JP5531341B2 - Method for producing metal oxide particles by hybrid heating method - Google Patents

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Description

本発明は、セラミックス原料をはじめ各種用途に使用されるハイブリッド加熱法による金属酸化物粒子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing metal oxide particles by a hybrid heating method used for various applications including ceramic raw materials.

従来、セラミックス原料、着色原料等に使用される金属酸化物微粒子の製造方法は、出発相によってCVDやガス中蒸発法などの気相法、沈殿法や噴霧法などの液相法、機械的粉砕法などの固相法に分類される。また、これらは、機械的粉砕法に代表される、バルク材を微細化することで得られるいわゆるブレイクダウン方式、分子レベルから成長させることによって得られるビルドアップ方式に分類されるが、ブレイクダウン方式は機械的粉砕による微細化に限界があること、粉砕機器からの不純物の混入があることから、高純度な微粒子の製造には主としてビルドアップ方式が適用されている。ここでその代表的なものとして液相法を例にとると、金属塩の水溶液にアルカリ等のpH調整剤を加えて水酸化物等を沈殿させ、かかる水酸化物等を500℃〜700℃程度に昇温し、分解することによって所望の金属酸化物微粒子を得ることができる。その具体例として、例えば特許文献1ではカルボン酸化合物を分散等させた水溶液中に、金属塩の水溶液と中和剤の水溶液とを同時に添加して、上記金属の水酸化物等の微粒子を生成させ、得られた微粒子を焼成する微粒子状金属酸化物の製造方法が開示されている。
特開平5−139704号公報
Conventionally, the production method of metal oxide fine particles used for ceramic raw materials, coloring raw materials, etc. is based on the gas phase method such as CVD or gas evaporation method, liquid phase method such as precipitation method or spraying method, mechanical pulverization depending on the starting phase. It is classified as a solid phase method. In addition, these are classified into a so-called breakdown method, which is obtained by refining a bulk material, represented by a mechanical grinding method, and a build-up method, which is obtained by growing from a molecular level. Since there is a limit to miniaturization by mechanical pulverization, and impurities are mixed from the pulverization equipment, the build-up method is mainly applied to the production of high-purity fine particles. Here, taking the liquid phase method as an example, a pH adjuster such as an alkali is added to an aqueous solution of a metal salt to precipitate a hydroxide and the like. Desired metal oxide fine particles can be obtained by raising the temperature to a certain extent and decomposing. As a specific example, in Patent Document 1, for example, an aqueous solution of a metal salt and an aqueous solution of a neutralizing agent are simultaneously added to an aqueous solution in which a carboxylic acid compound is dispersed to produce fine particles such as metal hydroxides. A method for producing a particulate metal oxide is disclosed in which the obtained fine particles are fired.
JP-A-5-139704

金属酸化物微粒子を製造する場合、前記液相法の適用によって効率よく金属酸化物微粒子を製造する方法が検討されており、その製造工程においては通常水酸化物等の生成を経た後、熱処理炉等で加熱分解することで酸化物を得ており、液相法での反応工程に加えて、高温まで昇温し処理する工程を必要とする。例えば酸化銅の製造では、水酸化銅、硝酸銅、炭酸銅などを700℃程度で加熱分解することで酸化銅を得ており、この高温処理が製造工程の簡略化を阻害していた。また、塩化第二銅などの銅化合物の溶液を加温しつつ、アルカリ溶液を添加することによって酸化銅などの銅酸化物を生成させ、水洗、乾燥後、粉砕する直接湿式法等によって直接銅酸化物を生成させることも可能であるが、このような方法では銅酸化物の生成の反応プロセスが急激に起こるため、粒子径の制御が困難であり、均一な微粒子を得ることが困難という問題があった。   In the case of producing metal oxide fine particles, a method for efficiently producing metal oxide fine particles by application of the liquid phase method has been studied, and in the production process, after usually generating hydroxide and the like, a heat treatment furnace The oxide is obtained by thermally decomposing with the above, and in addition to the reaction step by the liquid phase method, a step of raising the temperature to a high temperature and processing is required. For example, in the manufacture of copper oxide, copper oxide is obtained by thermally decomposing copper hydroxide, copper nitrate, copper carbonate, etc. at about 700 ° C., and this high temperature treatment hinders the simplification of the manufacturing process. In addition, while heating a solution of a copper compound such as cupric chloride, a copper oxide such as copper oxide is produced by adding an alkaline solution, washed with water, dried, and then directly pulverized by a direct wet method or the like. Although it is possible to generate oxides, in such a method, the reaction process of copper oxide generation occurs rapidly, so it is difficult to control the particle size and it is difficult to obtain uniform fine particles was there.

