JP2020142968A - Method for producing metal oxysulfide - Google Patents

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Abstract

To provide a method for producing a metal oxysulfide, capable of producing the metal oxysulfide in which defects and contamination of by-products are prevented.SOLUTION: A method for producing a metal oxysulfide containing a component for preventing hydrogen sulfide from being decomposed or a mechanism for collecting hydrogen includes a step of reacting a metal oxide-containing raw material 16 with hydrogen sulfide in a reactor 10 to produce the metal oxysulfide, AaBbOcSd, wherein: A contains one or more selected from the group comprising Y, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, and La; B contains one or more selected from the group comprising Ti, Nb, Ta, and La; 1.7≤a≤2.3, 1.7≤b≤2.3, c=5, and 1.7≤d≤2.3.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、金属酸硫化物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a metallic acid sulfide.

金属酸硫化物A(AはY、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Laから1種又は2種以上を組み合わせたものであり、BはTi、Nb、Ta、Laから1種又は2種以上を組み合わせたものである。)は、半導体、あるいは光触媒、反応電極等に使用される有用な物質である。 Metallic acid sulfide A 2 B 2 O 5 S 2 (A is Y, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, La, and B is one or a combination of two or more. One or a combination of two or more of Ti, Nb, Ta, and La) is a useful substance used for semiconductors, photocatalysts, reaction electrodes, and the like.

は金属酸硫化物であり、その製造時にイオウ源として硫化水素ガス(HS)を用いて反応させる製造手法(特許文献1)が知られており、例えば、特許文献1には、Y及びErの共沈物を、硫化水素と窒素の混合雰囲気中で加熱することにより、Y・Er酸硫化物を得る技術が開示されている。また、イオウ源として、金属硫化物、イオウ粉末を用いて反応させる製造手法(特許文献2)が知られており、例えば、特許文献2には、Gd及びPrの混合酸化物粉末にイオウ粉末を混合させたものを焼成することによりGdS:Pr蛍光体粉末を得る技術が開示されている。
上記後者の手法のように、金属硫化物やイオウ粉末をイオウ源に用いる場合においては、反応は真空中で行われ、ガラス容器等で真空密閉して焼成が行われることが多く、一度に製造可能な量もガラス容器の耐圧強度の問題から制限されてしまうことの他、目的の酸硫化物Aを得るには2〜10日という長時間の焼成が必要となることも知られている。
一方で、上記前者の手法のように、硫化水素ガスをイオウ源に用いる場合においては、通常の雰囲気制御炉の流通ガスを硫化水素として焼成するだけで、原料の真空密閉等が不要であることの他、金属酸硫化物Aが数時間程度の極めて短い時間で得られることが知られている。
A 2 B 2 O 5 S 2 is a metallic acid sulfide, and a production method (Patent Document 1) in which hydrogen sulfide gas (H 2 S) is used as a sulfur source at the time of production thereof is known, for example. Patent Document 1 discloses a technique for obtaining a Y · Er acid sulfide by heating a co-precipitate of Y and Er in a mixed atmosphere of hydrogen sulfide and nitrogen. Further, a production method (Patent Document 2) in which a metal sulfide and sulfur powder are used as a sulfur source for reaction is known. For example, in Patent Document 2, sulfur powder is added to a mixed oxide powder of Gd and Pr. A technique for obtaining Gd 2 O 2 S: Pr phosphor powder by calcining a mixture is disclosed.
When metal sulfide or sulfur powder is used as a sulfur source as in the latter method described above, the reaction is carried out in a vacuum, and in many cases, the reaction is carried out in a glass container or the like in a vacuum seal and fired. The possible amount is also limited due to the problem of pressure resistance of the glass container, and a long firing time of 2 to 10 days is required to obtain the desired acid sulfide A 2 B 2 O 5 S 2. It is also known.
On the other hand, when hydrogen sulfide gas is used as a sulfur source as in the former method, the raw material is not vacuum-sealed by simply firing the flow gas of a normal atmosphere control furnace as hydrogen sulfide. In addition, it is known that the metallic acid sulfide A 2 B 2 O 5 S 2 can be obtained in an extremely short time of about several hours.

特開平09−235547号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 09-235547 特開2004−204053号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-204503

上記の硫化水素ガスをイオウ源に用いて金属酸硫化物Aを製造する手法においては、HSの分解で生じるHにより得られる金属酸硫化物AのB元素が一部還元された電子状態をとり、例えばB元素が還元され、カチオンの価数が小さくなり、その分アニオン(酸素又はイオウ)を欠損する等の欠陥構造が生じてしまう。このような欠陥構造は、半導体材料としての機能を考えるうえで、電子の伝達を阻害することから望ましくない。 In the method for producing a metal oxysulfide A 2 B 2 O 5 S 2 using the above hydrogen sulfide gas to sulfur source, H 2 metal oxysulfide is obtained with H 2 produced by the decomposition of S A 2 B 2 The B element of O 5 S 2 takes an electronic state in which it is partially reduced, for example, the B element is reduced, the valence of the cation becomes smaller, and a defect structure such as loss of anion (oxygen or sulfur) occurs. It ends up. Such a defect structure is not desirable because it hinders the transfer of electrons when considering the function as a semiconductor material.

そこで、本発明は、欠陥構造の発生が抑制された金属酸硫化物を製造することができる、金属酸硫化物の製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a metallic acid sulfide, which can produce a metallic acid sulfide in which the generation of defective structures is suppressed.

本発明者らは、硫化水素ガスをイオウ源として用いた金属酸硫化物Aの製造において、HSの分解で生じるHが、生成した金属酸硫化物Aを還元し、その結果として、欠陥構造が生じたり、さらに、不純物が生じたりしていること
を見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、硫化水素ガスをイオウ源として金属酸硫化物Aを製造するに当たり、反応雰囲気中に水素ガス生成を抑制する、又は水素ガスを捕集する機構を組み込み、アニオンの欠損や、還元性のHによる結晶性の悪化、化学量論組成からのずれ、B元素があるべき価数から外れてしまうことを防ぎ、光触媒や、反応電極としてより高い性能を発揮できる金属酸硫化物Aを供給することができることを見出し、本発明に到達した。
In the production of metallic acid sulfide A 2 B 2 O 5 S 2 using hydrogen sulfide gas as a sulfur source, the present inventors have generated metallic acid sulfide A 2 by H 2 produced by decomposition of H 2 S. B 2 O 5 S 2 was reduced, and as a result, it was found that a defective structure was generated and impurities were further generated, and the present invention was reached.
That is, the present invention provides a mechanism for suppressing hydrogen gas production or collecting hydrogen gas in the reaction atmosphere when producing metallic acid sulfide A 2 B 2 O 5 S 2 using hydrogen sulfide gas as a sulfur source. built, deficiency or anions, deterioration of crystallinity due to the reduction of H 2, prevents deviates from stoichiometry deviation from the composition, the valence should have the element B, or the photocatalytic higher than the reaction electrode performance We have found that it is possible to supply the metallic acid sulfide A 2 B 2 O 5 S 2 capable of exhibiting the above, and have reached the present invention.

即ち、本発明の要旨は以下の通りである。
[1] 金属酸硫化物であるA(Aは、Y、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er及びLaからなる群より選択される1種以上を含み、Bは、Ti、Nb、Ta及びLaからなる群より選択される1種以上を含み、1.7≦a≦2.3、1.7≦b≦2.3、c=5、1.7≦d≦2.3である。)を、反応炉中で金属酸化物含有原料と硫化水素とを反応させて製造する工程を含み、前記工程は、以下のM1〜4のうち少なくとも一つを含む、金属酸硫化物の製造方法。
M1:金属酸化物含有原料が硫化水素の分解を抑制する成分を含む。
M2:反応炉中に導入する雰囲気ガスが硫化水素の分解を抑制する成分を含む。
M3:反応炉中に金属酸化物含有原料とは別に硫化水素の分解を抑制する成分を発生させる物質が存在する。
M4:反応炉中に金属酸化物含有原料とは別に水素を捕集する機構を設ける。
[2] 前記金属酸化物含有原料が、前記金属酸硫化物の化学量論組成よりもイオウが少ない化学量論組成を有する金属酸化物含有原料を含む、[1]に記載の金属酸硫化物の製造方法。
[3] 前記M2における雰囲気ガスが、硫化水素及びイオウを含む混合ガスである、[1]又は[2]に記載の金属酸硫化物の製造方法。
[4] 前記AがYを含む、[1]乃至[3]のいずれかに記載の金属酸硫化物の製造方法。
[5] 前記BがTiを含む、[1]乃至[4]のいずれかに記載の金属酸硫化物の製造方法。
[6] 前記AがYを含み、A中のYの含有量が80モル%以上であり、かつ、前記BがTiを含み、B中のTiの含有量が80モル%以上である、[1]乃至[5]のいずれかに記載の金属酸硫化物の製造方法。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] One or more selected from the group consisting of A a B b Oc S d (A is Y, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er and La) which is a metallic acid sulfide. B comprises one or more selected from the group consisting of Ti, Nb, Ta and La, 1.7 ≦ a ≦ 2.3, 1.7 ≦ b ≦ 2.3, c = 5, 1.7 ≦ d ≦ 2.3) is produced by reacting a metal oxide-containing raw material with hydrogen sulfide in a reaction furnace, and the step is at least one of the following M1 to M4. A method for producing a metallic acid sulfide, including one.
M1: The metal oxide-containing raw material contains a component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide.
M2: The atmospheric gas introduced into the reactor contains a component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide.
M3: In the reactor, there is a substance that generates a component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide, in addition to the metal oxide-containing raw material.
M4: A mechanism for collecting hydrogen is provided in the reactor separately from the metal oxide-containing raw material.
[2] The metal acid sulfide according to [1], wherein the metal oxide-containing raw material contains a metal oxide-containing raw material having a stoichiometric composition having less sulfur than the stoichiometric composition of the metal acid sulfide. Manufacturing method.
[3] The method for producing a metallic acid sulfide according to [1] or [2], wherein the atmospheric gas in M2 is a mixed gas containing hydrogen sulfide and sulfur.
[4] The method for producing a metallic acid sulfide according to any one of [1] to [3], wherein A contains Y.
[5] The method for producing a metallic acid sulfide according to any one of [1] to [4], wherein the B contains Ti.
[6] The A contains Y and the content of Y in A is 80 mol% or more, and the B contains Ti and the content of Ti in B is 80 mol% or more. 1] The method for producing a metallic acid sulfide according to any one of [5].

