph of the obtained Mn 3 O 4 particles for 2 hours. 750℃、2時間の条件で得られたMn粒子の粒子径分布である。750 ° C., a particle size distribution of the obtained Mn 3 O 4 particles for 2 hours. MnCO粒子を昇温した際の重量変化である。The MnCO 3 particles having a weight change upon heating. 各水蒸気分圧で得られた焼成物のXRDパターンである。It is a XRD pattern of the baked product obtained by each water vapor partial pressure. Mn粒子を再焼成した際の重量変化である。Mn 3 O 4 by weight change when the particle re fired. Mn粒子を再焼成して得られた焼成物のXRDパターンである。It is a XRD pattern of the baked product obtained by re-baking Mn 3 O 4 particles. 750℃で2時間の再焼成で得られた再焼成物の外観のSEM写真である。It is a SEM photograph of the appearance of the rebaking thing obtained by rebaking at 750 degreeC for 2 hours. 750℃で2時間の再焼成で得られた再焼成物の断面のSEM写真である。It is a SEM photograph of the section of the rebaking thing obtained by rebaking at 750 ° C for 2 hours. カーボンナノ粒子のTEM写真である。It is a TEM photograph of carbon nanoparticles. 10秒間加振した直後のガラス容器の外観写真である。It is an external appearance photograph of the glass container immediately after vibrating for 10 seconds. 2時間静置後のガラス容器の外観写真である。It is an external appearance photograph of the glass container after leaving still for 2 hours. 2時間静置後のMn粒子のSEM写真である。It is a SEM photograph of Mn 3 O 4 particles after standing for 2 hours. Li塩/Mn混合前駆体粒子焼成物のXRDパターンである。It is a XRD pattern of Li salt / Mn 3 O 4 mixed precursor particle calcination thing. 850℃の大気中で処理したMn粒子の外観のSEM写真である。It is a SEM photograph of the appearance of Mn 2 O 3 particles processed in the atmosphere at 850 ° C. 850℃の大気中で処理したMn粒子の断面のSEM写真である。It is a SEM photograph of a section of Mn 2 O 3 particles processed in the atmosphere at 850 ° C. 900℃の大気中で処理したMn粒子の外観のSEM写真である。It is a SEM photograph of the appearance of Mn 2 O 3 particles processed in the atmosphere at 900 ° C.

以下、図面を参照しながら本発明の多孔質球状酸化物粒子及びその製造方法の代表的な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであるから、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。   Hereinafter, although representative embodiments of the porous spherical oxide particles and the method for producing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings, the present invention is not limited thereto. In the following description, the same or corresponding parts will be denoted by the same reference symbols, and overlapping descriptions may be omitted. Further, since the drawings are for explaining the present invention conceptually, the dimensions of the components shown and their ratios may be different from the actual ones.

(1)多孔質球状酸化物粒子
図1及び図2に、本発明の多孔質球状酸化物粒子の概略外観図及び概略断面図をそれぞれ示す。多孔質球状酸化物粒子1は、略球状を有しており、粒子壁2で隔てられた三次元状に連通する開気孔4が形成されている。
(1) Porous Spherical Oxide Particles FIG. 1 and FIG. 2 show a schematic external view and a schematic cross-sectional view, respectively, of the porous spherical oxide particles of the present invention. The porous spherical oxide particles 1 have a substantially spherical shape, and open pores 4 communicated in a three-dimensional manner separated by particle walls 2 are formed.

開気孔4の連通経路はランダムになっており、開気孔4は多孔質球状酸化物粒子1の内部で三次元迷路状の構造を形成している。また、多孔質球状酸化物粒子1の表面において、開気孔4の開口部6が多数形成されている。ここで、多孔質球状酸化物粒子1の比表面積は粒径及び開気孔4の状況等によって変化するが、2.0m/g〜4.0m/gとなる。 The communication path of the open pores 4 is random, and the open pores 4 form a three-dimensional maze-like structure inside the porous spherical oxide particles 1. In addition, on the surface of the porous spherical oxide particles 1, a large number of openings 6 of the open pores 4 are formed. Here, the specific surface area of the porous spherical oxide particles 1 varies depending on the circumstances, such as particle size and open pores 4, the 2.0m 2 /g~4.0m 2 / g.

また、粒子壁2の厚さは場所によって異なるが、0.1μm〜1.0μmであること、が好ましい。粒子壁2の厚さを0.1μm以上とすることで、開気孔4の構造及び多孔質球状酸化物粒子1全体の強度を担保することができ、多孔質球状酸化物粒子1を様々な用途に用いることができる。一方で、粒子壁2の厚さを1.0μm以下とすることで、多孔質球状酸化物粒子1の大きさに対して粒子壁2の厚さを十分に薄くすることができ、多孔質球状酸化物粒子1の内部に多数の開気孔4を設けることができる。   Moreover, although the thickness of the particle wall 2 changes with places, it is preferable that they are 0.1 micrometer-1.0 micrometer. By setting the thickness of the particle wall 2 to 0.1 μm or more, the structure of the open pore 4 and the strength of the whole porous spherical oxide particle 1 can be secured, and the porous spherical oxide particle 1 can be used in various applications. It can be used for On the other hand, by setting the thickness of the particle wall 2 to 1.0 μm or less, the thickness of the particle wall 2 can be made sufficiently thin with respect to the size of the porous spherical oxide particle 1, and porous spherical A large number of open pores 4 can be provided inside the oxide particle 1.