上記のような問題点を解決するために、請求項1に係る発明は、金属酸化物前駆体として、金属硝酸塩又は酸化金属硝酸塩の溶液を調整する調整工程と、前記調整工程で調整された前記溶液を反応容器に収容する収容工程と、前記反応容器をマイクロ波導入口が設けられた加熱室内に載置する載置工程と、前記反応容器の周囲に配されたヒーターと、前記マイクロ波導入口から前記加熱室内に導入されると共に、前記反応容器内に前記反応容器を介して前記溶液に対し間接的に入射されるマイクロ波とで、前記溶液を加熱する加熱工程と、前記加熱工程で加熱された前記溶液の温度を計測する計測工程と、前記計測工程で計測された温度に基づいて、前記ヒーターによる加熱と前記マイクロ波による加熱の制御を行う制御工程と、を有する金属酸化物粒子の製造方法において、前記加熱工程の少なくとも一部では、ヒーターによる加熱とマイクロ波による加熱を同時に行う複合加熱方式が用いられることで、前記溶液による熱の吸収形態を制御し、前記溶液の昇温速度を調整することで金属酸化物粒子の粒径制御を行うことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is characterized in that a metal oxide precursor or a metal nitrate or a metal oxide oxide solution is adjusted as a metal oxide precursor, and the adjustment is performed in the adjustment process. An accommodation step of containing the solution in the reaction vessel; a placement step of placing the reaction vessel in a heating chamber provided with a microwave introduction port ; a heater disposed around the reaction vessel; and the microwave introduction port. A heating step of heating the solution with microwaves that are introduced into the heating chamber and indirectly incident on the solution through the reaction vessel into the reaction vessel, and heated in the heating step. A measuring step for measuring the temperature of the solution, and a control step for controlling the heating by the heater and the heating by the microwave based on the temperature measured in the measuring step. In the manufacturing method of the oxide particles, wherein at least part of the heating step, the composite heating method for heating by the heating and the microwave by the heater at the same time that is used to control the absorption form of heat by the solution, said solution The particle size control of the metal oxide particles is performed by adjusting the temperature rising rate .

また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載の金属酸化物粒子の製造方法において、前記金属酸化物における金属がLi、Cu、Zn、Al、Mg、Co,Sr、Ba、Y、In、Ce、Si、Ti、Zr、Sn、Nb、Sb、Ta、Bi、Cr、W、Mn、Fe、Ni、Ru、U、Pu、Np、Am、Cmから選ばれる1種類の金属であることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the method for producing metal oxide particles according to claim 1, wherein the metal in the metal oxide is Li, Cu, Zn, Al, Mg, Co, Sr, Ba, Y, One metal selected from In, Ce, Si, Ti, Zr, Sn, Nb, Sb, Ta, Bi, Cr, W, Mn, Fe, Ni, Ru, U, Pu, Np, Am, and Cm. It is characterized by that.

本発明の金属酸化物粒子の製造方法によれば、加熱工程では、ヒーターによる加熱とマイクロ波による加熱を同時に行う複合加熱方式によって、金属酸化物前駆体である溶液による熱の吸収形態を適宜制御するので、金属酸化物粒子の生成の反応プロセスをコントロールでき、生成される金属酸化物粒子の平均粒子径の制御を行うことが可能となる。   According to the method for producing metal oxide particles of the present invention, in the heating step, the heat absorption mode by the solution that is the metal oxide precursor is appropriately controlled by the combined heating method in which heating by the heater and heating by the microwave are performed simultaneously. Therefore, it is possible to control the reaction process for generating the metal oxide particles, and it is possible to control the average particle diameter of the generated metal oxide particles.

また、本発明の金属酸化物粒子の製造方法によれば、生成される金属酸化物粒子の平均粒子径の制御を行うことが可能となり、さらにこの金属酸化物粒子を原料とした焼結体の密度を、焼結体の粒径を変えることでコントロールできる可能性があるため、焼結体製造分野での原料粉調整工程への応用も可能である。   In addition, according to the method for producing metal oxide particles of the present invention, it is possible to control the average particle diameter of the metal oxide particles to be produced, and further, the sintered body using the metal oxide particles as a raw material can be controlled. Since there is a possibility that the density can be controlled by changing the particle size of the sintered body, application to the raw material powder adjustment process in the sintered body manufacturing field is also possible.