本発明により、欠陥構造の発生が抑制された金属酸硫化物を製造することができる、金属酸硫化物の製造方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a method for producing a metallic acid sulfide, which can produce a metallic acid sulfide in which the generation of defective structures is suppressed.

本発明の一実施形態である金属酸硫化物の製造方法を適用することができる反応システムの例である。This is an example of a reaction system to which the method for producing a metallic acid sulfide according to an embodiment of the present invention can be applied. 実施例1及び2、並びに比較例1における、各粉末試料の紫外・可視拡散反射スペクトルの測定結果を表したグラフである。It is a graph which showed the measurement result of the ultraviolet-visible diffuse reflection spectrum of each powder sample in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1.

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、これら説明は本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限りこれらの内容に限定されない。
なお、本発明では、金属酸化物含有原料や硫化水素を含め、金属酸硫化物の製造に用いられる全ての材料をまとめて「原料」と称する場合もある。
The embodiments of the present invention will be described in detail below, but these descriptions are examples (representative examples) of the embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these contents as long as the gist thereof is not exceeded.
In the present invention, all the materials used for producing the metallic acid sulfide, including the metal oxide-containing raw material and hydrogen sulfide, may be collectively referred to as "raw material".

本発明の一実施形態である金属酸硫化物の製造方法(以下、単に「金属酸硫化物の製造
方法」とも称する。)は、金属酸硫化物であるA(Aは、Y、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er及びLaからなる群より選択される1種以上を含み、Bは、Ti、Nb、Ta及びLaからなる群より選択される1種以上を含み、1.7≦a≦2.3、1.7≦b≦2.3、c=5、1.7≦d≦2.3である。)を、反応炉中で金属酸化物含有原料と硫化水素とを反応させて製造する工程(以下、「反応工程」とも称する。)を含み、かつ、前記工程は、以下のM1〜4のうち少なくとも一つを含む、金属酸硫化物の製造方法である。
M1:金属酸化物含有原料が硫化水素の分解を抑制する成分を含む。
M2:反応炉中に導入する雰囲気ガスに硫化水素の分解を抑制する成分を含む。
M3:反応炉中に金属酸化物含有原料とは別に硫化水素の分解を抑制する成分を発生させる物質が存在する。
M4:反応炉中に金属酸化物含有原料とは別に水素を捕集する機構を設ける。
The method for producing a metallic acid sulfide according to an embodiment of the present invention (hereinafter, also simply referred to as “method for producing a metallic acid sulfide”) is A a B b Oc S d (A) which is a metallic acid sulfide. Contains one or more selected from the group consisting of Y, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er and La, and B is selected from the group consisting of Ti, Nb, Ta and La. 1.7 ≦ a ≦ 2.3, 1.7 ≦ b ≦ 2.3, c = 5, 1.7 ≦ d ≦ 2.3), including one or more of them, in a reactor. A metal comprising a step of reacting a metal oxide-containing raw material with hydrogen sulfide (hereinafter, also referred to as a “reaction step”), and the step including at least one of the following M1 to M4. This is a method for producing acid sulfide.
M1: The metal oxide-containing raw material contains a component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide.
M2: The atmospheric gas introduced into the reactor contains a component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide.
M3: In the reactor, there is a substance that generates a component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide, in addition to the metal oxide-containing raw material.
M4: A mechanism for collecting hydrogen is provided in the reactor separately from the metal oxide-containing raw material.

上記実施形態である金属酸硫化物の製造方法は、金属酸硫化物Aが生成する反応が生じている場所に、硫化水素ガス(HS)が下記の反応式(1)で表される反応により、硫化水素ガスが還元性の水素ガスを生じる反応を抑制する、又は、水素ガスを捕集する機構を導入し、目的物であるAに欠陥や副生成物が混入しないようにするものである。
In the method for producing a metallic acid sulfide according to the above embodiment, hydrogen sulfide gas (H 2 S) has the following reaction formula at a place where a reaction for producing the metallic acid sulfide A a B b O c S d is occurring. By the reaction represented by (1), a mechanism for suppressing the reaction in which hydrogen sulfide gas produces reducing hydrogen gas or for collecting hydrogen gas is introduced, and the target product, A a B b Oc S, is introduced. This is to prevent defects and by-products from being mixed in d .

硫化水素ガスが還元性の水素ガスを生じる反応を抑制する、又は、水素ガスを捕集する機構の導入とは、以下に示すM1〜4のいずれかを少なくとも含むことに相当する。
M1:金属酸化物含有原料が硫化水素の分解を抑制する成分を含む。
M2:反応炉中に導入する雰囲気ガスが硫化水素の分解を抑制する成分を含む。
M3:反応炉中に金属酸化物含有原料とは別に硫化水素の分解を抑制する成分を発生させる物質が存在する。
M4:反応炉中に金属酸化物含有原料とは別に水素を捕集する機構を設ける。
以下に、金属酸硫化物や反応工程、上記のM1〜4等の詳細を説明する。
Suppressing the reaction of hydrogen sulfide gas to produce reducing hydrogen gas or introducing a mechanism for collecting hydrogen gas corresponds to including at least one of M1 to M4 shown below.
M1: The metal oxide-containing raw material contains a component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide.
M2: The atmospheric gas introduced into the reactor contains a component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide.
M3: In the reactor, there is a substance that generates a component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide, in addition to the metal oxide-containing raw material.
M4: A mechanism for collecting hydrogen is provided in the reactor separately from the metal oxide-containing raw material.
The details of the metallic acid sulfide, the reaction process, the above M1 to 4 and the like will be described below.

<1.金属酸硫化物>
上記実施形態により製造される金属酸硫化物は、Aで表される金属酸硫化物である。
Aは、Y(イットリウム)、Pr(プラセオジム)、Nd(ネオジム)、Sm(サマリウム)、Gd(ガドリニウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプロシウム)、Ho(ホルミウム)、Er(エルビウム)、La(ランタン)から1種又は2種以上を組み合わせたものである。
特にこれらの中では、Y、Sm、Gd、Tb、Ho、Erを含むことが好ましく、Y、Smを含むことがより好ましく、最も好ましくはYを含むことである。
A中のYの含有量は、60モル%以上であることが好ましく、70モル%以上であることがより好ましく、80モル%以上であることが特に好ましい。また、化合物の安定性としては100モル%であることが最も好ましいが、例えば触媒としての寿命等の特性を改善するために別の元素を添加してもよく、その場合、添加量は20モル%以下、より好ましくは10モル%以下であることが好ましい。一
また、aは、結晶の安定性の観点から、1.7≦a≦2.3であるが、1.8≦a≦2.2であることが最も好ましい。
また、Aが2種以上の金属元素を組み合わせたものである場合、A1a1A2a2のように表すことができ、それぞれの金属元素に対してaの値を特定することができ、また、それぞれのaの合計値(a1+a2)に対して上記のaの範囲を特定することができる。例えば、Aを、Y1.5Pr0.5のように表すことができる。
<1. Metallic acid sulfide>
The metallic acid sulfide produced by the above embodiment is a metallic acid sulfide represented by A a B b Oc S d .
A is Y (yttrium), Pr (placeodium), Nd (neodymium), Sm (samarium), Gd (gadolinium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), La ( It is one or a combination of two or more from lantern).
In particular, among these, it is preferable to include Y, Sm, Gd, Tb, Ho, Er, more preferably Y, Sm, and most preferably Y.
The content of Y in A is preferably 60 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, and particularly preferably 80 mol% or more. The stability of the compound is most preferably 100 mol%, but another element may be added to improve the properties such as the life as a catalyst, in which case the addition amount is 20 mol. % Or less, more preferably 10 mol% or less. Further, from the viewpoint of crystal stability, a is 1.7 ≦ a ≦ 2.3, but most preferably 1.8 ≦ a ≦ 2.2.
Further, when A is a combination of two or more kinds of metal elements, it can be expressed as A1 a1 A2 a2 , and the value of a can be specified for each metal element, and each of them can be specified. The range of a above can be specified with respect to the total value (a1 + a2) of a. For example, A a can be expressed as Y 1.5 Pr 0.5 .

