JPWO2011024617A1 - 金属酸化物粒子の製造方法及び製造装置 - Google Patents

金属酸化物粒子の製造方法及び製造装置 Download PDF

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Abstract

光触媒活性の高い金属酸化物粒子を製造する金属酸化物粒子の製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。反応管（１１）内で、金属塩化物を含む反応ガスと前記金属塩化物を含まない酸化性ガスとを予熱してから、前記反応ガスと前記酸化性ガスとからなる合流ガスを、その合流地点（５ｂ）よりも下流側に離れた本加熱領域（Ａ）で本加熱する金属酸化物粒子の製造方法であって、前記合流ガスが合流地点（５ｂ）から本加熱領域（Ａ）の上流端（Ａ１）に達するまでの時間を２５ミリ秒未満とする金属酸化物粒子の製造方法を用いることにより、上記課題を解決できる。

Description

本発明は、金属酸化物粒子の製造方法及び製造装置に関するものであり、特に、気相で四塩化チタン蒸気と酸素とを急加熱して、酸化チタン粒子を製造する際に、高い光触媒活性を有する金属酸化物粒子の製造方法及び製造装置に関する。
本願は、２００９年８月２４日に、日本に出願された特願２００９−１９３２１３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、光触媒の分野で酸化チタン粒子が注目されている。例えば、特許文献１、２及び非特許文献１、２には、十面体の箱型形状を有し、主としてアナターゼ型結晶からなる酸化チタン粒子（以下、「十面体酸化チタン粒子」と称する。）が開示されている。
特許文献１、２及び非特許文献１には、前記十面体酸化チタン粒子は単位質量当たりの表面積が大きく、結晶性が高いとともに内部欠陥も少ないので、光触媒として高い活性を有することが記載されている。また、非特許文献２には、前記十面体酸化チタン粒子は反応性の高い（００１）面の比率が高く、光触媒として有望であることが記載されている。
酸化チタン粒子の製造方法としては、例えば、非特許文献２に記載のフッ酸を用いた水熱反応を利用する方法がある。しかし、この製造方法はフッ酸を用いる構成なので、工業的な製造には適さない。
特許文献１、２及び非特許文献１に記載の十面体酸化チタン粒子の製造方法は、反応管内に四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）蒸気と酸素（Ｏ２）ガスとを導入した後、これらのガスを反応管の外部から加熱して、下記反応式（１）に示す反応により、酸化チタン粒子（ＴｉＯ２）を製造する方法である。
ＴｉＣｌ４＋Ｏ２→ＴｉＯ２＋２Ｃｌ２…（１）
前記製造方法を用いることにより、反応管の下流側で、酸化チタン粒子を含む粉末生成物を得ることができる。この粉状生成物には、十面体酸化チタン粒子が多く含まれる。
しかし、前記製造方法で得られた十面体酸化チタン粒子は、実用的な光触媒製品に用いるには光触媒活性が不十分であり、光触媒活性の更なる向上が求められていた。
国際公開第０４／０６３４３１号 特開２００６−５２０９９号公報
草野大輔、寺田佳弘、阿部竜、大谷文章、第９８回触媒討論会（平成１８年９月）、討論会Ａ予稿集、２３４頁 Ｈｕａ Ｇｕｉ Ｙａｎｇ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ４５３，ｐ．６３８〜ｐ．６４１
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、光触媒活性の高い金属酸化物粒子を製造する金属酸化物粒子の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、四塩化チタンを含む反応ガスと四塩化チタンを含まない酸化性ガスとを予熱してから反応管内で合流させ、合流地点よりも下流側に離れた領域において前記反応ガスと前記酸化性ガスとからなる合流ガスを本加熱させる際に、前記合流地点から本加熱
領域の上流端に達するまでの時間を２５ミリ秒未満として前記合流ガスを急加熱することによって、高い光触媒活性を有する十面体酸化チタン粒子を製造できることを見出して、以下の発明を完成した。
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
（１） 反応管内で、金属塩化物を含む反応ガスと前記金属塩化物を含まない酸化性ガスとを予熱してから、前記反応ガスと前記酸化性ガスとからなる合流ガスを、その合流地点よりも下流側に離れた本加熱領域で本加熱する金属酸化物粒子の製造方法であって、
前記合流ガスが前記合流地点から前記本加熱領域の上流端に達するまでの時間を２５ミリ秒未満とすることを特徴とする金属酸化物粒子の製造方法。