本発明の実施形態に係るハイブリッド加熱法による金属酸化物粒子の製造方法に用いられた装置の概略を説明する図である。It is a figure explaining the outline of the apparatus used for the manufacturing method of the metal oxide particle by the hybrid heating method which concerns on embodiment of this invention. 比較例に係る金属酸化物粒子の製造方法に用いられた装置の概略を説明する図である。It is a figure explaining the outline of the apparatus used for the manufacturing method of the metal oxide particle which concerns on a comparative example. 比較例に係る金属酸化物粒子の製造方法に用いられた装置の概略を説明する図である。It is a figure explaining the outline of the apparatus used for the manufacturing method of the metal oxide particle which concerns on a comparative example. 各加熱装置で昇温速度を変化させたとき生成された酸化銅の平均粒子径を示す図である。It is a figure which shows the average particle diameter of the copper oxide produced | generated when the temperature increase rate was changed with each heating apparatus. 各加熱装置で生成された酸化銅の累積粒子径分布を示す図である。It is a figure which shows the cumulative particle diameter distribution of the copper oxide produced | generated by each heating apparatus. 加熱装置において所定の昇温速度を得るためのエネルギーを示す図である。It is a figure which shows the energy for obtaining a predetermined temperature increase rate in a heating apparatus. マイクロ波加熱方式によって得られた酸化銅粒子のSEM写真である。It is a SEM photograph of the copper oxide particle obtained by the microwave heating method. ヒーター加熱方式によって得られた酸化銅粒子のSEM写真である。It is a SEM photograph of the copper oxide particle obtained by the heater heating system. 本発明に係る金属酸化物粒子の製造方法で採用している複合加熱方式(ハイブリッド加熱方式)によって得られた酸化銅粒子のSEM写真である。It is a SEM photograph of the copper oxide particle obtained by the composite heating system (hybrid heating system) employ | adopted with the manufacturing method of the metal oxide particle concerning this invention. マイクロ波加熱装置における温度分布と酸化銅粒子の成長との関係を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the relationship between the temperature distribution in a microwave heating apparatus, and the growth of a copper oxide particle. ヒーター加熱装置における温度分布と酸化銅粒子の成長との関係を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the relationship between the temperature distribution in a heater heating apparatus, and the growth of a copper oxide particle. 複合波加熱装置における温度分布と酸化銅粒子の成長との関係を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the relationship between the temperature distribution in a composite wave heating apparatus, and the growth of a copper oxide particle.

以下、本発明の金属酸化物粒子の製造方法について適宜図面を参照しつつ説明する。本発明の金属酸化物粒子の製造方法によって製造される金属酸化物における金属とはLi、Cu、Zn、Al、Mg、Co,Sr、Ba、Y、In、Ce、Si、Ti、Zr、Sn、Nb、Sb、Ta、Bi、Cr、W、Mn、Fe、Ni、Ru、U、Pu、Np、Am、Cmから選ばれる1種類の金属であり、本発明の製造方法では、製造されるこれら金属酸化物の平均の粒子径をコントロールすることをその目的としていている。本発明の金属酸化物粒子の製造方法では、まず金属酸化物前駆体として、これらの金属の金属硝酸塩又は酸化金属硝酸塩の溶液を調整する。そして、次に、調整された前記の溶液を加熱することによって、脱硝して金属酸化物を得るが、この加熱工程においては、前記加熱工程の少なくとも一部では、ヒーターによる加熱とマイクロ波による加熱を同時に行う複合加熱方式を用いるようにしている。本発明の製造方法における加熱工程では、このようなヒーターによる加熱とマイクロ波による加熱を同時に行う複合加熱方式によって、金属酸化物前駆体である溶液による熱の吸収形態を適宜制御するので、金属酸化物粒子の生成の反応プロセスをコントロールでき、生成される金属酸化物粒子の平均粒子径の制御を行うことが可能となるのである。 Hereinafter, the method for producing metal oxide particles of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. The metal in the metal oxide produced by the method for producing metal oxide particles of the present invention is Li, Cu, Zn, Al, Mg, Co, Sr, Ba, Y, In, Ce, Si, Ti, Zr, Sn. , Nb, Sb, Ta, Bi, Cr, W, Mn, Fe, Ni, Ru, U, Pu, Np, Am, Cm, which is one kind of metal, and is manufactured by the manufacturing method of the present invention. The purpose is to control the average particle size of these metal oxides. In the method for producing metal oxide particles of the present invention, first, a metal nitrate or metal oxide nitrate solution of these metals is prepared as a metal oxide precursor. Then, the prepared solution is heated to denitrate to obtain a metal oxide. In this heating step, at least part of the heating step, heating by a heater and heating by a microwave are performed. A composite heating method that performs the above simultaneously is used. In the heating process in the production method of the present invention, the heat absorption mode by the solution that is the metal oxide precursor is appropriately controlled by such a combined heating method in which heating by the heater and heating by the microwave are simultaneously performed. It is possible to control the reaction process for generating the product particles and to control the average particle size of the metal oxide particles to be generated.

また、本発明の金属酸化物粒子の製造方法によれば、生成される金属酸化物粒子の平均粒子径の制御を行うことが可能となり、さらにこの金属酸化物粒子を原料とした焼結体の密度を、焼結体の粒径を変えることでコントロールできる可能性があるため、焼結体製造分野での原料粉調整工程への応用も可能である。
(実施例−複合加熱方式)
次に、本発明の金属酸化物粒子の製造方法を実施例に基づいてより詳しく説明する。図1は本発明の実施形態に係る金属酸化物粒子を製造するために用いられた装置の概略を説明する図である。図1において、10は加熱室、11は制御部、12はヒーター、13は温度検出部、14は断熱部材、15は反応容器、20はマグネトロン、21はマイクロ波導入口をそれぞれ示している。
In addition, according to the method for producing metal oxide particles of the present invention, it is possible to control the average particle diameter of the metal oxide particles to be produced, and further, the sintered body using the metal oxide particles as a raw material can be controlled. Since there is a possibility that the density can be controlled by changing the particle size of the sintered body, application to the raw material powder adjustment process in the sintered body manufacturing field is also possible.
(Example-combined heating method)
Next, the manufacturing method of the metal oxide particle of this invention is demonstrated in detail based on an Example. FIG. 1 is a diagram for explaining the outline of an apparatus used for producing metal oxide particles according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 10 is a heating chamber, 11 is a control unit, 12 is a heater, 13 is a temperature detection unit, 14 is a heat insulating member, 15 is a reaction vessel, 20 is a magnetron, and 21 is a microwave inlet.