Bは、Ti(チタン)、Nb(ニオブ)、Ta(タンタル)、La(ランタン)から1種又は2種以上を組み合わせたものである。特にこれらの中でも、Tiを含むことが好ましい。Tiは過剰なHの影響により、本来あるべき4価から、3価に変わりやすいため、特に本発明の製造方法の効果が顕著であるためである。B中のTiの含有量は、60モル%以上であることが好ましく、70モル%以上であることがより好ましく、80モル%以上であることが特に好ましい。また、化合物の安定性としては100モル%であることが最も好ましいが、例えば触媒としての寿命等の特性を改善するために別の元素を添加してもよく、その場合、添加量は20モル%以下、より好ましくは10モル%以下であることが好ましい。
なお、LaはAとしてもBとしても用いることができる。このためLaが入っているときには、同時に入っているカチオン元素と、アニオン元素を見て、その電荷のバランスから、どちらにどの程度入っているのかを判断すればよい。
B is one or a combination of two or more of Ti (titanium), Nb (niobium), Ta (tantalum), and La (lanthanum). In particular, among these, it is preferable to contain Ti. This is because Ti is likely to change from the original tetravalence to trivalence due to the influence of excessive H + , and thus the effect of the production method of the present invention is particularly remarkable. The content of Ti in B is preferably 60 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, and particularly preferably 80 mol% or more. The stability of the compound is most preferably 100 mol%, but another element may be added to improve the properties such as the life as a catalyst, in which case the addition amount is 20 mol. % Or less, more preferably 10 mol% or less.
La can be used as both A and B. Therefore, when La is contained, it is sufficient to look at the cation element and the anion element that are contained at the same time and determine how much of the cation element is contained from the balance of the electric charges.

AがYを含み、かつ、BがTiを含む態様が特に好ましく、さらに、マトリクスとなる元素が一定以上含まれていることが結晶の構造上安定する観点から、A中のYの含有量が80モル%以上であり、かつ、B中のTiの含有量が80モル%以上であることが好ましい。 It is particularly preferable that A contains Y and B contains Ti, and the content of Y in A is high from the viewpoint of stabilizing the crystal structure that a certain amount or more of elements forming a matrix are contained. It is preferable that the content is 80 mol% or more and the Ti content in B is 80 mol% or more.

また、bは、1.7≦b≦2.3であり、より好ましくは1.8≦b≦2.2である。
また、上記のAと同様に、Bが2種以上の金属元素を組み合わせたものである場合、B1b1B2b2のように表すことができ、それぞれの金属元素に対してbの値を特定することができ、また、それぞれのbの合計値(b1+b2)に対して上記のbの範囲を特定することができる。例えば、Bを、Ti1.5Nb0.5と表すことができる。
Further, b is 1.7 ≦ b ≦ 2.3, more preferably 1.8 ≦ b ≦ 2.2.
Further, similarly to A above, when B is a combination of two or more kinds of metal elements, it can be expressed as B1 b1 B2 b2 , and the value of b is specified for each metal element. It is also possible to specify the range of b above for the total value (b1 + b2) of each b. For example, B b can be expressed as Ti 1.5 Nb 0.5 .

cは、酸素の量であり、本発明の一般式においては基準となる。この値を5とする。
dは、イオウの量であり、酸素と共にアニオン側の電荷を担う。酸素を5とする基準を用いているため、若干の変動が許容され、1.7≦d≦2.3であるが、1.8≦d≦2.2であることがより好ましい。
これら組成に関しては、カチオンはICP(誘導結合プラズマ)発光分光分析、アニオンについてはONH計(酸素・窒素・水素分析装置)、炭素・イオウ分析装置を用いて行えばよい。
c is the amount of oxygen, which is a reference in the general formula of the present invention. Let this value be 5.
d is the amount of sulfur and bears the charge on the anion side together with oxygen. Since the standard with oxygen of 5 is used, some fluctuation is allowed, and 1.7 ≦ d ≦ 2.3, but 1.8 ≦ d ≦ 2.2 is more preferable.
Regarding these compositions, ICP (inductively coupled plasma) emission spectroscopic analysis may be used for cations, and an ONH meter (oxygen / nitrogen / hydrogen analyzer) or carbon / sulfur analyzer may be used for anions.

金属酸硫化物Aの用途は、特段制限されないが、例えば、磁性体や、誘電体、蛍光体、光触媒、反応電極、導電体、フィルター顔料等に用いることができる。 The use of the metallic acid sulfide A a B b Oc S d is not particularly limited, but it can be used, for example, as a magnetic material, a dielectric, a phosphor, a photocatalyst, a reaction electrode, a conductor, a filter pigment, or the like.

<2.金属酸硫化物の特性>
<2−1.紫外・可視拡散反射スペクトル測定>
上記の金属酸硫化物に対して紫外・可視拡散反射スペクトル測定を行うことにより、従来の方法で製造された金属酸硫化物との差異を確認することができる。
当該測定条件は、特段制限されないが、例えば、以下の条件とすることができる。
測定装置:V−670 Spectrophotometer(JASCO製)
・測定範囲:300〜800mm
・データ間隔:1.0nm
・走査速度:10000nm/分
・光源切換え:340.0nm
・データ解析ソフト:Spectra Manager version 2
解析:縦軸をクベルカ−ムンク(K.M.)変換
クベルカ−ムンク変換式
f(R)=(1−R/2R=K/S
ここで、f(R)はK.M.関数、Rは絶対反射率、Kは分子吸光係数、Sは散乱係数である。
なお、試料の絶対反射率Rを測定することは困難であり、実際には標準試料を用いた相対反射率rを用いることが一般的である。よって、
=r(測定試料)/r(標準試料)(標準試料としてBaSOを使用)
を用いて相対反射率rの測定を行い、
f(r)=(1−r/2r=K/S
より、導出してもよい。
<2. Characteristics of metallic acid sulfides>
<2-1. Ultraviolet / visible diffuse reflection spectrum measurement>
By measuring the ultraviolet / visible diffuse reflection spectrum of the above metallic acid sulfide, it is possible to confirm the difference from the metallic acid sulfide produced by the conventional method.
The measurement conditions are not particularly limited, but can be, for example, the following conditions.
Measuring device: V-670 Spectrophotometer (manufactured by JASCO)
・ Measurement range: 300 to 800 mm
-Data interval: 1.0 nm
-Scanning speed: 10000 nm / min-Light source switching: 340.0 nm
-Data analysis software: Spectra Manager version 2
Analysis: Vertical axis is Kbelka-Munch (KM) conversion
Kubelkar-Munch conversion formula f (R ) = (1-R ) 2 / 2R = K / S
Here, f (R ) is K.I. M. The function, R is the absolute reflectance, K is the molecular extinction coefficient, and S is the scattering coefficient.
It is difficult to measure the absolute reflectance R of a sample, and in practice, it is common to use the relative reflectance r using a standard sample. Therefore,
r = r (measurement sample) / r (standard sample) (BaSO 4 is used as the standard sample)
The relative reflectance r was measured using
f (r ) = (1-r ) 2 / 2r = K / S
May be derived from.

上記の実施形態で製造された金属酸硫化物がYTi(1.7≦a≦2.3、1.7≦b≦2.3、c=5、1.7≦d≦2.3)である場合、当該金属酸硫化物は、従来の製造方法で製造されたYTi(1.7≦a≦2.3、1.7≦b≦2.3、c=5、1.7≦d≦2.3)と比較して、拡散反射スペクトルの長波長側に差がみられる。これは、Ti元素の局所的な還元が抑えられたためであると推定される。このため、上記の実施形態で製造されたYTiの光活性は優れたものとなる。 Metal oxysulfide produced by the above embodiment Y a Ti b O c S d (1.7 ≦ a ≦ 2.3,1.7 ≦ b ≦ 2.3, c = 5,1.7 ≦ If a d ≦ 2.3), the metal oxysulfide, are manufactured by a conventional manufacturing method the Y a Ti b O c S d (1.7 ≦ a ≦ 2.3,1.7 ≦ b ≦ Compared with 2.3, c = 5, 1.7 ≦ d ≦ 2.3), there is a difference on the long wavelength side of the diffuse reflection spectrum. It is presumed that this is because the local reduction of the Ti element was suppressed. Thus, photoactivation of the manufactured in the above embodiment Y a Ti b O c S d becomes excellent.