（２） 前記反応管が、中空外筒と、前記中空外筒の上流側に挿入された中空内筒とからなる二重管構造部を備えており、前記中空内筒に反応ガスを流すとともに、前記中空内筒と前記中空外筒との間に前記酸化性ガスを流して、前記中空内筒の下流端部を、前記反応ガスと前記酸化性ガスの合流地点とすることを特徴とする（１）に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（３） 前記金属塩化物が四塩化チタンであり、前記金属酸化物粒子が酸化チタン粒子であることを特徴とする（１）または（２）に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（４） 前記酸化チタン粒子が十面体酸化チタン粒子であることを特徴とする（３）に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（５） 前記予熱の温度が１３６℃以上７５０℃以下であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（６） 前記本加熱の温度が８００℃以上１５００℃以下であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（７） 前記反応ガスが、酸素ガスまたは／および窒素ガスを含むことを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（８） 前記酸化性ガスが、酸素ガス、窒素ガス、アルゴン、水蒸気またはこれらのうち少なくとも２種類のガスを含むことを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（９） 前記中空内筒の下流端部よりも上流側で、前記反応ガスの線速度に対して、
前記酸化性ガスの線速度を０．１〜１０の範囲内とすることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（１０） 前記中空内筒の下流端部よりも下流側で、前記合流ガスに含まれる前記四塩化チタンの濃度を０．１〜２０体積％とすることを特徴とする（３）〜（９）のいずれかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（１１） 前記合流ガスが前記本加熱領域に滞留する時間を２〜５００ミリ秒とすることを特徴とする（１）〜（１０）のいずれかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（１２） 前記合流ガスのレイノルズ数を１０〜１００００とすることを特徴とする（１）〜（１１）のいずれかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（１３） 上流側から下流側にガスを流通させる反応管を備え、前記反応管の上流側に２以上のガスを別々に流通させる第２の領域が設けられ、前記第２の領域の下流端部に前記２以上のガスからなる合流ガスを形成する合流地点が設けられ、前記合流地点の下流側に前記合流ガスを流通させる第１の領域が設けられ、前記第１の領域の途中に前記合流ガスを本加熱する本加熱領域が設けられた金属酸化物粒子の製造装置であって、前記合流ガスが前記合流地点から前記本加熱領域の上流端に達するまでの時間を２５ミリ秒未満とするように制御する制御部を有することを特徴とする金属酸化物粒子の製造装置。
（１４） 前記制御部が、前記合流ガスの流速の制御手段を備えていることを特徴とする（１３）に記載の金属酸化物粒子の製造装置。
（１５） 前記反応管の外部であって、前記第２の領域と前記本加熱領域との間に遮熱板または遮光板を配置することを特徴とする（１３）または（１４）に記載の金属酸化物粒子の製造装置。
上記の構成によれば、光触媒活性の高い金属酸化物粒子を製造する金属酸化物粒子の製造方法及び製造装置を提供することができる。
本発明の金属酸化物粒子の製造方法は、反応管内で、金属塩化物を含む反応ガスと前記金属塩化物を含まない酸化性ガスとを予熱してから、前記反応ガスと前記酸化性ガスとからなる合流ガスを、その合流地点よりも下流側に離れた本加熱領域で本加熱する金属酸化物粒子の製造方法であって、前記合流ガスが前記合流地点から前記本加熱領域の上流端に達するまでの時間を２５ミリ秒未満とする構成なので、金属塩化物を含む反応ガスと金属塩化物を含まない酸化性ガスとをそれぞれ予熱してから、反応管内で合流させて合流ガスを形成した後、合流地点よりも下流側に離れた領域において前記合流ガスを本加熱させる際に、前記合流地点から本加熱領域の上流端に達するまでの時間を２５ミリ秒未満として、前記合流ガスを急加熱することによって、高い光触媒活性を有する金属酸化物粒子を製造することができる。