図1において、本実施形態における加熱工程では、ヒーターによる加熱とマイクロ波による加熱を同時に行う複合加熱方式が採用される。このため本実施形態における加熱装置には、マイクロ波が周囲に漏洩することを防止する目的として加熱室10が設けられている。この加熱室10内には、調整された前駆体となる金属硝酸塩又は酸化金属硝酸塩の溶液を収容する反応容器15が載置される断熱部材14が設けられている。   In FIG. 1, in the heating process in the present embodiment, a composite heating method in which heating by a heater and heating by microwaves are performed simultaneously is adopted. For this reason, the heating apparatus in this embodiment is provided with a heating chamber 10 for the purpose of preventing microwaves from leaking to the surroundings. In the heating chamber 10, there is provided a heat insulating member 14 on which a reaction vessel 15 for storing a solution of a metal nitrate or a metal oxide nitrate serving as an adjusted precursor is placed.

断熱部材14には反応容器15に収容される前駆体(金属硝酸塩又は酸化金属硝酸塩の溶液)をヒーター加熱するためのリボンヒーターなどのヒーター12が設けられている。また、マグネトロン20によって発生されたマイクロ波は不図示の導波管からマイクロ波導入口21に導けれ、このマイクロ波導入口21から加熱室10に導入される。   The heat insulating member 14 is provided with a heater 12 such as a ribbon heater for heating the precursor (metal nitrate or metal oxide nitrate solution) accommodated in the reaction vessel 15. In addition, the microwave generated by the magnetron 20 is guided from a waveguide (not shown) to the microwave introduction port 21 and is introduced into the heating chamber 10 from the microwave introduction port 21.

反応容器15内の溶液には、熱電対などの温度検出部13がセットされ、金属硝酸塩又は酸化金属硝酸塩の溶液の温度を計測するようになっている。この計測値は制御部11に入力され、制御部11は溶液の温度に対応してヒーター12、マグネトロン20の出力を制御することができるようになっている。   A temperature detection unit 13 such as a thermocouple is set in the solution in the reaction vessel 15 to measure the temperature of the metal nitrate or metal oxide nitrate solution. This measured value is input to the control unit 11, and the control unit 11 can control the outputs of the heater 12 and the magnetron 20 in accordance with the temperature of the solution.

反応容器15の両端にはIn及びOutのガス配管に接続されており、In側からは、不図示の圧縮空気供給システムによって、100ml/secの圧縮空気を流入させて、Out側からは脱硝反応で生じたH2OやN成分ガスが排出させる。
(比較例1−ヒーター加熱方式)
次に、本発明の金属酸化物粒子の製造方法の比較例について説明する。図2は比較例に係る金属酸化物粒子の製造方法に用いられた装置の概略を説明する図である。図2の装置は、加熱工程で、ヒーターによる加熱のみを行う加熱方式が採用されるものである。したがって、図1に記載のハイブリッド加熱装置から、マイクロ波加熱のための構成が省略されている。また、同じ参照番号が付された構成については同様のものを示しているので説明を省略する。
(比較例2−マイクロ波加熱方式)
次に、本発明の金属酸化物粒子の製造方法の比較例について説明する。図3は比較例に係る金属酸化物粒子の製造方法に用いられた装置の概略を説明する図である。図3の装置は、加熱工程で、マイクロ波加熱のみを行う加熱方式が採用されるものである。したがって、図1に記載のハイブリッド加熱装置から、ヒーター加熱のための構成が省略されている。また、同じ参照番号が付された構成については同様のものを示しているので説明を省略する。
Both ends of the reaction vessel 15 are connected to In and Out gas pipes. From the In side, 100 ml / sec of compressed air is introduced by a compressed air supply system (not shown), and denitration reaction is performed from the Out side. The H 2 O and N component gas generated in the above are discharged.
(Comparative Example 1-heater heating method)
Next, a comparative example of the method for producing metal oxide particles of the present invention will be described. FIG. 2 is a diagram for explaining the outline of an apparatus used in the method for producing metal oxide particles according to the comparative example. The apparatus of FIG. 2 employs a heating method in which heating is performed only by a heater in the heating process. Therefore, the configuration for microwave heating is omitted from the hybrid heating device shown in FIG. The same reference numerals are assigned to the same components, and the description thereof is omitted.
(Comparative Example 2-microwave heating method)
Next, a comparative example of the method for producing metal oxide particles of the present invention will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating an outline of an apparatus used in the method for producing metal oxide particles according to the comparative example. The apparatus shown in FIG. 3 employs a heating method that performs only microwave heating in the heating process. Therefore, the configuration for heating the heater is omitted from the hybrid heating device shown in FIG. The same reference numerals are assigned to the same components, and the description thereof is omitted.