また本発明の製造方法により、YTi(1.7≦a≦2.3、1.7≦b≦2.3、c=5、1.7≦a≦2.3)であって、紫外・可視拡散反射スペクトルの波長300nm以上600nm未満におけるスペクトル強度の最大値に対する、波長600nmにおけるスペクトル強度の比率が、1.7以上である、金属酸硫化物が得られ、これも光活性は優れたものとなる。 The production method of the present invention also, Y a Ti b O c S d (1.7 ≦ a ≦ 2.3,1.7 ≦ b ≦ 2.3, c = 5,1.7 ≦ a ≦ 2.3 ), And a metallic acid sulfide having a ratio of the spectral intensity at a wavelength of 600 nm to the maximum value of the spectral intensity at a wavelength of 300 nm or more and less than 600 nm of the ultraviolet / visible diffuse reflection spectrum of 1.7 or more was obtained. However, the photoactivity is excellent.

以下、本実施形態を適用することができる反応システムを示す図1を参照しながら、反応工程や上記のM1〜4等の詳細を説明する。ただし、当該実施形態を適用できる反応システムは図1の態様に限定されない Hereinafter, the reaction process and details of the above M1 to 4 and the like will be described with reference to FIG. 1 showing a reaction system to which the present embodiment can be applied. However, the reaction system to which the embodiment can be applied is not limited to the embodiment shown in FIG.

<3.反応炉中で金属酸化物含有原料と硫化水素とを反応させて製造する工程>
上記の金属酸硫化物は、反応炉10中で金属酸化物含有原料16と硫化水素とを反応させることにより製造される。
<3. Process of reacting a metal oxide-containing raw material with hydrogen sulfide in a reaction furnace to produce>
The above metal acid sulfide is produced by reacting the metal oxide-containing raw material 16 with hydrogen sulfide in the reaction furnace 10.

<3−1.金属酸化物含有原料>
金属酸化物含有原料は、上記のA及びB、並びにO(酸素)の元素を含むものであれば特段制限されないが、例えば、A元素を含む酸化物(Aa3c3)や硫化物(Aa3d3)、酸硫化物(Aa3c3d3)のうちから1種類又は2種類以上、B元素を含む酸化物(Bb3c3)や硫化物(Bb3d3)、酸硫化物(Bb3c3d3)のうちから1種類又は2種類以上、A元素及びB元素を含む酸化物(Aa3b3c3)や硫化物(Aa3b3d3)、酸硫化物(Aa3b3c3d3)のうちから1種類又は2種類以上、A元素及びB元素を含む共沈組成物を任意に用いることができる。
金属酸化物含有原料の化学量論組成におけるA、B及びOの元素の量、つまり、上記のa3、b3及びc3は、特段制限されず、上述した目的物である金属酸硫化物のa、b及びcと同様でなくともよいが、所望の金属酸硫化物が得られるという観点からは、同様であることが好ましい。また、金属酸化物含有原料の化学量論組成におけるSの元素の量、つまり、上記のd3は、特段制限されないが、目的物である金属酸硫化物のdより小さいことが好ましい。
<3-1. Metal oxide-containing raw materials>
The metal oxide-containing raw material is not particularly limited as long as it contains the above-mentioned elements A and B and O (oxygen), but for example, an oxide (A a3 O c3 ) containing an element A and a sulfide (A). One or more of a3 S d3 ) and acid sulfide (A a3 O c3 S d3 ), oxides containing B element (B b3 O c3 ), sulfides (B b3 S d3 ), acid sulfide One or more of the substances (B b3 O c3 S d3 ), oxides containing A element and B element (A a3 B b3 O c3 ), sulfides (A a3 B b3 S d3 ), acid sulfide A co-precipitation composition containing one or more of the substances (A a3 B b3 Oc3 S d3 ), A element and B element can be arbitrarily used.
The amounts of the elements A, B, and O in the stoichiometric composition of the metal oxide-containing raw material, that is, the above-mentioned a3, b3, and c3 are not particularly limited, and the above-mentioned target product, a, the metal acid sulfide. It does not have to be the same as b and c, but it is preferable from the viewpoint that a desired metallic acid sulfide can be obtained. Further, the amount of the element S in the stoichiometric composition of the metal oxide-containing raw material, that is, d3 described above is not particularly limited, but is preferably smaller than d of the metal acid sulfide which is the target product.

金属酸化物含有原料の製造方法は、特段限定されず、一般的な金属酸化物の製造方法を採用することができ、例えば、チタンテトライソプロポキシドと硝酸イットリウムとクエン酸とを1:1:15の割合で、エチレングリコールメタノール溶液中にて混合し、200℃に加熱して重合させた後、350℃及び500℃の二段階でそれぞれ1時間焼成して、前駆体酸化物YTiを得ることができる。また、市販品を用いることができる。 The method for producing the metal oxide-containing raw material is not particularly limited, and a general method for producing a metal oxide can be adopted. For example, titanium tetraisopropoxide, yttrium nitrate, and citric acid are mixed at 1: 1: 1. The mixture was mixed in an ethylene glycol methanol solution at a ratio of 15, heated to 200 ° C. for polymerization, and then fired in two steps of 350 ° C. and 500 ° C. for 1 hour, respectively, to obtain the precursor oxide Y 2 Ti 2. O 7 can be obtained. Moreover, a commercially available product can be used.

本発明における「金属酸化物含有原料」は、単一の物質であっても、複数の物質を混合したものであってもよい。
また、金属酸化物含有原料は、欠陥構造発生の抑制の観点から、目的の金属酸硫化物の化学量論組成よりもイオウが少ない化学量論組成を有する金属酸化物含有原料を含むことが好ましい。
また、本発明では、金属酸化物含有原料を前駆体の語を用いて、例えば、Aを前駆体酸化物とも称する。
The "metal oxide-containing raw material" in the present invention may be a single substance or a mixture of a plurality of substances.
Further, the metal oxide-containing raw material preferably contains a metal oxide-containing raw material having a stoichiometric composition having less sulfur than the stoichiometric composition of the target metal acid sulfide from the viewpoint of suppressing the generation of defect structures. ..
In the present invention, the metal oxide-containing material with a word of the precursor, for example, also referred to as a A a B b O c precursor oxide.

入手が容易であるという観点から、A元素がYである場合には、Y又はYOが好ましく、B元素がTiである場合には、TiOが好ましい。また、A元素及びB元素を含む酸化物とする場合は、YTi等が用いられる。 From the viewpoint of easy availability, Y 2 O 3 or Y 2 S 3 Y 2 S 2 O is preferable when the A element is Y, and TiO 2 is preferable when the B element is Ti. .. Further, in the case of an oxide containing an element A and an element B, Y 2 Ti 2 O 7 or the like is used.

金属酸化物含有原料の粒径は、特に制限されないが、一般に、小さい方が反応性及び均一性が向上する点から好ましく、体積基準の平均粒径で、1mm以下であることが好ましく、0.5mm以下であることが特に好ましく、一方で、小さ過ぎると取扱いが難しくなるため、平均粒径で5nm以上であることが好ましく、10nm以上であることがより好ましく、20nm以上であることが特に好ましい。
体積基準の平均粒径は、レーザー粒度計により測定された値である。ここで体積基準の平均粒径とは、レーザー回折・散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて、試料を測定し、粒度分布(累積分布)を求めたときの体積基準の相対粒子量が50%になる粒子径(d50)と定義される。
The particle size of the metal oxide-containing raw material is not particularly limited, but in general, a smaller particle size is preferable from the viewpoint of improving reactivity and uniformity, and the average particle size on a volume basis is preferably 1 mm or less. It is particularly preferably 5 mm or less, and on the other hand, if it is too small, it becomes difficult to handle. Therefore, the average particle size is preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more, and particularly preferably 20 nm or more. ..
The volume-based average particle size is a value measured by a laser particle size meter. Here, the volume-based average particle size is a volume-based relative particle when a sample is measured using a particle size distribution measuring device based on the laser diffraction / scattering method and the particle size distribution (cumulative distribution) is obtained. It is defined as the particle size (d50) at which the amount is 50%.

<3−2.硫化水素>
硫化水素の態様は、特段限定されず、気体であっても液体であってもよいが、常温常圧での安定性の観点から、気体、つまり硫化水素ガスであることが好ましい。その態様に関わらず、市販されているものを用いることができる。
<3-2. Hydrogen sulfide>
The mode of hydrogen sulfide is not particularly limited and may be a gas or a liquid, but from the viewpoint of stability at normal temperature and pressure, a gas, that is, hydrogen sulfide gas is preferable. Regardless of the embodiment, a commercially available product can be used.