開気孔4の直径も場所によって異なるが、50nm以上の直径を有する開気孔4を有すること、が好ましい。多孔質球状酸化物粒子1が直径50nm以上の開気孔4を有することで、気体や液体の透過性を十分に担保することができると共に、大気汚染物質の一つである微小粒子状物質(PM2.5)の捕集に対しても十分な気孔径を確保することができる。   The diameter of the open pores 4 is also different depending on the place, but it is preferable to have the open pores 4 having a diameter of 50 nm or more. When the porous spherical oxide particles 1 have open pores 4 with a diameter of 50 nm or more, gas and liquid permeability can be sufficiently ensured, and at the same time, fine particulate matter (PM 2) which is one of air pollutants A sufficient pore diameter can be secured also for the collection of .5).

また、多孔質球状酸化物粒子1は、0.5μm〜10μmの粒子径分布を有し、メジアン径(D50)が1μm〜5μmであること、が好ましい。例えば、多孔質球状酸化物粒子1がマンガン酸化物の場合、メジアン径(D50)を1μm以上とすることで、これを原料として得られるリチウムマンガン系複合酸化物の保存安定性を高くすることができる。また、メジアン径(D50)を10μm以下とすることで、他の材料との混合性や操作性を高くすることができる。 The porous spherical oxide particles 1 preferably have a particle size distribution of 0.5 μm to 10 μm, and a median diameter (D 50 ) of 1 μm to 5 μm. For example, when the porous spherical oxide particle 1 is a manganese oxide, the storage diameter of the lithium manganese composite oxide obtained using the median diameter (D 50 ) of 1 μm or more as the raw material is increased. Can. In addition, by setting the median diameter (D 50 ) to 10 μm or less, it is possible to enhance the mixing property with other materials and the operability.

更に、多孔質球状酸化物粒子1の粒子径を0.5μm以上とすることで、三次元迷路状の開気孔4を粒子内に形成させることができ、粒子径を10μm以下とすることで、表面積を十分に大きくすることができ、各種フィルター、吸着剤及び触媒担体等に好適に利用することができる。   Furthermore, by setting the particle diameter of the porous spherical oxide particles 1 to 0.5 μm or more, three-dimensional maze-like open pores 4 can be formed in the particles, and by setting the particle diameter to 10 μm or less, The surface area can be made sufficiently large, and can be suitably used for various filters, adsorbents, catalyst carriers and the like.

多孔質球状酸化物粒子1の組成及び結晶構造は特に限定されないが、Mn、Mn又はLiMn(量論値よりLiを過剰にしたLiMn、Ni、Co等の遷移金属を複合したもの、Al、B等の異種元素を複合したもの等を含む)であること、が好ましい。例えば、LiMn粒子はリチウム二次電池の正極材料として使用することができ、Mn粒子及びMn粒子はリチウムマンガン系複合酸化物の原料として使用することができる。 The composition and crystal structure of the porous spherical oxide particles 1 are not particularly limited, but Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 or LiMn x O y (LiMn 2 O 4 , Ni, Co in which the amount of Li is more than the stoichiometric value) And the like, and composites of different elements such as Al and B, and the like are preferable. For example, LiMn 2 O 4 particles can be used as a positive electrode material of a lithium secondary battery, and Mn 2 O 3 particles and Mn 3 O 4 particles can be used as a raw material of a lithium manganese-based composite oxide.

(2)多孔質球状酸化物粒子の製造方法
本発明の多孔質球状酸化物粒子の製造方法は、水蒸気雰囲気下で炭酸塩粒子を加熱し、炭酸塩粒子を熱分解させること、を特徴とするものである。
(2) Method of producing porous spherical oxide particles The method of producing porous spherical oxide particles of the present invention is characterized in that the carbonate particles are heated in a water vapor atmosphere to thermally decompose the carbonate particles. It is a thing.

水蒸気雰囲気下で炭酸塩粒子を加熱する方法は、本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されないが、例えば、管状炉の均熱帯に炭酸塩粒子を配置し、蒸留水を100℃以上に加熱した蒸発器で水蒸気に変換して、管状炉に導入すればよい。   The method of heating carbonate particles under a steam atmosphere is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, carbonate particles are disposed in the soaking zone of a tubular furnace and distilled water is heated to 100 ° C. or higher. It may be converted into water vapor by the above-mentioned evaporator and introduced into a tubular furnace.

水蒸気存在下の加熱によって、炭酸塩の酸化物への熱分解反応が促進されると同時に、粒成長が低温から進行することから、開気孔4の構造を保ったまま多孔質球状酸化物粒子1を得ることができる。また、本発明の多孔質球状酸化物粒子の製造方法は炭酸塩粒子を加熱する極めて簡単な方法であり、造孔剤等も不要であることに加え、多孔質球状酸化物粒子1の形状及びサイズは、原料となる炭酸塩粒子によって容易に制御することができる。   By heating in the presence of water vapor, the thermal decomposition reaction of carbonate to oxide is promoted and, at the same time, grain growth proceeds from low temperature, porous spherical oxide particles 1 while maintaining the structure of open pores 4 You can get In addition to the fact that the method of producing porous spherical oxide particles of the present invention is an extremely simple method of heating carbonate particles and no pore forming agent is required, the shape of porous spherical oxide particles 1 and The size can be easily controlled by the raw material carbonate particles.