以上のような本実施形態に係る金属酸化物粒子の製造方法を含む3つの製造方法によって、金属酸化物粒子を製造した。より具体的には、前駆体として、Cu硝酸塩水和物20gをイオン交換水20mlに溶解させたものを反応容器15に収容して、本発明のハイブリッド加熱装置、比較例1のヒーター加熱装置、及び比較例2のマイクロ波加熱装置を用いて加熱工程を実施した。   Metal oxide particles were manufactured by three manufacturing methods including the method for manufacturing metal oxide particles according to the present embodiment as described above. More specifically, as a precursor, a solution obtained by dissolving 20 g of Cu nitrate hydrate in 20 ml of ion-exchanged water is contained in a reaction vessel 15, and the hybrid heating device of the present invention, the heater heating device of Comparative Example 1, And the heating process was implemented using the microwave heating apparatus of the comparative example 2.

図4はそれぞれの加熱装置で昇温速度を変化させたとき生成された酸化銅の平均粒子径を示す図である。生じた脱硝体(酸化銅)の粒子径測定にはヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に試料を分散させて、超音波分散を施した後に、レーザー散乱式粒度分布測定機(HORIBA社製 LA−920)で測定した。なお、超音波分散を2分、30分とし、それぞれを2次粒子、1次粒子として評価した。図4(A)に2次粒子の結果が、また図4(B)は1次粒子の結果がそれぞれ示されている。   FIG. 4 is a diagram showing the average particle diameter of the copper oxide produced when the heating rate is changed by each heating device. The particle size of the resulting denitrated body (copper oxide) was measured by dispersing the sample in an aqueous solution of sodium hexametaphosphate and applying ultrasonic dispersion, and then measuring with a laser scattering particle size distribution analyzer (LA-920, manufactured by HORIBA). did. In addition, ultrasonic dispersion was set to 2 minutes and 30 minutes, and each was evaluated as secondary particles and primary particles. FIG. 4A shows the result of secondary particles, and FIG. 4B shows the result of primary particles.

図4からも分かるように、複合加熱方式(ハイブリッド加熱方式)、ヒーター加熱方式、マイクロ波加熱方式のうちのどの加熱方式を用いたとしても、昇温速度が早ければ早いほど平均粒子径が小さくなる傾向がある。また、マイクロ波加熱方式によって得られた酸化銅粒子は、ヒーター加熱方式によって得られた酸化銅粒子よりも粒子径が小さくなるが、複合加熱方式(ハイブリッド加熱方式)によって得られた酸化銅粒子は2つの加熱方式の間の粒子径のものとなる。このように本発明の金属酸化物粒子の製造方法における加熱工程では、ヒーター加熱方式とマイクロ波加熱方式の両方を同時に実施することによって加熱プロセスを制御し、これにより、溶液による熱の吸収形態を制御している。このような熱の吸収形態の違いによって、金属酸化物粒子の生成の反応プロセスをコントロールでき、生成される金属酸化物粒子の平均粒子径の制御を行うことが可能となるものと考えられる。   As can be seen from FIG. 4, the average particle size is smaller as the heating rate is faster, regardless of which heating method is used among the composite heating method (hybrid heating method), the heater heating method, and the microwave heating method. Tend to be. In addition, the copper oxide particles obtained by the microwave heating method have a smaller particle diameter than the copper oxide particles obtained by the heater heating method, but the copper oxide particles obtained by the composite heating method (hybrid heating method) The particle size is between the two heating methods. As described above, in the heating process in the method for producing metal oxide particles of the present invention, the heating process is controlled by simultaneously performing both the heater heating method and the microwave heating method. I have control. It is considered that the reaction process for generating metal oxide particles can be controlled by the difference in the heat absorption mode, and the average particle diameter of the generated metal oxide particles can be controlled.

また、図5はそれぞれの加熱装置で生成された酸化銅の累積粒子径分布を示している。図5(A)に2次粒子の累積粒子径分布を、また図5(B)は1次粒子の累積粒子径分布をそれぞれ示している。図5に示す累積粒子径分布のグラフでは、曲線が直立状態であればあるほど、粒度分布の幅が狭く、粒子の粒径がそろっていることとなる。図5からは、本発明に係る金属酸化物粒子の製造方法で採用している複合加熱方式(ハイブリッド加熱方式)によれば、粒径がそろった酸化銅粒子を得ることができることが分かる。   Moreover, FIG. 5 has shown the cumulative particle diameter distribution of the copper oxide produced | generated with each heating apparatus. FIG. 5A shows the cumulative particle size distribution of secondary particles, and FIG. 5B shows the cumulative particle size distribution of primary particles. In the graph of the cumulative particle size distribution shown in FIG. 5, the more upright the curve is, the narrower the particle size distribution and the more uniform the particle size of the particles. From FIG. 5, it can be seen that according to the composite heating method (hybrid heating method) employed in the method for producing metal oxide particles according to the present invention, copper oxide particles having a uniform particle diameter can be obtained.