<3−3.反応炉>
反応炉10は、金属酸化物含有原料と硫化水素とを反応させることができるものであれば特段限定されず、一般的な反応炉を用いることができる。例えば、石英管状炉や電気マッフル炉を用いることができる。
また、反応炉中の金属酸化物含有原料の配置態様は、特段制限されないが、例えば、反応炉に台や器(例えば、図1に示すアルミナボード14)等を設置し、その上に金属酸化物含有原料を配置することもできる。
<3-3. Reaction furnace >
The reaction furnace 10 is not particularly limited as long as it can react the metal oxide-containing raw material with hydrogen sulfide, and a general reaction furnace can be used. For example, a quartz tube furnace or an electric muffle furnace can be used.
Further, the arrangement mode of the metal oxide-containing raw material in the reaction furnace is not particularly limited, but for example, a table or a vessel (for example, the alumina board 14 shown in FIG. 1) or the like is installed in the reaction furnace, and metal oxidation is performed on the table or the device. Material-containing raw materials can also be arranged.

反応炉には、金属酸化物含有原料と硫化水素との反応に用いられる設備を備えることができ、例えば、反応を促進させるためのヒーターや、金属酸化物含有原料を載置させるための台や器(例えば、アルミナボード、白金ボートなど)等が挙げられる。 The reaction furnace can be equipped with equipment used for the reaction between the metal oxide-containing raw material and hydrogen sulfide, for example, a heater for accelerating the reaction, a table for placing the metal oxide-containing raw material, and the like. Examples include vessels (for example, alumina boards, platinum boats, etc.).

<3−4.反応条件>
反応炉10中に載置された金属酸化物含有原料16と硫化水素とを反応させる反応条件について、以下に示す。
反応炉中の反応圧力は、特段限定されないが、特段の設備が必要ない点から、通常0.
001MPa以上であり、0.005MPa以上であることが好ましく、常圧が最も好ましい。ただし反応時の加熱、発熱により、特段の設備を設けることなく常圧より高くなっても良い。上限としては通常100MPa以下であり、50MPa以下であることが好ましく、最も好ましくは上述の通り常圧である。
反応炉中の反応温度は、特段限定されないが、目的とする金属酸硫化物を高純度で得る観点から、通常300℃以上であり、500℃以上であることが好ましく、700℃以上であることがより好ましく、800℃以上であることがさらに好ましく、900℃以上であることが特に好ましく、一方で、通常2000℃以下であり、1800℃以下であることが好ましく、1400℃以下であることがより好ましく、1300℃以下であることがさらに好ましく、1200℃以下であることが特に好ましい。
なお、反応温度を制御する手段として、図1に示すように、反応炉に反応用ヒーター13を設けることができる。
<3-4. Reaction conditions>
The reaction conditions for reacting the metal oxide-containing raw material 16 placed in the reaction furnace 10 with hydrogen sulfide are shown below.
The reaction pressure in the reactor is not particularly limited, but it is usually 0 because no special equipment is required.
It is 001 MPa or more, preferably 0.005 MPa or more, and most preferably normal pressure. However, due to heating and heat generation during the reaction, the pressure may be higher than normal pressure without any special equipment. The upper limit is usually 100 MPa or less, preferably 50 MPa or less, and most preferably normal pressure as described above.
The reaction temperature in the reaction furnace is not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining the target metallic acid sulfide with high purity, it is usually 300 ° C. or higher, preferably 500 ° C. or higher, and preferably 700 ° C. or higher. Is more preferably 800 ° C. or higher, particularly preferably 900 ° C. or higher, while usually 2000 ° C. or lower, preferably 1800 ° C. or lower, and 1400 ° C. or lower. It is more preferably 1300 ° C. or lower, and particularly preferably 1200 ° C. or lower.
As a means for controlling the reaction temperature, a reaction heater 13 can be provided in the reaction furnace as shown in FIG.

気体の硫化水素を用いる場合、その流量は、特段限定されないが、十分な反応を進行させる観点から、通常0.01l/時間以上であり、0.02l/時間以上であることが好ましく、0.03l/時間以上であることがより好ましく、0.04l/時間以上であることがさらに好ましく、0.05l/時間以上であることが特に好ましく、一方で、通常50l/時間以下であり、45l/時間以下であることが好ましく、40l/時間以下であることがより好ましく、30l/時間以下であることがさらに好ましく、20l/時間以下であることが特に好ましい。 When gaseous hydrogen sulfide is used, its flow rate is not particularly limited, but from the viewpoint of advancing a sufficient reaction, it is usually 0.01 l / hour or more, preferably 0.02 l / hour or more, and 0. It is more preferably 03 l / hour or more, further preferably 0.04 l / hour or more, particularly preferably 0.05 l / hour or more, while it is usually 50 l / hour or less, 45 l / hour. It is preferably less than an hour, more preferably 40 l / hour or less, further preferably 30 l / hour or less, and particularly preferably 20 l / hour or less.

気体の硫化水素を用いる場合、硫化水素を含むガスの流速は、特段限定されないが、不純物相の生成を抑制や目的試料の飛散を抑制する観点から、通常0.1m/S以上であり、0.2m/S以上であることが好ましく、0.3m/S以上であることがより好ましく、0.4m/S以上であることがさらに好ましく、0.5m/S以上であることが特に好ましく、一方で、通常500m/S以下であり、400m/S以下であることが好ましく、300m/S以下であることがより好ましく、250m/S以下であることがさらに好ましく、200m/S以下であることが特に好ましい。 When gaseous hydrogen sulfide is used, the flow velocity of the gas containing hydrogen sulfide is not particularly limited, but is usually 0.1 m / S or more from the viewpoint of suppressing the formation of the impurity phase and the scattering of the target sample, which is 0. .2 m / S or more is preferable, 0.3 m / S or more is more preferable, 0.4 m / S or more is further preferable, and 0.5 m / S or more is particularly preferable. On the other hand, it is usually 500 m / S or less, preferably 400 m / S or less, more preferably 300 m / S or less, further preferably 250 m / S or less, and more preferably 200 m / S or less. Is particularly preferable.

反応炉中の雰囲気は、特段制限されないが、目的の金属酸硫化物の収率や均一性の向上の目的から、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを用いることができる。
なお、上述のM2においては、後述するM2の説明における雰囲気ガスの条件を適用し得る。
The atmosphere in the reaction furnace is not particularly limited, but an inert gas such as nitrogen gas or argon gas can be used for the purpose of improving the yield and uniformity of the target metallic acid sulfide.
In addition, in the above-mentioned M2, the condition of atmospheric gas in the description of M2 described later can be applied.

<4.M1〜4>
<4−1.M1>
M1は、金属酸化物含有原料16が硫化水素の分解を抑制する成分を含むことである。
硫化水素の分解を抑制する成分とは、特段制限されないが、例えば、単体のイオウ(S)や金属硫化物等が挙げられる。単体のイオウを添加することにより、下記の式(1)における化学平衡、つまり、硫化水素と当該硫化水素の分解物であるイオウ及び水素との化学平衡において、硫化水素が生成する側に平衡が移動するために硫化水素の分解を抑制することができる。添加とは、例えば、金属酸化物含有原料と、硫化水素の分解を抑制する成分とを混合させることを意味する。
<4. M1-4>
<4-1. M1>
M1 is that the metal oxide-containing raw material 16 contains a component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide.
The component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide is not particularly limited, and examples thereof include elemental sulfur (S) and metal sulfide. By adding a single sulfur, in the chemical equilibrium in the following formula (1), that is, in the chemical equilibrium between hydrogen sulfide and sulfur and hydrogen which are decomposition products of the hydrogen sulfide, the equilibrium is on the side where hydrogen sulfide is generated. Since it moves, the decomposition of hydrogen sulfide can be suppressed. Addition means, for example, mixing a metal oxide-containing raw material and a component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide.

単体のイオウの添加量は、特段制限されないが、金属酸化物含有原料中のイオウと併せたイオウの合計量を、目的物である金属酸硫化物の化学量論組成から算出される理論上必要なイオウの量より多くすることが好ましい。具体的には、金属酸化物含有原料が全て目的の金属酸硫化物の化学量論組成を有する金属酸硫化物となった場合の当該金属酸硫化物に含まれるイオウの量(以下、「金属酸硫化物中のイオウの量」とも称する)よりも、単体のイオウと金属酸化物含有原料中のイオウとを合わせたイオウの合計量(以下、「原料中のイオウ量」とも称する)より多くなることが必要である。
上記の金属酸硫化物中のイオウ量に対する原料中のイオウ量の比率は、特段制限されないが、不純物相の生成を抑制する観点から、通常1.05倍以上1.5倍以下であり、1.05倍以上1.2倍以下であることが好ましい。
The amount of sulfur added as a simple substance is not particularly limited, but the total amount of sulfur combined with sulfur in the metal oxide-containing raw material is theoretically required to be calculated from the chemical composition of the target metal acid sulfide. It is preferable that the amount of sulfur is larger than the amount of sulfur. Specifically, the amount of sulfur contained in the metallic acid sulfide when all the metal oxide-containing raw materials are metallic acid sulfides having the chemical quantitative composition of the desired metallic acid sulfide (hereinafter, "metal"). More than the total amount of sulfur (hereinafter, also referred to as "amount of sulfur in the raw material"), which is the sum of the sulfur alone and the sulfur in the metal oxide-containing raw material, than the amount of sulfur in the acid sulfide). It is necessary to become.
The ratio of the amount of sulfur in the raw material to the amount of sulfur in the above metallic acid sulfide is not particularly limited, but is usually 1.05 times or more and 1.5 times or less from the viewpoint of suppressing the formation of the impurity phase. It is preferably 0.05 times or more and 1.2 times or less.