また、炭酸塩粒子内部の熱分解によって自己流動的に粒成長が生じ、当該粒成長が低温で進行することから、三次元迷路状(粒子壁2で隔てられた開気孔4が三次元状に連通し、開気孔4の連通経路がランダムである状態)に形成された開気孔4の構造が、粒成長による緻密化によって塞がることなく維持される。一方で、大気中で炭酸塩を加熱する場合、粒成長が急速に進むことから、粒子壁2同士の焼結・緻密化を制御することができず、加熱温度及び加熱時間等を制御しても、三次元迷路状の開気孔4を有する多孔質球状酸化物粒子1を得ることは極めて困難である。   In addition, thermal decomposition inside the carbonate particle causes particle growth in a self-flowing manner, and the particle growth proceeds at a low temperature, so a three-dimensional labyrinth (open pores 4 separated by particle walls 2 in three-dimensional) The structure of the open pores 4 which are in communication and formed in a state in which the communication path of the open pores 4 is random) is maintained without being blocked by the densification by the grain growth. On the other hand, when carbonates are heated in the atmosphere, grain growth proceeds rapidly, so sintering and densification of particle walls 2 can not be controlled, and heating temperature, heating time, etc. are controlled. Also, it is extremely difficult to obtain a porous spherical oxide particle 1 having a three-dimensional maze-like open pore 4.

加熱温度は原料として用いる炭酸塩の種類や所望する多孔質球状酸化物粒子によって異なるが、大気中における炭酸塩粒子の熱分解温度よりも低い温度で加熱すること、が好ましい。炭酸塩粒子を水蒸気雰囲気下で加熱することで、大気中で加熱する場合よりも低温で炭酸塩粒子を熱分解させることができ、低温で熱分解させることで粒成長が必要以上に進行して多孔質構造が消失することを抑制することができる。加えて製造工程に必要なエネルギーを低減する観点からも好ましい。なお、加熱温度は大気中における炭酸塩粒子の熱分解温度よりも100℃以上低い温度とすることが好ましく、150℃以上低い温度とすることがより好ましい。   The heating temperature varies depending on the type of carbonate used as the raw material and the desired porous spherical oxide particles, but heating at a temperature lower than the thermal decomposition temperature of the carbonate particles in the atmosphere is preferable. By heating the carbonate particles in a steam atmosphere, the carbonate particles can be thermally decomposed at a lower temperature than in the case of heating in the atmosphere, and the thermal decomposition at a low temperature makes the grain growth proceed more than necessary Disappearance of the porous structure can be suppressed. In addition, it is preferable also from a viewpoint of reducing the energy required for a manufacturing process. The heating temperature is preferably 100 ° C. or more lower than the thermal decomposition temperature of the carbonate particles in the air, and more preferably 150 ° C. or more lower.

炭酸塩粒子の種類は本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、従来公知の種々の炭酸塩粒子を用いることができるが、MnCO粒子を用いることが好ましい。炭酸塩粒子としてMnCO粒子を用いることで、簡便にMn粒子及びMn粒子を製造することができる。また、Mn粒子及びMn粒子は、LiMn粒子を製造する際の原料として使用することができる。 The type of carbonate particles is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired, and various conventionally known carbonate particles can be used, but MnCO 3 particles are preferably used. By using MnCO 3 particles as carbonate particles, Mn 2 O 3 particles and Mn 3 O 4 particles can be easily produced. In addition, Mn 2 O 3 particles and Mn 3 O 4 particles can be used as raw materials for producing LiMn x O y particles.

ここで、炭酸塩粒子として粒子径を0.4μm〜10μmに揃えた球状のMnCO粒子を用いる場合、大気中での熱分解温度は約900℃であるが、水蒸気雰囲気下では600℃〜800℃程度の温度で熱分解を進行させることができる。なお、当該温度範囲において、加熱温度が高い場合は短時間でMn粒子を得ることができ、650℃であっても加熱時間を長くすることでMn粒子を得ることができる。一方で、加熱温度が600℃程度と低い場合、基本的にはMn粒子を得ることができる。 Here, in the case of using spherical MnCO 3 particles having a particle diameter of 0.4 μm to 10 μm as carbonate particles, the thermal decomposition temperature in the air is about 900 ° C., but in a water vapor atmosphere, 600 ° C. to 800 ° C. The thermal decomposition can proceed at a temperature of about ° C. In the temperature range, when the heating temperature is high, Mn 3 O 4 particles can be obtained in a short time, and even at 650 ° C., Mn 3 O 4 particles can be obtained by prolonging the heating time. . On the other hand, when the heating temperature is as low as about 600 ° C., basically Mn 2 O 3 particles can be obtained.