また、図6はそれぞれの加熱装置において所定の昇温速度を得るためのエネルギーを示す図である。図6によれば、複合加熱方式(ハイブリッド加熱方式)とマイクロ波加熱方式とを比較すると、同じ昇温速度、例えば40℃/minを得るために必要なエネルギーがほぼ半分であり、本発明に係る金属酸化物粒子の製造方法で採用している複合加熱方式(ハイブリッド加熱方式)はマイクロ波加熱方式に比べてエネルギー効率がよいということができる。   Moreover, FIG. 6 is a figure which shows the energy for obtaining a predetermined temperature increase rate in each heating apparatus. According to FIG. 6, when the combined heating method (hybrid heating method) and the microwave heating method are compared, the energy required to obtain the same rate of temperature increase, for example, 40 ° C./min, is almost halved. It can be said that the composite heating method (hybrid heating method) employed in the method for producing metal oxide particles is more energy efficient than the microwave heating method.

次に、それぞれの加熱方式で得られた酸化銅粒子の粒子形状について説明する。図7はマイクロ波加熱方式によって得られた酸化銅粒子のSEM写真であり、図8はヒーター加熱方式によって得られた酸化銅粒子のSEM写真であり、図9は本発明に係る金属酸化物粒子の製造方法で採用している複合加熱方式(ハイブリッド加熱方式)によって得られた酸化銅粒子のSEM写真である。図7乃至図8のいずれの図においても(A)は2000倍のSEM画像を、(B)は400倍のSEM画像を示している。   Next, the particle shape of the copper oxide particles obtained by each heating method will be described. 7 is an SEM photograph of copper oxide particles obtained by the microwave heating method, FIG. 8 is an SEM photograph of copper oxide particles obtained by the heater heating method, and FIG. 9 is a metal oxide particle according to the present invention. It is a SEM photograph of the copper oxide particle obtained by the compound heating method (hybrid heating method) employ | adopted with the manufacturing method of this. In any of FIGS. 7 to 8, (A) shows a 2000 times SEM image, and (B) shows a 400 times SEM image.

図7に示すマイクロ波加熱方式によって得られた酸化銅粒子は、粒子径は極めて小さく、表面は凹凸が大きく歪な形をなしている。また、粒子の大きさのばらつきは小さいが、凝集した後に成長したような歪な大きい粒子も存在する。   The copper oxide particles obtained by the microwave heating method shown in FIG. 7 have a very small particle diameter, and the surface has a large and uneven shape. In addition, although there are small variations in the size of the particles, there are large distorted particles that grow after aggregation.

図8に示すヒーター加熱方式によって得られた酸化銅粒子は、粒子径は大きく、表面は繊維状である。また、形状は球の形をしたものが多い。また、粒子径のばらつきがある。しかし、これは凝集体が成長したものではなく、粒子によって異なる成長の度合いで成長したものに見える。   The copper oxide particles obtained by the heater heating method shown in FIG. 8 have a large particle diameter and a fibrous surface. The shape is often a sphere. There is also a variation in particle size. However, this is not an aggregate growth, but appears to have grown at different degrees of growth depending on the particles.

図9に示す本発明に係る金属酸化物粒子の製造方法で採用している複合加熱方式(ハイブリッド加熱方式)によって得られた酸化銅粒子は、粒子径は小さく、マイクロ波加熱方式による粒子よりわずかに大きい程度である。表面は繊維状である。また、粒子の大きさのばらつきは小さく、形状は球の形をしたものが多い。凝集後に成長したような歪で大きい粒子はあまり見られない。   The copper oxide particles obtained by the composite heating method (hybrid heating method) employed in the method for producing metal oxide particles according to the present invention shown in FIG. 9 have a smaller particle size and are slightly smaller than particles by the microwave heating method. It is a big degree. The surface is fibrous. Further, the variation in particle size is small, and the shape is often a sphere. There are not many large particles with strain such as those grown after aggregation.

以上のことから、本発明に係る金属酸化物粒子の製造方法によれば、粒子の形状の制御を行うことも可能であることがわかる。   From the above, it can be seen that according to the method for producing metal oxide particles according to the present invention, the shape of the particles can be controlled.