単体のイオウの添加量が過剰である場合、当該イオウの未反応分が揮発し、上記の式(1)における化学平衡において、硫化水素が生成する側に平衡が移動する。この段階で反応炉中のイオウが金属酸化物含有原料に混入するため、単体のイオウの不純物濃度はなるべく低い方が好ましく、純度として95重量%以上であることが好ましく、99重量%以上であることがより好ましい。不純物が、反応時の温度で揮発してすぐに反応の生じている場所から移動してしまう場合、又は反応温度では安定したものである場合には、この程度の純度で問題ない。 When the amount of elemental sulfur added is excessive, the unreacted component of the sulfur volatilizes, and in the chemical equilibrium in the above formula (1), the equilibrium shifts to the side where hydrogen sulfide is generated. Since sulfur in the reaction furnace is mixed with the metal oxide-containing raw material at this stage, the impurity concentration of elemental sulfur is preferably as low as possible, and the purity is preferably 95% by weight or more, preferably 99% by weight or more. Is more preferable. If the impurities volatilize at the temperature at the time of the reaction and immediately move from the place where the reaction occurs, or if the impurities are stable at the reaction temperature, there is no problem with this degree of purity.

単体のイオウの態様は、特段制限されず、粉末(イオウ粉末)として用いることができ、また、これは市販品を用いることができる。 The mode of elemental sulfur is not particularly limited and can be used as a powder (sulfur powder), and a commercially available product can be used for this.

<4−2.M2>
M2は、反応炉10中に導入する雰囲気ガスに硫化水素の分解を抑制する成分を含むことである。
雰囲気ガスとしては、特段限定されず、窒素等の不活性ガスにイオウを添加したものを使用してもよいが、好ましくは硫化水素とイオウとの混合ガスにすることである。当該混合ガスの混合比は、イオウが少量でも含まれていれば原理的には効果があるので、特に限定されないが、イオウ含有量に対して5〜20vlo%が好ましい。また、使用する硫化水素の純度は、不純物相の生成を抑制する観点から、95vol%以上が好ましい。不活性ガスを使用する場合においても、同様に95vol%以上が好ましい。
イオウを含むガスは、間欠的に導入してもよく、反応中、又は反応後にも連続して導入してもよい。
また、雰囲気ガスの流量や流速等は、上述した反応炉中の気体の硫化水素の条件と同様とすることができる。
<4-2. M2>
M2 is that the atmospheric gas introduced into the reactor 10 contains a component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide.
The atmospheric gas is not particularly limited, and an inert gas such as nitrogen to which sulfur is added may be used, but a mixed gas of hydrogen sulfide and sulfur is preferable. The mixing ratio of the mixed gas is not particularly limited as long as it contains even a small amount of sulfur, so that it is effective in principle, but it is preferably 5 to 20 vlo% with respect to the sulfur content. The purity of hydrogen sulfide used is preferably 95 vol% or more from the viewpoint of suppressing the formation of an impurity phase. Similarly, when an inert gas is used, 95 vol% or more is preferable.
The gas containing sulfur may be introduced intermittently, or may be continuously introduced during or after the reaction.
Further, the flow rate, the flow velocity, and the like of the atmospheric gas can be the same as the conditions of hydrogen sulfide of the gas in the reaction furnace described above.

<4−3.M3>
M3は、反応炉10中に金属酸化物含有原料16とは別に硫化水素の分解を抑制する成分を発生させる物質が存在することである。
当該成分を発生させる物質は、単体のイオウが好ましく、例えば、イオウ粉末を用いることができる。当該M3においては、イオウ自体の純度が多少低くても、イオウが先に揮発して気体となって雰囲気中に残り、金属酸化物含有原料中に不純物が入り込み難くなる点で好ましい。
当該成分を発生させる物質の存在位置は、特に制限されないが、金属酸化物含有原料よりもガス流入側に存在することが必要である。「存在する」の態様は特段制限されず、例えば、反応炉や反応炉中に設置した台や器(例えば、図1に示すアルミナボード14)等の上に金属酸化物含有原料が置かれている状態を示す。
また、図1に示すように、反応炉10にヒーター12を設けることにより、イオウの揮発を促進させることができる。
<4-3. M3>
M3 means that a substance that generates a component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide is present in the reaction furnace 10 in addition to the metal oxide-containing raw material 16.
As the substance that generates the component, elemental sulfur is preferable, and for example, sulfur powder can be used. In the M3, even if the purity of the sulfur itself is slightly low, the sulfur volatilizes first and remains in the atmosphere as a gas, which is preferable in that impurities are less likely to enter the metal oxide-containing raw material.
The position of the substance that generates the component is not particularly limited, but it is necessary that the substance is present on the gas inflow side of the metal oxide-containing raw material. The mode of "existing" is not particularly limited, and the metal oxide-containing raw material is placed on, for example, a reactor or a table or vessel installed in the reactor (for example, the alumina board 14 shown in FIG. 1). Indicates the state of being.
Further, as shown in FIG. 1, by providing the heater 12 in the reactor 10, the volatilization of sulfur can be promoted.

<4−4.M4>
M4は、反応炉10中に金属酸化物含有原料16とは別に水素を捕集する機構を設けることである。
当該M4において、水素を捕集する物質としては、水素吸蔵合金等の他、水素ガスを分離する膜等又はこれらを組み合わせたものを用いてもよい。
水素吸蔵合金は、特段制限されず、例えば、チタン、マンガン、ジルコニウム、ニッケル等の遷移元素をベースとしたAB2型、ニッケル、コバルト、アルミニウム等の遷移元素をベースとしたAB5型、Ti−Fe系、V系、Mg合金、Pd系、Ca系合金等を用いることができる。
水素ガスを分離する膜としては、例えばパラジウム膜、シリカ膜、ゼオライト膜、高分子膜などを用いることができ、特に分離すべきガスの温度を考慮すると、パラジウム膜、シリカ膜、ゼオライト膜を好ましく用いることができる。
<4-4. M4>
M4 is to provide a mechanism for collecting hydrogen in the reaction furnace 10 separately from the metal oxide-containing raw material 16.
In the M4, as the substance that collects hydrogen, in addition to a hydrogen storage alloy or the like, a membrane or the like that separates hydrogen gas or a combination thereof may be used.
The hydrogen storage alloy is not particularly limited, and is, for example, AB2 type based on transition elements such as titanium, manganese, zirconium, and nickel, AB5 type based on transition elements such as nickel, cobalt, and aluminum, and Ti-Fe type. , V-based, Mg alloy, Pd-based, Ca-based alloy and the like can be used.
As the membrane for separating hydrogen gas, for example, a palladium membrane, a silica membrane, a zeolite membrane, a polymer membrane and the like can be used, and in particular, considering the temperature of the gas to be separated, a palladium membrane, a silica membrane and a zeolite membrane are preferable. Can be used.

<5.その他の工程>
上述の実施形態は、上記の反応工程以外の工程、例えば、以下の工程を含んでもよい。<5−1.金属酸化物含有原料の調製工程>
反応工程よりも前に、金属酸化物含有原料を調製する工程を含んでもよい。調整方法は特段制限されないが、例えば、錯体重合法による調製が挙げられる。例えば、チタンテトライソプロポキシド、硝酸イットリウム及びクエン酸を、エチレングリコールメタノール溶液中で混合し、特定の温度で加熱して錯体重合させることにより、金属酸化物含有原料YTiを調製することができる。
<5−2.金属酸化物含有原料の焼成工程>
反応工程よりも前に、金属酸化物含有原料を焼成する焼成工程を含んでもよい。
焼成温度は、特段制限されないが、粒子の過度な成長を抑制しつつ、硫化水素との反応を阻害する粒子表面に吸着した水分を除去できるという観点から、通常60℃以上であり、80℃以上であることが好ましく、100℃以上であることが特に好ましく、一方で、通常1000℃以下であり、900℃以下であることが好ましく、850℃以下であることが特に好ましい。
<5. Other processes>
The above-described embodiment may include a step other than the above-mentioned reaction step, for example, the following step. <5-1. Preparation process of metal oxide-containing raw materials>
A step of preparing a metal oxide-containing raw material may be included before the reaction step. The preparation method is not particularly limited, and examples thereof include preparation by a complex polymerization method. For example, a metal oxide-containing raw material Y 2 Ti 2 O 7 is prepared by mixing titanium tetraisopropoxide, yttrium nitrate and citric acid in an ethylene glycol methanol solution and heating them at a specific temperature for complex polymerization. can do.
<5-2. Firing process of metal oxide-containing raw materials>
A firing step of firing the metal oxide-containing raw material may be included before the reaction step.
The firing temperature is not particularly limited, but is usually 60 ° C. or higher, and 80 ° C. or higher, from the viewpoint of being able to remove water adsorbed on the particle surface that inhibits the reaction with hydrogen sulfide while suppressing excessive growth of the particles. It is preferably 100 ° C. or higher, and on the other hand, it is usually 1000 ° C. or lower, 900 ° C. or lower, and 850 ° C. or lower.