加熱処理時間については炭酸塩粒子の種類や所望の多孔質球状酸化物粒子1に応じて適宜決定すればよいが、例えば、2時間〜12時間の加熱処理によって均質な多孔質球状酸化物粒子1を得ることができる。   The heat treatment time may be suitably determined in accordance with the type of carbonate particles and the desired porous spherical oxide particles 1, but, for example, homogeneous porous spherical oxide particles 1 by heat treatment for 2 hours to 12 hours You can get

また、加熱処理に用いる水蒸気圧は本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、原料として用いる炭酸塩粒子の組成、形状、大きさ及び処理量や、得られる多孔質球状酸化物粒子1の組成及び微細構造等に応じて適宜決定すればよいが、水蒸気圧を略1気圧とすることで、1気圧未満とする場合よりも熱分解及び還元反応を促進することができる。   The water vapor pressure used for the heat treatment is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, and the composition, shape, size and amount of carbonate particles used as a raw material, and porous spherical oxide particles 1 obtained The thermal decomposition and the reduction reaction can be promoted by setting the water vapor pressure to approximately 1 atm, as compared with the case where the water vapor pressure is approximately 1 atm.

更に、熱分解の後に酸化性雰囲気下で再加熱することにより、多孔質球状酸化物粒子1の組成を制御することができる。例えば、MnCO粒子の熱分解によってMn粒子が得られた場合、当該Mn粒子を〜750℃で加熱することで、同様の開気孔4構造を有するMn粒子を得ることができる。一方で、MnCO粒子の熱分解によってMn粒子が得られた場合、当Mn粒子を900℃以上で加熱することで、Mn粒子を得ることができる。なお、酸化性雰囲気は本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、例えば、大気を用いることができる。 Furthermore, the composition of the porous spherical oxide particles 1 can be controlled by reheating in an oxidizing atmosphere after the thermal decomposition. For example, when Mn 3 O 4 particles are obtained by thermal decomposition of MnCO 3 particles, the Mn 2 O 3 particles having the same open pore 4 structure can be obtained by heating the Mn 3 O 4 particles at ̃750 ° C. You can get it. On the other hand, when Mn 2 O 3 particles are obtained by thermal decomposition of MnCO 3 particles, Mn 3 O 4 particles can be obtained by heating the Mn 2 O 3 particles at 900 ° C. or higher. The oxidizing atmosphere is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, the atmosphere can be used.

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それら設計変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。   As mentioned above, although the typical embodiment of the present invention was described, the present invention is not limited only to these, and various design changes are possible, and all the design changes are included in the technical scope of the present invention. Be

≪実施例≫
粒子径が0.4μm〜10μmに揃えられたMnCO粒子を原料として、横型の管状炉を用いて水蒸気雰囲気下で加熱処理を施した。MnCO粒子のSEM写真を図3に示す。MnCO粒子は略球状であり、レーザ回折散乱法で粒子径分布を測定したところ、メジアン径(D50)は2.7μmであった。
<< Example >>
Heat treatment was performed in a water vapor atmosphere using a horizontal tubular furnace, using MnCO 3 particles of which the particle diameter is equalized to 0.4 μm to 10 μm as a raw material. The SEM photograph of the MnCO 3 particles is shown in FIG. The MnCO 3 particles were approximately spherical, and when the particle size distribution was measured by a laser diffraction scattering method, the median diameter (D 50 ) was 2.7 μm.

図4に加熱状況の概略図を示す。100℃以上に加熱した蒸発器に蒸留水を1mL/分で供給して水蒸気とした後、当該水蒸気を管状炉内に導入した。なお、炉心管の出口側は解放されており、水蒸気の供給は加熱温度での保持時間のみとした。即ち、加熱処理時の水蒸気圧は101kPa(1atm)となる。   The schematic of a heating condition is shown in FIG. Distilled water was supplied at 1 mL / min to an evaporator heated to 100 ° C. or higher to obtain steam, and then the steam was introduced into the tubular furnace. In addition, the outlet side of the core tube was released, and the supply of water vapor was performed only for the holding time at the heating temperature. That is, the water vapor pressure at the time of heat treatment is 101 kPa (1 atm).

加熱温度を600℃〜750℃とし、保持時間を1時間〜12時間とした場合に得られた焼成物の相図を図5に示す。条件によってMn又はMnが得られており、加熱温度が高い場合及び保持時間が長い場合にMnが生成する傾向となっている。なお、相の同定には粉末X線回折(XRD)を用いた。XRD測定にはBruker AXS製のD2 PHASERを用い、管出力300WのCuKα線を使用して、ステップ幅を0.02°、走査速度を1秒/ステップとした。 A phase diagram of a fired product obtained when the heating temperature is set to 600 ° C. to 750 ° C. and the holding time is set to 1 hour to 12 hours is shown in FIG. Depending on the conditions, Mn 2 O 3 or Mn 3 O 4 is obtained, and Mn 3 O 4 tends to be generated when the heating temperature is high and the holding time is long. In addition, powder X-ray diffraction (XRD) was used for phase identification. For the XRD measurement, a D2 PHASER manufactured by Bruker AXS was used, and a CuKα ray with a tube output of 300 W was used, and the step width was 0.02 ° and the scanning speed was 1 second / step.