次に、それぞれの加熱装置によって製造される粒子の成長過程予測について説明する。図10はマイクロ波加熱装置における温度分布と酸化銅粒子の成長との関係を模式的に説明する図であり、図11はヒーター加熱装置における温度分布と酸化銅粒子の成長との関係を模式的に説明する図であり、図12は複合波加熱装置における温度分布と酸化銅粒子の成長との関係を模式的に説明する図である。また、図10乃至図12のいずれの図においても、(A)は装置全体における温度分布の模式図を、(B)は局所的温度分布の模式図を示している。   Next, the growth process prediction of the particles produced by each heating device will be described. FIG. 10 is a diagram schematically illustrating the relationship between the temperature distribution and the growth of copper oxide particles in the microwave heating apparatus, and FIG. 11 is a schematic diagram illustrating the relationship between the temperature distribution and the growth of copper oxide particles in the heater heating apparatus. FIG. 12 is a diagram schematically illustrating the relationship between the temperature distribution and the growth of copper oxide particles in the composite wave heating apparatus. In any of FIGS. 10 to 12, (A) shows a schematic diagram of the temperature distribution in the entire apparatus, and (B) shows a schematic diagram of the local temperature distribution.

マイクロ波加熱方式によって得られた酸化銅粒子は、ヒーター加熱方式によって得られた酸化銅粒子よりも粒子径が小さくなる原因は以下のように考えられる。反応容器15に収容される前駆体(金属硝酸塩又は酸化金属硝酸塩の溶液)をマイクロ波で加熱すると、溶液中の局所に偏在的にヒートスポット(局所的な高温場)が形成される。このようなヒートスポットにおいては、一気に脱硝反応が進行し、酸化銅粒子が形成されこととなる。そして、ヒートスポットで生成された酸化銅粒子はマイクロ波の吸収性が高いため、非常に高温となるために、粒子成長することができずに粒子径が小さくなると考えられる。すなわち、マイクロ波加熱の場合、ヒートスポットと酸化銅粒子周りの局所的な高温場が形成されるために粒子径が小さくなる。   The reason why the copper oxide particles obtained by the microwave heating method have a smaller particle diameter than the copper oxide particles obtained by the heater heating method is considered as follows. When the precursor (metal nitrate or metal oxide nitrate solution) accommodated in the reaction vessel 15 is heated by microwaves, heat spots (local high-temperature fields) are locally distributed in the solution. In such a heat spot, the denitration reaction proceeds at a stretch, and copper oxide particles are formed. And since the copper oxide particle produced | generated by the heat spot has high microwave absorptivity, since it becomes very high temperature, it is thought that particle diameter cannot be grown but particle diameter becomes small. That is, in the case of microwave heating, a local high temperature field around the heat spot and the copper oxide particles is formed, so that the particle diameter is reduced.

また、マイクロ波加熱の場合、反応容器15中の溶液全体としてみると中心部が高温で外周部は低温になる。このために、マイクロ波加熱では局所的な高温場、急峻な温度勾配と装置内のバルクスケールの温度分布が形成されるために、生成する酸化銅粒子の粒度分布がブロードになると言える。   Further, in the case of microwave heating, when the entire solution in the reaction vessel 15 is viewed, the central portion is hot and the outer peripheral portion is cold. For this reason, it can be said that in the microwave heating, a local high temperature field, a steep temperature gradient, and a temperature distribution of the bulk scale in the apparatus are formed, so that the particle size distribution of the generated copper oxide particles becomes broad.

一方、ヒーター加熱の場合、ヒートスポットが発生することなく、局所に生成した酸化銅粒子による発熱が生じないために、バルク温度(全体温度)と粒子が生成される場の温度が等しいために、マイクロ波加熱の場合よりも脱硝速度が遅くなり、粒子成長が可能となり粒径が増大するものと想定される。また、ミクロスコピックな温度勾配やバルクスケールの温度分布が少ないため、粒度分布がシャープになっている。   On the other hand, in the case of heater heating, heat spots do not occur and heat is not generated by locally generated copper oxide particles, so the bulk temperature (overall temperature) and the temperature of the field where the particles are generated are equal, It is assumed that the denitration rate is slower than in the case of microwave heating, particle growth is possible, and the particle size is increased. In addition, since the microscopic temperature gradient and the bulk temperature distribution are small, the particle size distribution is sharp.

本発明の実施形態に係る金属酸化物粒子の製造方法が採用しているハイブリッド加熱方式(複合加熱方式)では、マイクロ波のみによる加熱方式に比べると、マイクロ波出力を低下させているので、マイクロ波加熱で生じるヒートスポットの数や温度、酸化銅粒子の発熱量は低下することとなる。このために、ハイブリッド加熱方式においては、ある程度粒子成長することができ、粒子径がマイクロ波加熱方式とヒーター加熱方式との間となることと考えられる。また、外周部が断熱部材14によって断熱されており、バルクスケールの温度分布も均一化されているために粒度分布が均一化されているものと考えられる。   In the hybrid heating method (composite heating method) employed in the method for producing metal oxide particles according to the embodiment of the present invention, the microwave output is reduced compared to the heating method using only microwaves. The number and temperature of heat spots generated by wave heating and the calorific value of the copper oxide particles will decrease. For this reason, in the hybrid heating method, the particles can grow to some extent, and the particle diameter is considered to be between the microwave heating method and the heater heating method. Moreover, since the outer peripheral part is thermally insulated by the heat insulation member 14, and the temperature distribution of the bulk scale is also uniform, it is considered that the particle size distribution is uniform.