<5−3.酸処理工程>
硫化後の金属酸化物含有原料は、粒子表層の還元生成物を除去する目的で、酸処理を行う工程を含んでもよい。
酸処理に用いられる酸性物質は、特段制限されず、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、王水、有機酸などを用いることができる。
<5-3. Acid treatment process>
The metal oxide-containing raw material after sulfurization may include a step of performing an acid treatment for the purpose of removing the reduction product on the surface layer of the particles.
The acidic substance used for the acid treatment is not particularly limited, and for example, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, aqua regia, organic acid and the like can be used.

<6.反応システム>
図1は、上記の金属酸硫化物の製造方法を適用することができる、本発明の一実施形態である反応システムの一例である。当該製造方法を適用できる反応システムは、図1の態様に限定されない。
<6. Reaction system>
FIG. 1 is an example of a reaction system according to an embodiment of the present invention to which the above method for producing a metallic acid sulfide can be applied. The reaction system to which the production method can be applied is not limited to the embodiment shown in FIG.

図1の反応システムは、酸化ケイ素メッシュ11、イオウ粉末15を載置したアルミナボード14、及び金属酸化物含有原料を載置したアルミナボード14を備える反応炉10、並びに該反応炉10の外側に備えられた、イオウ粉末を揮発させるためのヒーター12、及び原料化合物と硫化水素等のイオウとの反応を促進させるための反応用ヒーター13を有する。当該図1において、イオウ粉末15は、他の硫化水素の分解を抑制する成分を発生させる物質とすることができ、また、酸化ケイ素メッシュは、系内の過剰イオウ分が炉外へ接続する配管内部で閉塞することを回避する目的で設置してある。 The reaction system of FIG. 1 includes an alumina board 14 on which a silicon oxide mesh 11 and a sulfur powder 15 are placed, an alumina board 14 on which a metal oxide-containing raw material is placed, and a reaction furnace 10 provided on the outside of the reaction furnace 10. It has a heater 12 for volatilizing sulfur powder and a reaction heater 13 for accelerating the reaction of a raw material compound with sulfur such as hydrogen sulfide. In FIG. 1, the sulfur powder 15 can be a substance that generates other components that suppress the decomposition of hydrogen sulfide, and the silicon oxide mesh is a pipe in which excess sulfur in the system is connected to the outside of the furnace. It is installed for the purpose of avoiding blockage inside.

図1において、アルミナボード14、ヒーター12、及び反応用ヒーター13については、使用の有無は任意である。また、イオウ粉末15等の硫化水素の分解を抑制する機構
についても、使用の有無は任意であるが、これ使用しない場合には、金属酸化物含有原料が硫化水素の分解を抑制する成分を含んでいることが必要となる。
In FIG. 1, the alumina board 14, the heater 12, and the reaction heater 13 may or may not be used. Further, the mechanism for suppressing the decomposition of hydrogen sulfide such as sulfur powder 15 may or may not be used, but if it is not used, the metal oxide-containing raw material contains a component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide. It is necessary to be.

図1の反応システムを使用する場合、例えば、まず反応炉10に窒素ガスを流通させてガス置換を行い、その後、反応ガスである硫化水素ガスを流通させ、再度ガス置換を行う。更に、ガス導入部前段(ガス流入側)に載置された、イオウを生成する設備としてのイオウ粉末をヒーター12で加熱してイオウガスを発生させる。イオウガスの発生により、硫化水素の量を増加させることができる。そして、反応用ヒーター13で加熱させながら、当該イオウガス及び硫化水素ガスを、ガス導入部後段(ガス排出側)に載置された金属酸化物含有原料と反応させることで目的の金属酸硫化物を得ることができる。 When the reaction system of FIG. 1 is used, for example, nitrogen gas is first passed through the reaction furnace 10 to perform gas replacement, and then hydrogen sulfide gas, which is a reaction gas, is passed through and gas replacement is performed again. Further, the sulfur powder as a facility for generating sulfur, which is placed in the front stage (gas inflow side) of the gas introduction portion, is heated by the heater 12 to generate sulfur gas. The amount of hydrogen sulfide can be increased by the generation of sulfur gas. Then, while heating with the reaction heater 13, the sulfur gas and hydrogen sulfide gas are reacted with the metal oxide-containing raw material placed in the latter stage (gas discharge side) of the gas introduction portion to obtain the target metal acid sulfide. Obtainable.

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

<金属酸化物含有原料の調製>
金属酸化物含有原料として前駆体酸化物YTiを用いた。当該前駆体酸化物YTiは、錯体重合法により調製した。具体的には、チタンテトライソプロポキシドと硝酸イットリウムとクエン酸とを1:1:15の割合で、エチレングリコールメタノール溶液中にて混合し、200℃に加熱して重合させた後、350℃及び500℃の二段階でそれぞれ1時間焼成して、前駆体酸化物YTiを得た。
<Preparation of metal oxide-containing raw materials>
Precursor oxide Y 2 Ti 2 O 7 was used as the metal oxide-containing raw material. The precursor oxide Y 2 Ti 2 O 7 was prepared by a complex polymerization method. Specifically, titanium tetraisopropoxide, yttrium nitrate, and citric acid are mixed at a ratio of 1: 1: 15 in an ethylene glycol methanol solution, heated to 200 ° C. for polymerization, and then 350 ° C. And, each of them was calcined at 500 ° C. for 1 hour to obtain precursor oxide Y 2 Ti 2 O 7 .

<イオウとの反応>
[実施例1:イオウ蒸気添加硫化法]
上記前駆体酸化物YTiをアルミナボートに載せ、石英管状炉に封入し、窒素ガスを流通し、ガス置換を行った。その後、反応ガスである硫化水素ガスを流通し、再度ガス置換を行った。更にガス導入部前段(ガス流入側)に前述のイオウガスを生成する成分として、前駆体酸化物に対して10モル倍量のイオウ粉末を封入し、150℃で加熱保持することでイオウガスを発生させた。このイオウガス及び硫化水素を50mL/minで流通しながら1050℃まで10℃/minで昇温し、その後60分間保持することで金属酸硫化物YTiの粉末試料Aを得た。
<Reaction with sulfur>
[Example 1: Sulfur vapor addition sulfurization method]
The precursor oxide Y 2 Ti 2 O 7 was placed on an alumina boat, sealed in a quartz tube furnace, nitrogen gas was circulated, and gas replacement was performed. After that, hydrogen sulfide gas, which is a reaction gas, was circulated and gas replacement was performed again. Further, as a component for generating the above-mentioned sulfur gas in the front stage (gas inflow side) of the gas introduction portion, 10 mol times the amount of sulfur powder is sealed with respect to the precursor oxide, and the sulfur gas is generated by heating and holding at 150 ° C. It was. The sulfur gas and hydrogen sulfide are circulated at 50 mL / min, heated to 1050 ° C. at 10 ° C./min, and then held for 60 minutes to obtain a powder sample A of metallic acid sulfide Y 2 Ti 2 O 5 S 2. It was.

[実施例2:イオウ粉末添加硫化法]
上記前駆体酸化物YTiを前駆体に対して10モル倍量のイオウ粉末を混合した後、アルミナボートに載せ、石英管状炉に封入し、窒素ガスを流通してガス置換を行った。その後、反応ガスである硫化水素ガスを流通し、再度ガス置換を行った。更に、硫化水素を50mL/minで流通しながら1050℃まで10℃/minで昇温し、その後60分間保持することで金属酸硫化物YTiの粉末試料Bを得た。
[Example 2: Sulfur powder addition sulfurization method]
After mixing 10 mol times the amount of sulfur powder with the precursor, the precursor oxide Y 2 Ti 2 O 7 is placed on an alumina boat, sealed in a quartz tube furnace, and nitrogen gas is circulated for gas substitution. went. After that, hydrogen sulfide gas, which is a reaction gas, was circulated and gas replacement was performed again. Further, hydrogen sulfide was heated to 1050 ° C. at 10 ° C./min while flowing at 50 mL / min, and then held for 60 minutes to obtain a powder sample B of metallic acid sulfide Y 2 Ti 2 O 5 S 2 . ..

[比較例1:従来法]
上記前駆体酸化物YTiをアルミナボートに載せ、石英管状炉に封入し、窒素ガスを流通し、ガス置換を行った。その後、反応ガスである硫化水素ガスを流通し、再度ガス置換を行った。硫化水素を50mL/minで流通しながら1050℃まで10℃/minで昇温し、その後60分間保持することで金属酸硫化物YTiの粉末試料Cを得た。
[Comparative example 1: Conventional method]
The precursor oxide Y 2 Ti 2 O 7 was placed on an alumina boat, sealed in a quartz tube furnace, nitrogen gas was circulated, and gas replacement was performed. After that, hydrogen sulfide gas, which is a reaction gas, was circulated and gas replacement was performed again. A powder sample C of metallic acid sulfide Y 2 Ti 2 O 5 S 2 was obtained by raising the temperature to 1050 ° C. at 10 ° C./min while circulating hydrogen sulfide at 50 mL / min and then holding it for 60 minutes.