本発明の金属酸化物粒子の製造方法は、前記金属塩化物が四塩化チタンであり、前記金属酸化物粒子が酸化チタン粒子である構成なので、四塩化チタンを含む反応ガスと四塩化チタンを含まない酸化性ガスとをそれぞれ予熱してから、反応管内で合流させて合流ガスを形成した後、合流地点よりも下流側に離れた領域において前記合流ガスを本加熱させる際に、前記合流地点から本加熱領域の上流端に達するまでの時間を２５ミリ秒未満として、前記合流ガスを急加熱することによって、得られる粉末生成物中の十面体酸化チタン粒子の比率が高く、ルチル比率２％以下の高い光触媒活性を有する酸化チタン粒子を製造することができる。
本発明の金属酸化物粒子の製造装置は、上流側から下流側にガスを流通させる反応管を備え、前記反応管の上流側に２以上のガスを別々に流通させる第２の領域が設けられ、前記第２の領域の下流端部に前記２以上のガスからなる合流ガスを形成する合流地点が設けられ、前記合流地点の下流側に前記合流ガスを流通させる第１の領域が設けられ、前記第１の領域の途中に前記合流ガスを本加熱する本加熱領域が設けられた金属酸化物粒子の製造装置であって、前記合流ガスが前記合流地点から前記本加熱領域の上流端に達するまでの時間を２５ミリ秒未満とするように制御する制御部を有する構成なので、金属塩化物を含む反応ガスと金属塩化物を含まない酸化性ガスとをそれぞれ予熱してから、反応管内で合流させて合流ガスを形成した後、合流地点よりも下流側に離れた領域において前記合流ガスを本加熱させる際に、前記合流地点から本加熱領域の上流端に達するまでの時間を２５ミリ秒未満として、前記合流ガスを急加熱することによって、高い光触媒活性を有する金属酸化物粒子を製造することができる。
本発明の金属酸化物粒子の製造装置の一例を示す模式図である。 金属酸化物粒子の製造装置の比較例を示す模式図である。 図３Ａは実施例７の金属酸化物粒子（酸化チタン粒子）の２５０ｋ倍の走査型電子顕微鏡写真である。 図3Ｂは図３Ａの金属酸化物粒子の１００ｋ倍の写真である。 実施例７の金属酸化物粒子（酸化チタン粒子）のＸ線回折測定結果である。
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
（実施形態）
＜金属酸化物粒子の製造装置＞
図１は、本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造装置の一例を示す模式図である。
図１に示すように、本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造装置１０１は、中空外筒１と、中空外筒１の上流側（上流部）１ａから中空外筒１の途中まで挿入されてなる中空内筒５と、からなる反応管１１を具備するとともに、反応管１１の外部に反応管１１を局所的に加熱するように加熱装置２が配置されて概略構成されている。
＜酸化性ガス導入管＞
中空外筒１の上流側１ａには、金属塩化物を含まない酸化性ガスを導入するための酸化性ガス導入管４が接続されている。酸化性ガス導入管４は、気化器６を介して、別の酸化性ガス導入管４ａに接続されている。図では省略しているが、別の酸化性ガス導入管４ａは、バルブを介して酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）及び水の供給源に接続されている。
気化器６の温度は、たとえば、１６５℃とされており、別の酸化性ガス導入管４ａから導入された水を気化して水蒸気とする。これにより、酸素、窒素及び水蒸気の混合ガスからなる酸化性ガスを酸化性ガス導入管４から中空外筒１に供給できる構成とされている。
酸化性ガスは、四塩化チタンなどの金属塩化物を含まないガスである。具体的には、この酸化性ガスは、酸素（Ｏ２）、窒素、アルゴンなどの不活性ガス、水蒸気及びオゾン（Ｏ３）などであり、これらを単独で用いても、混合して用いてもよい。従って、酸素のみ、窒素のみ、アルゴンのみ、酸素とアルゴンなどの不活性ガスとの混合ガス、酸素と水蒸気との混合ガス、酸素と水蒸気と不活性ガスとの混合ガスまたは水蒸気と不活性ガスとの混合ガスなどを用いることができる。なお、酸素と不活性ガスの混合ガスとして、空気を用いてもよい。
＜反応ガス導入管＞
中空内筒５の上流側５ａには、別の気化器７を介して、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）などの金属塩化物の蒸気を含む反応ガスを導入するための反応ガス導入管２５ａ、２５ｂが接続されている。
図では省略しているが、反応ガス導入管２５ａは、バルブを介して金属塩化物の供給源に接続されており、金属塩化物を中空内筒５に供給できる構成とされている。また、反応ガス導入管２５ｂは、バルブを介して酸素及び窒素の供給源に接続されており、酸素及び窒素ガスを中空内筒５に供給できる構成とされている。
気化器７の温度は、たとえば、１６５℃とされており、金属塩化物を気化して金属塩化物蒸気とする。これにより、酸素、窒素及び金属塩化物蒸気の混合ガスからなる反応ガスを中空内筒５に供給できる構成とされている。