以上、本発明の金属酸化物粒子の製造方法によれば、加熱工程では、ヒーターによる加熱とマイクロ波による加熱を同時に行う複合加熱方式によって、金属酸化物前駆体である溶液による熱の吸収形態を適宜制御するので、金属酸化物粒子の生成の反応プロセスをコントロールでき、生成される金属酸化物粒子の平均粒子径の制御を行うことが可能となる。   As described above, according to the method for producing metal oxide particles of the present invention, in the heating step, the heat absorption mode by the solution that is the metal oxide precursor is obtained by the combined heating method in which heating by the heater and heating by the microwave are performed simultaneously. Since it controls suitably, the reaction process of the production | generation of a metal oxide particle can be controlled, and it becomes possible to control the average particle diameter of the metal oxide particle produced | generated.

また、本発明の金属酸化物粒子の製造方法によれば、生成される金属酸化物粒子の平均粒子径の制御を行うことが可能となり、さらにこの金属酸化物粒子を原料とした焼結体の密度を、焼結体の粒径を変えることでコントロールできる可能性があるため、焼結体製造分野での原料粉調整工程への応用も可能である。   In addition, according to the method for producing metal oxide particles of the present invention, it is possible to control the average particle diameter of the metal oxide particles to be produced, and further, the sintered body using the metal oxide particles as a raw material can be controlled. Since there is a possibility that the density can be controlled by changing the particle size of the sintered body, application to the raw material powder adjustment process in the sintered body manufacturing field is also possible.

10・・・加熱室
11・・・制御部
12・・・ヒーター
13・・・温度検出部
14・・・断熱部材
15・・・反応容器
20・・・マグネトロン
21・・・マイクロ波導入口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Heating chamber 11 ... Control part 12 ... Heater 13 ... Temperature detection part 14 ... Heat insulation member 15 ... Reaction container 20 ... Magnetron 21 ... Microwave inlet

Claims (2)

金属酸化物前駆体として、金属硝酸塩又は酸化金属硝酸塩の溶液を調整する調整工程と、
前記調整工程で調整された前記溶液を反応容器に収容する収容工程と、
前記反応容器をマイクロ波導入口が設けられた加熱室内に載置する載置工程と、
前記反応容器の周囲に配されたヒーターと、前記マイクロ波導入口から前記加熱室内に導入されると共に、前記反応容器内に前記反応容器を介して前記溶液に対し間接的に入射されるマイクロ波とで、前記溶液を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱された前記溶液の温度を計測する計測工程と、
前記計測工程で計測された温度に基づいて、前記ヒーターによる加熱と前記マイクロ波による加熱の制御を行う制御工程と、
を有する金属酸化物粒子の製造方法において、
前記加熱工程の少なくとも一部では、ヒーターによる加熱とマイクロ波による加熱を同時に行う複合加熱方式が用いられることで、前記溶液による熱の吸収形態を制御し、前記溶液の昇温速度を調整することで金属酸化物粒子の粒径制御を行うことを特徴とする金属酸化物粒子の製造方法。
As a metal oxide precursor, an adjustment step of adjusting a solution of metal nitrate or metal oxide nitrate,
An accommodating step of accommodating the solution adjusted in the adjusting step in a reaction vessel;
A placing step of placing the reaction vessel in a heating chamber provided with a microwave inlet;
A heater disposed around the reaction vessel, and a microwave that is introduced into the heating chamber from the microwave introduction port and indirectly incident on the solution through the reaction vessel into the reaction vessel; And a heating step of heating the solution;
A measuring step of measuring the temperature of the solution heated in the heating step;
Based on the temperature measured in the measurement step, a control step for controlling heating by the heater and heating by the microwave,
In the method for producing metal oxide particles having
In at least a part of the heating step, a combined heating method in which heating by a heater and heating by a microwave are simultaneously used is used to control the heat absorption mode by the solution and adjust the temperature rising rate of the solution. A method for producing metal oxide particles, comprising controlling the particle size of the metal oxide particles.
前記金属酸化物における金属がLi、Cu、Zn、Al、Mg、Co、Sr、Ba、Y、In、Ce、Si、Ti、Zr、Sn、Nb、Sb、Ta、Bi、Cr、W、Mn、Fe、Ni、Ru、U、Pu、Np、Am、Cmから選ばれる1種類の金属であることを特徴とする請求項1に記載の金属酸化物粒子の製造方法。 The metal in the metal oxide is Li, Cu, Zn, Al, Mg, Co, Sr, Ba, Y, In, Ce, Si, Ti, Zr, Sn, Nb, Sb, Ta, Bi, Cr, W, Mn 2. The method for producing metal oxide particles according to claim 1, wherein the metal oxide particles are one kind of metal selected from Fe, Ni, Ru, U, Pu, Np, Am, and Cm.
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