加熱温度を750℃、保持時間を2時間として得られたMn粒子の外観及び断面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を図6及び図7にそれぞれ示す。なお、粒子の断面はイオンミリングによって加工した。走査型電子顕微鏡(SEM)にはJEOL製のJSM−6010LAを用い、イオンミリングにはJEOL製のIB−09020CPを用いた。Mn粒子の表面には多数の開口部が形成されており、断面写真から、内部には粒子壁で隔てられた三次元状に連通する開気孔が形成され、当該開気孔の連通経路はランダム(三次元迷路状)になっていることが分かる。また、断面写真から粒子壁の厚さは0.1μm〜1.0μmの範囲となっており、直径が50nm以上の開気孔が形成されている。 Scanning electron microscope (SEM) photographs of the appearance and cross section of the Mn 3 O 4 particles obtained at a heating temperature of 750 ° C. and a holding time of 2 hours are shown in FIGS. 6 and 7, respectively. The cross section of the particles was processed by ion milling. For scanning electron microscopy (SEM), JSM-6010LA manufactured by JEOL was used, and for ion milling, IB-09020CP manufactured by JEOL was used. A large number of openings are formed on the surface of the Mn 3 O 4 particles, and three-dimensional open pores communicating with one another separated by particle walls are formed in the interior from the cross-sectional photograph, and the open pore communication path Is found to be random (three-dimensional maze-like). Further, from the cross-sectional photograph, the thickness of the particle wall is in the range of 0.1 μm to 1.0 μm, and open pores with a diameter of 50 nm or more are formed.

また、加熱温度を750℃、保持時間を2時間として得られたMn粒子の粒子径分布をレーザ回折散乱法で測定した結果を図8に示す。Mn粒子のメジアン径(D50)は3.2μmであった。なお、粒子径分布測定にはマイクロトラック・ベル製のMT3300EXIIを用い、0.05mass%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に試料を分散させ、レーザ回折・散乱法により測定した。また、N吸着量測定によって得られた当該粒子の比表面積は3.0m/g、水銀圧入法によって得られた当該粒子の細孔容積は0.4mL/gであった。比表面積の測定にはmicromeritics製の3Flexを用い、−196℃の液体N中でのN吸着量の測定から、BET法により算出し、水銀圧入法にはmicrometritics製のAutoPoreIVを使用した。 Also, 750 ° C. The heating temperature, shows the results of measurement by a laser diffraction scattering method particle size distribution of the obtained Mn 3 O 4 particles retention time as 2 hours in FIG. The median diameter (D 50 ) of the Mn 3 O 4 particles was 3.2 μm. The particle size distribution was measured by laser diffraction / scattering method using MT3300EXII manufactured by Microtrac Bell, dispersing the sample in a 0.05 mass% aqueous sodium hexametaphosphate solution. The specific surface area of the particles obtained by the N 2 adsorption measurements pore volume of 3.0 m 2 / g, the particles obtained by mercury porosimetry was 0.4 mL / g. For measurement of the specific surface area, 3 Flex manufactured by micromeritics was used, and it was calculated by BET method from measurement of N 2 adsorption amount in liquid N 2 at −196 ° C., and AutoPore IV manufactured by micrometritics was used for mercury intrusion method.

次に、水蒸気雰囲気によって炭酸塩粒子の熱分解温度が低温側にシフトすることを確認するために、炉心管内に乾燥空気をフローさせた場合と、4.7kPa又は42kPaで水蒸気をフローさせた場合と、に関して、MnCO粒子を昇温した際の重量変化を測定した。得られた結果を図9に示す。水蒸気による熱分解温度の低下が確認され、特に、42kPaで水蒸気をフローさせた場合で顕著であることが分かる。なお、熱重量分析(TG)にはSII製のTG/DTA6200を使用し、白金製試料パンに試料を載せ、昇温速度5℃/分で乾燥空気フロー(300mL/分)中で測定した。また、水蒸気をフローさせる場合はリガク製のTG−DTA/HUM−1を用い、水蒸気を4.7kPa又は42kPa含む空気を300〜430mL/分でフローさせた。 Next, in order to confirm that the thermal decomposition temperature of carbonate particles shifts to the low temperature side due to the water vapor atmosphere, when flowing dry air into the core tube and when flowing water vapor at 4.7 kPa or 42 kPa With respect to and, the weight change at the time of raising the temperature of the MnCO 3 particles was measured. The obtained result is shown in FIG. A drop in the thermal decomposition temperature due to water vapor is confirmed, and it is found that it is remarkable particularly when water vapor flows at 42 kPa. In addition, TG / DTA6200 manufactured by SII was used for thermogravimetric analysis (TG), and the sample was placed on a platinum sample pan and measured in a dry air flow (300 mL / min) at a temperature rising rate of 5 ° C./min. Moreover, in the case of flowing water vapor, TG-DTA / HUM-1 manufactured by Rigaku was used, and air containing 4.7 kPa or 42 kPa of water vapor was flowed at 300 to 430 mL / min.

次に、得られる酸化物粒子の相に及ぼす水蒸気分圧の影響を確認するため、炉心管内の水蒸気分圧を10kPa〜101kPa(1atm)として得られた焼成物の粉末X線回折(XRD)測定を行った。なお、焼成時の加熱温度は750℃、保持時間は2時間とした。得られた結果を図10に示す。水蒸気分圧が50kPa以下ではMn粒子が生成し、101kPa(1atm)ではMn粒子が生成している。 Next, in order to confirm the influence of the water vapor partial pressure on the phase of the obtained oxide particles, powder X-ray diffraction (XRD) measurement of the fired product obtained with the water vapor partial pressure in the core tube of 10 kPa to 101 kPa (1 atm) Did. In addition, the heating temperature at the time of baking was 750 degreeC, and holding time was 2 hours. The obtained result is shown in FIG. When the water vapor partial pressure is 50 kPa or less, Mn 2 O 3 particles are formed, and at 101 kPa (1 atm), Mn 3 O 4 particles are formed.