<酸処理>
上記の硫化後の各粉末試料について、粒子表層の還元生成物を除去する目的で以下の操作を行った。各粉末試料を9mol/Lの硫酸溶液に浸漬し、2時間攪拌をすることで粒子表面のエッチングを行った。その後、各粉末試料を十分に水洗した後、40℃かつ減圧
下で一晩乾燥を行った。
<Acid treatment>
For each of the above-mentioned powder samples after sulfurization, the following operation was carried out for the purpose of removing the reduction product on the particle surface layer. Each powder sample was immersed in a 9 mol / L sulfuric acid solution and stirred for 2 hours to etch the particle surface. Then, after thoroughly washing each powder sample with water, it was dried overnight at 40 ° C. and under reduced pressure.

<紫外・可視拡散反射スペクトル測定>
上記の酸処理後の各粉末試料に対して紫外・可視拡散反射スペクトル測定を行った。
当該測定条件は、特段制限されないが、例えば、以下の条件とすることができる。
測定装置:V−670 Spectrophotometer(JASCO製)
・測定範囲:300〜800mm
・データ間隔:1.0nm
・走査速度:10000nm/分
・光源切換え:340.0nm
・データ解析ソフト:Spectra Manager version 2
解析:縦軸をクベルカ−ムンク(K.M.)変換
クベルカ−ムンク変換式
f(R)=(1−R/2R=K/S
ここで、f(R)はK.M.関数、Rは絶対反射率、Kは分子吸光係数、Sは散乱係数である。
なお、試料の絶対反射率Rを測定することは困難であり、実際には標準試料を用いた相対反射率rを用いることが一般的である。よって、
=r(測定試料)/r(標準試料)(標準試料としてBaSOを使用)
を用いて相対反射率rの測定を行い、
f(r)=(1−r/2r=K/S
より、導出した。
<Ultraviolet / visible diffuse reflection spectrum measurement>
Ultraviolet / visible diffuse reflection spectra were measured for each powder sample after the above acid treatment.
The measurement conditions are not particularly limited, but can be, for example, the following conditions.
Measuring device: V-670 Spectrophotometer (manufactured by JASCO)
・ Measurement range: 300 to 800 mm
-Data interval: 1.0 nm
-Scanning speed: 10000 nm / min-Light source switching: 340.0 nm
-Data analysis software: Spectra Manager version 2
Analysis: Vertical axis is Kbelka-Munch (KM) conversion
Kubelkar-Munch conversion formula f (R ) = (1-R ) 2 / 2R = K / S
Here, f (R ) is K.I. M. The function, R is the absolute reflectance, K is the molecular extinction coefficient, and S is the scattering coefficient.
It is difficult to measure the absolute reflectance R of a sample, and in practice, it is common to use the relative reflectance r using a standard sample. Therefore,
r = r (measurement sample) / r (standard sample) (BaSO 4 is used as the standard sample)
The relative reflectance r was measured using
f (r ) = (1-r ) 2 / 2r = K / S
Was derived from.

上記の酸処理後の粉末試料A〜C(実施例1及び2、並びに比較例1)の紫外・可視拡大反射スペクトル測定の結果を図2に示す。当該図2から、実施例1及び2は、比較例1と比較して、600nm以上に吸収を有する成分の減少が大きいことが分かる。具体的に、スペクトルの波長300nm以上600nm未満におけるスペクトル強度の最大値(Smax)に対する、波長600nmにおけるスペクトル強度(S600)の比率を算出したところ、実施例1は2.47(Smax:2.696、S600:1.091)、実施例2は2.64(Smax:2.987、S600:1.131)、比較例1は1.65(Smax:2.583、S600:1.563)となった。これは、前述の金属酸硫化物中のTi元素の局所的な還元が実施例1及び2においては抑制できていることを示しており、従来技術である比較例1における硫化水素ガスから還元性の水素ガスへの分解反応が、実施例1及び2では抑制されていると考えられる。 The results of the ultraviolet / visible magnifying reflection spectrum measurement of the powder samples A to C (Examples 1 and 2 and Comparative Example 1) after the acid treatment are shown in FIG. From FIG. 2, it can be seen that in Examples 1 and 2, the decrease in the components having absorption at 600 nm or more is large as compared with Comparative Example 1. Specifically, when the ratio of the spectral intensity (S 600 ) at the wavelength of 600 nm to the maximum value (S max ) of the spectral intensity at the wavelength of 300 nm or more and less than 600 nm of the spectrum was calculated, Example 1 was 2.47 (S max :). 2.696, S 600 : 1.091), Example 2 is 2.64 (S max : 2.987, S 600 : 1.131), Comparative Example 1 is 1.65 (S max : 2.583, S 600 : 1.563). This indicates that the local reduction of the Ti element in the above-mentioned metallic acid sulfide can be suppressed in Examples 1 and 2, and the reducibility from the hydrogen sulfide gas in Comparative Example 1 which is the prior art. It is considered that the decomposition reaction of hydrogen sulfide into hydrogen gas is suppressed in Examples 1 and 2.

1 反応システム
10 反応炉
11 酸化ケイ素メッシュ
12 ヒーター
13 反応用ヒーター
14 アルミナボード
15 イオウ粉末
16 金属酸化物含有原料
1 Reaction system 10 Reaction furnace 11 Silicon oxide mesh 12 Heater 13 Reaction heater 14 Alumina board 15 Sulfur powder 16 Metal oxide-containing raw material

Claims (6)

金属酸硫化物であるA(Aは、Y、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er及びLaからなる群より選択される1種以上を含み、Bは、Ti、Nb、Ta及びLaからなる群より選択される1種以上を含み、1.7≦a≦2.3、1.7≦b≦2.3、c=5、1.7≦d≦2.3である。)を、反応炉中で金属酸化物含有原料と硫化水素とを反応させて製造する工程を含み、前記工程は、以下のM1〜4のうち少なくとも一つを含む、金属酸硫化物の製造方法。
M1:金属酸化物含有原料が硫化水素の分解を抑制する成分を含む。
M2:反応炉中に導入する雰囲気ガスが硫化水素の分解を抑制する成分を含む。
M3:反応炉中に金属酸化物含有原料とは別に硫化水素の分解を抑制する成分を発生させる物質が存在する。
M4:反応炉中に金属酸化物含有原料とは別に水素を捕集する機構を設ける。
A a B b Oc S d (A is one or more selected from the group consisting of Y, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er and La, which are metallic acid sulfides. B includes one or more selected from the group consisting of Ti, Nb, Ta and La, 1.7 ≦ a ≦ 2.3, 1.7 ≦ b ≦ 2.3, c = 5, 1.7. ≦ d ≦ 2.3) includes a step of reacting a metal oxide-containing raw material with hydrogen sulfide in a reaction furnace, and the step comprises at least one of the following M1 to M4. A method for producing metallic acid sulfide, including.
M1: The metal oxide-containing raw material contains a component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide.
M2: The atmospheric gas introduced into the reactor contains a component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide.
M3: In the reactor, there is a substance that generates a component that suppresses the decomposition of hydrogen sulfide, in addition to the metal oxide-containing raw material.
M4: A mechanism for collecting hydrogen is provided in the reactor separately from the metal oxide-containing raw material.
前記金属酸化物含有原料が、前記金属酸硫化物の化学量論組成よりもイオウが少ない化学量論組成を有する金属酸化物含有原料を含む、請求項1に記載の金属酸硫化物の製造方法。 The method for producing a metal acid sulfide according to claim 1, wherein the metal oxide-containing raw material contains a metal oxide-containing raw material having a stoichiometric composition having less sulfur than the stoichiometric composition of the metal acid sulfide. .. 前記M2における雰囲気ガスが、硫化水素及びイオウを含む混合ガスである、請求項1又は2に記載の金属酸硫化物の製造方法。 The method for producing a metallic acid sulfide according to claim 1 or 2, wherein the atmospheric gas in M2 is a mixed gas containing hydrogen sulfide and sulfur. 前記AがYを含む、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の金属酸硫化物の製造方法。 The method for producing a metallic acid sulfide according to any one of claims 1 to 3, wherein A contains Y. 前記BがTiを含む、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の金属酸硫化物の製造方法。 The method for producing a metallic acid sulfide according to any one of claims 1 to 4, wherein B contains Ti. 前記AがYを含み、A中のYの含有量が80モル%以上であり、かつ、前記BがTiを含み、B中のTiの含有量が80モル%以上である、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の金属酸硫化物の製造方法。
Claims 1 to 1, wherein A contains Y and the content of Y in A is 80 mol% or more, and the B contains Ti and the content of Ti in B is 80 mol% or more. 5. The method for producing a metallic acid sulfide according to any one of 5.
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