次に、加熱温度を750℃、保持時間を2時間として得られたMn粒子に対する大気中での再焼成処理を行った。当該粒子を再焼成した際の重量変化を図11に示す。再焼成温度が750℃までは酸化反応に伴う重量増加を示し、900℃以上では還元反応に伴う重量減少を示している。750℃又は1000℃で2時間の再焼成処理を行った再焼成物の粉末X線回折(XRD)結果を図12に示す。750℃ではMnが、1000℃ではMnが形成しており、再焼成処理によって多孔質球状酸化物粒子の相を自在に制御できることが分かる。なお、熱重量分析(TG)にはSII製のTG/DTA6200を使用し、白金製試料パンに試料を載せ、大気中、昇温速度5℃/分で測定した。 Next, 750 ° C. The heating temperature was re-calcined in air for resulting Mn 3 O 4 particles retention time as 2 hours. The change in weight when the particles are refired is shown in FIG. The recalcining temperature shows a weight increase due to the oxidation reaction up to 750 ° C., and shows a weight decrease due to the reduction reaction above 900 ° C. The powder X-ray-diffraction (XRD) result of the re-baking thing which performed the re-baking process for 2 hours at 750 degreeC or 1000 degreeC is shown in FIG. It can be seen that Mn 2 O 3 forms at 750 ° C. and Mn 3 O 4 forms at 1000 ° C., and the phase of the porous spherical oxide particles can be freely controlled by the re-sintering treatment. In addition, TG / DTA6200 made from SII was used for thermogravimetric analysis (TG), and the sample was mounted on a platinum sample pan and measured in the air at a temperature rising rate of 5 ° C./min.

750℃で2時間の再焼成で得られた再焼成物の外観及び断面(イオンミリングを用いて加工)のSEM写真をそれぞれ図13及び図14に示す。粒子表面の開口部及び粒子内部の構造は、再焼成前の状態を維持していることが分かる。 The SEM photographs of the appearance and the cross section (processed using ion milling) of the refired product obtained by rebaking at 750 ° C. for 2 hours are shown in FIGS. 13 and 14, respectively. It can be seen that the structure of the openings on the surface of the particle and the inside of the particle maintain the state before re-baking.

次に、加熱温度を750℃、保持時間を2時間として得られたMn粒子に関し、ナノ粒子吸着性能について評価した。ガラス容器中にカーボンナノ粒子10mgと2−プロパノール15mLを入れた後、超音波分散によってカーボンナノ粒子を分散させた。用いたカーボンナノ粒子の透過電子顕微鏡(TEM)写真を図15に示す。なお、透過電子顕微鏡(TEM)にはJEOL製のJEM−2100Fを使用した。 Next, regarding the Mn 3 O 4 particles obtained at a heating temperature of 750 ° C. and a holding time of 2 hours, their nanoparticle adsorption performance was evaluated. After 10 mg of carbon nanoparticles and 15 mL of 2-propanol were placed in a glass container, the carbon nanoparticles were dispersed by ultrasonic dispersion. The transmission electron microscope (TEM) photograph of the used carbon nanoparticle is shown in FIG. In addition, JEM-2100F made from JEOL was used for the transmission electron microscope (TEM).

その後、100mgのMn粒子(加熱温度:750℃,保持時間2時間)を挿入し、10秒間振った後に2時間静置した。10秒間加振した直後及び2時間静置後のガラス容器の外観写真を図16及び図17にそれぞれ示す。10秒間加振した直後はカーボンナノ粒子の存在により分散媒全体が黒色となっているが、2時間静置後はカーボンナノ粒子がMn粒子にトラップされ、ガラス容器の底部に沈殿している様子が確認できる。 Thereafter, 100 mg of Mn 3 O 4 particles (heating temperature: 750 ° C., holding time 2 hours) were inserted, shaken for 10 seconds, and allowed to stand for 2 hours. The external appearance photograph of the glass container immediately after shaking for 10 seconds and after leaving still for 2 hours is each shown in FIG.16 and FIG.17. Immediately after shaking for 10 seconds, the entire dispersion medium is black due to the presence of carbon nanoparticles, but after standing for 2 hours, the carbon nanoparticles are trapped in Mn 3 O 4 particles and precipitated at the bottom of the glass container You can see how it is.

上記2時間静置後のMn粒子のSEM写真を図18に示す。Mn粒子の内部に多くのカーボンナノ粒子がトラップされていると考えられるが、表面からもカーボンナノ粒子の存在を確認することができる(図18の矢印部分)。 The SEM photograph of Mn 3 O 4 particles after standing for 2 hours is shown in FIG. Although many carbon nanoparticles are considered to be trapped inside the Mn 3 O 4 particles, the presence of carbon nanoparticles can also be confirmed from the surface (arrows in FIG. 18).

次に、Mn粒子を原料として、Mn粒子からLiMn粒子への変換を試みた。具体的には、ビーカーにLiOH/エタノールとMn粒子(加熱温度:750℃,保持時間2時間)を入れ、撹拌させながらエタノールを蒸発させてLi塩を再析出させ、Li塩/Mn混合前駆体粒子を得た後、当該Li塩/Mn混合前駆体粒子を400℃又は600℃の大気中で2時間焼成した。 Next, conversion of Mn 3 O 4 particles to LiMn 2 O 4 particles was attempted, using Mn 3 O 4 particles as a raw material. Specifically, LiOH / ethanol and Mn 3 O 4 particles (heating temperature: 750 ° C., holding time 2 hours) are put in a beaker, ethanol is evaporated while stirring to reprecipitate Li salt, Li salt / Mn After obtaining the 3 O 4 mixed precursor particles, the Li salt / Mn 3 O 4 mixed precursor particles were calcined in the air at 400 ° C. or 600 ° C. for 2 hours.

Li塩/Mn混合前駆体粒子を400℃又は600℃の大気中で2時間焼成して得られた焼成物の粉末X線回折(XRD)結果を図19に示す。当該XRDパターンにおいてLiMnに起因するピークが確認され、Mn粒子を原料として、Mn粒子からLiMn粒子への変換が可能であることが確認された。 Powder X-ray diffraction (XRD) results of the calcined product obtained by calcining the Li salt / Mn 3 O 4 mixed precursor particles in air at 400 ° C. or 600 ° C. for 2 hours are shown in FIG. In the XRD pattern are peak due to LiMn 2 O 4 is confirmed, the Mn 3 O 4 particles as a raw material, it from Mn 3 O 4 particles are possible conversion to LiMn 2 O 4 particles was confirmed.

≪比較例≫
実施例と同様のMnCO粒子を原料として、図4に示す横型の管状炉を用いて大気中で加熱処理を施した。加熱温度を850℃〜900℃、保持時間を2時間〜12時間とした場合に得られた焼成物の相図を図5に示す。実施例の場合と同様に、条件によってMn又はMnが得られており、加熱温度が高い場合及び保持時間が長い場合にMnが生成する傾向となっている。なお、相の同定には粉末X線回折(XRD)を用いた。
«Comparative example»
Using the same MnCO 3 particles as in the example as a raw material, heat treatment was performed in the atmosphere using a horizontal tubular furnace shown in FIG. A phase diagram of a fired product obtained when the heating temperature is 850 ° C. to 900 ° C. and the holding time is 2 hours to 12 hours is shown in FIG. As in the case of the example, depending on the conditions, Mn 2 O 3 or Mn 3 O 4 is obtained, and Mn 3 O 4 tends to be generated when the heating temperature is high and when the holding time is long. In addition, powder X-ray diffraction (XRD) was used for phase identification.

加熱温度を850℃、保持時間を2時間として得られたMn粒子の外観及び断面のSEM写真を図20及び図21にそれぞれ示す。なお、粒子の断面はイオンミリングによって加工した。焼成による粒子の緻密化が進行しており、粒子表面で開気孔は殆ど確認されず、断面写真においても粒子壁で隔てられた三次元状に連通する開気孔が潰れている。また、加熱温度を900℃、保持温度を2時間とすると、Mn粒子が得られるが、緻密化がより進行し、開気孔構造が完全に消失してしまう(図22)。 SEM photographs of the appearance and cross section of Mn 2 O 3 particles obtained at a heating temperature of 850 ° C. and a holding time of 2 hours are shown in FIGS. 20 and 21, respectively. The cross section of the particles was processed by ion milling. The densification of the particles by firing is in progress, almost no open pores are observed on the surface of the particles, and the open pores communicating in a three-dimensional shape separated by the particle walls are also collapsed in the cross-sectional photograph. When the heating temperature is 900 ° C. and the holding temperature is 2 hours, Mn 3 O 4 particles are obtained, but densification progresses more and the open pore structure disappears completely (FIG. 22).

ここで、上記の結果及び図9に示す結果から、大気中におけるMnCOからMnへの熱分解温度は約900℃であり、処理温度の高温化(粒子の緻密化)を避けることができないことから、水蒸気雰囲気を用いない場合は三次元迷路状の開気孔構造を有する多孔質球状酸化物粒子を得ることができない。 Here, from the above results and the results shown in FIG. 9, the thermal decomposition temperature from MnCO 3 to Mn 3 O 4 in the atmosphere is about 900 ° C., and the high processing temperature (densification of particles) is avoided. If the water vapor atmosphere is not used, porous spherical oxide particles having a three-dimensional maze-like open pore structure can not be obtained.

なお、加熱温度を900℃、保持時間を2時間として得られたMn粒子の比表面積をN吸着量測定によって測定したところ、1.0m/gであった。 Incidentally, 900 ° C. The heating temperature, where the specific surface area of the obtained Mn 3 O 4 particles retention time as 2 hours was measured by N 2 adsorption measurement was 1.0 m 2 / g.

実施例と同様の方法を用いて、加熱温度を900℃、保持時間を2時間として得られたMn粒子に関し、ナノ粒子吸着性能について評価した。カーボンナノ粒子10mg、2−プロパノール15mL及びMn粒子100gを入れた後に10秒間加振した直後及び2時間静置後のガラス容器の概観写真を図16及び図17にそれぞれ示す。10秒間加振した直後はカーボンナノ粒子の存在により分散媒全体が黒色となっており、2時間静置後もその状況が大きく変化していない。当該結果から、大気中の処理で得られたMn粒子を用いた場合、カーボンナノ粒子を効率的にトラップできないことが分かる。 Using the same method as the example, the nanoparticle adsorption performance was evaluated for the Mn 3 O 4 particles obtained at a heating temperature of 900 ° C. and a holding time of 2 hours. 16 and 17 show outline photographs of a glass container immediately after shaking for 10 seconds after being charged with 10 mg of carbon nanoparticles, 15 mL of 2-propanol and 100 g of Mn 3 O 4 particles, and after standing for 2 hours. Immediately after shaking for 10 seconds, the entire dispersion medium turns black due to the presence of carbon nanoparticles, and the situation does not change significantly even after standing for 2 hours. From the results, it is understood that carbon nanoparticles can not be trapped efficiently when using Mn 3 O 4 particles obtained by atmospheric treatment.

1・・・多孔質球状酸化物粒子、
2・・・粒子壁、
4・・・開気孔、
6・・・開口部。
1 ··· Porous spherical oxide particles,
2 ... particle wall,
4 ... open pore,
6 ... opening.

Claims (11)

略球状の酸化物粒子であって、
前記酸化物粒子の内部には、粒子壁で隔てられた三次元状に連通する開気孔が形成され、
前記開気孔の連通経路がランダムであること、
を特徴とする多孔質球状酸化物粒子。
Substantially spherical oxide particles,
Inside the oxide particles, open pores are formed in three-dimensional communication separated by particle walls,
The communication path of the open pores is random,
Porous spherical oxide particles characterized by
Mn粒子、Mn粒子又はLiMn粒子であること、
を特徴とする請求項1に記載の多孔質球状酸化物粒子。
Being Mn 2 O 3 particles, Mn 3 O 4 particles or LiMn x O y particles,
The porous spherical oxide particles according to claim 1, characterized in that
前記LiMn粒子がLiMn24粒子であること、
を特徴とする請求項2に記載の多孔質球状酸化物粒子。
The LiMn x O y particles are LiMn 2 O 4 particles,
The porous spherical oxide particles according to claim 2, characterized in that
前記粒子壁の厚さが0.1μm〜1.0μmであること、
を特徴とする請求項1〜3のうちのいずれかに記載の多孔質球状酸化物粒子。
The thickness of the particle wall is 0.1 μm to 1.0 μm,
The porous spherical oxide particle according to any one of claims 1 to 3, characterized in that
直径が50nm以上の前記開気孔を有すること、
を特徴とする請求項1〜4のうちのいずれかに記載の多孔質球状酸化物粒子。
Having the open pores with a diameter of 50 nm or more,
The porous spherical oxide particles according to any one of claims 1 to 4, characterized in that
0.5μm〜10μmの粒子径分布を有し、メジアン径(D50)が1μm〜5μmであること、
を特徴とする請求項1〜5のうちのいずれかに記載の多孔質球状酸化物粒子。
Having a particle size distribution of 0.5 μm to 10 μm and a median diameter (D 50 ) of 1 μm to 5 μm,
The porous spherical oxide particles according to any one of claims 1 to 5, characterized in that
水蒸気雰囲気下で炭酸塩粒子を加熱し、前記炭酸塩粒子を熱分解させること、
を特徴とする多孔質球状酸化物粒子の製造方法。
Heating the carbonate particles under a steam atmosphere to pyrolyze the carbonate particles;
A method of producing porous spherical oxide particles characterized by
大気中における前記炭酸塩粒子の熱分解温度よりも低い温度で加熱すること、
を特徴とする請求項7に記載の多孔質球状酸化物粒子の製造方法。
Heating at a temperature lower than the thermal decomposition temperature of the carbonate particles in the atmosphere,
The manufacturing method of the porous spherical oxide particle of Claim 7 characterized by these.
前記炭酸塩粒子がMnCO粒子であること、
を特徴とする請求項7又は8に記載の多孔質球状酸化物粒子の製造方法。
Said carbonate particles are MnCO 3 particles,
The manufacturing method of the porous spherical oxide particle of Claim 7 or 8 characterized by these.
水蒸気圧を略1気圧とすること、
を特徴とする請求項7〜9のうちのいずれかに記載の多孔質球状酸化物粒子の製造方法。
Water vapor pressure to be approximately 1 atm,
The manufacturing method of the porous spherical oxide particle in any one of the Claims 7-9 characterized by these.
前記熱分解後の前記炭酸塩粒子を酸化性雰囲気下で再加熱する再焼成工程を有すること、
を特徴とする請求項7〜10のうちのいずれかに記載の多孔質球状酸化物粒子の製造方法。
Having a rebaking step of reheating the carbonate particles after the thermal decomposition under an oxidizing atmosphere,
The manufacturing method of the porous spherical oxide particle in any one of the Claims 7-10 characterized by these.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114180632A (en) * 2022-01-18 2022-03-15 西安理工大学 Method for rapidly preparing porous trimanganese tetroxide nano material with large specific surface area in one step

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