反応ガスは、四塩化チタンの蒸気を含むガスである。具体的には、この反応ガスは、四塩化チタンの蒸気と酸素との混合ガス、四塩化チタンの蒸気と不活性ガスとの混合ガスまたは四塩化チタンの蒸気と酸素と不活性ガスとの混合ガスなどを用いることができる。なお、酸素と不活性ガスの混合ガスとして、空気を用いてもよい。
＜制御部＞
なお、図１では省略しているが、本製造装置には、反応ガス及び酸化性ガスの流量を調整して、合流ガスの流速を制御する手段を備えた制御部が具備されている。制御部で合流ガスの流速を制御することによって、合流ガスが合流地点から本加熱領域の上流端までに達する時間を制御することができる。
＜反応管＞
図１に示すように、反応管１１は、中空外筒１と、中空内筒５とを有して構成されている。反応管１１は、例えば、石英などからなる円筒管である。
中空内筒５は、中空外筒１の上流側１ａから途中まで挿入されてなり、その下流端部５ｂは、中空外筒１の長手方向で中心付近となるように配置されている。これにより、反応管１１は、中空外筒１と中空内筒５とからなる第２の領域（二重管構造部）５２と、中空外筒１のみからなる第１の領域（一重管構造部）５１とを有する。つまり、反応管１１で、中空内筒５の下流端部５ｂを境に上流側が二重管構造とされ、下流側が一重管構造とされている。そのため、第２の領域５２では、２以上のガスを別々に流通させることができ、第１の領域５１では２以上のガスを合流させてなる合流ガスを流通させることができる構成とされている。
中空内筒５は、ガスを流通させる内筒開口部２６を有している。また、中空外筒１は、ガスを流通させる外筒開口部２８を有している。そして、第２の領域５２では、中空外筒１と中空内筒５との間のリング状開口部２７が設けられている。
第２の領域５２では、中空外筒１と中空内筒５を同軸構造とすることが好ましい。これにより、反応ガスを中心軸側に集めることができ、反応管１１の内壁面へ反応ガスの拡散を抑制して、反応管内壁に固着する膜状生成物（副生物）の発生を抑制することができる。
＜加熱装置＞
図１に示すように、反応管１１の外部には、中空内筒５の下流端部５ｂを中心に配置するように、２つの加熱装置２が配置されている。
加熱装置２としては、例えば、赤外線ゴールドイメージ炉を用いる。赤外線ゴールドイメージ炉は、赤外線を照射して加熱を行う装置である。加熱装置２としては、これに限られるものではなく、酸水素バーナーまたは電気ヒーターなどを用いることもよい。
なお、加熱装置２に挟まれた領域では、反応管１１外側の上流側に巻きつけた白金板６２の外表面と、下流側に巻きつけた白金板６１の外表面に、それぞれ温度センサー(熱電対)を設置している。温度センサーにより、加熱装置２から照射される赤外線により加熱された白金板６１、６２の温度を測定し、これらの測定温度に応じて、加熱装置２の上流側と下流側の赤外線強度を制御して、予熱領域Ｂ及び本加熱領域Ａの温度制御を行う。
なお、加熱装置２の温度制御方法は、これに限られるものではなく、赤外線センサーを配置してもよく、また、これらのセンサーを組み合わせた温度制御器を配置してもよい。
＜予熱領域＞
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造装置１０１には、３つの予熱領域Ｂ、Ｘ、Ｙが設けられている。
予熱領域Ｂは、中空外筒１に白金板６２が巻きつけられた領域であり、外部に２つの加熱装置２が配置されている。白金板６２は赤外線ゴールドイメージ炉のような加熱装置２から照射される赤外線を吸収することにより発熱し、白金板６２が巻きつけられた部分のみを局所的に加熱する。反応ガスおよび酸化性ガスを通過させて、所定の予熱の温度（以下、予熱温度という。）とする。
予熱領域Ｘは、気化器６の出口６ｂから中空外筒１までの領域であり、外部に電気ヒーター（図示略）などが配置されてなる。酸化性ガスを予熱領域Ｘの酸化性ガス導入管４の内部を通過させて、酸化性ガスを所定の予熱温度とする。
予熱領域Ｙは、気化器７の出口７ｂから加熱装置２の上流端までの領域であり、外部に電気ヒーター（図示略）などが配置されてなる。反応ガスおよび酸化性ガスを予熱領域Ｙの反応管１１の内部を通過させて、反応ガスおよび酸化性ガスを所定の予熱温度とする。
予熱領域Ｘ、Ｙ、Ｂの予熱温度は、１３６℃以上７５０℃以下の温度範囲とすることが好ましく、５００℃以上７５０℃以下の温度範囲とすることがより好ましく、さらに好ましくは、６００℃以上７５０℃以下の温度範囲とすることが好ましい。１３６℃以上７５０℃以下の温度範囲とすることにより、膜状生成物などを発生させることなく反応ガスおよび酸化性ガスを予熱することができる。また、６００℃以上７５０℃以下の温度範囲とすることにより、反応ガスおよび酸化性ガスの温度の均一性を高めることができ、最終的に高い光触媒活性を有する十面体酸化チタン粒子を効率よく得ることができる。
製造装置１０１においては、反応ガスと酸化性ガスとの予熱温度が１３６℃以上５００℃未満の場合、予熱温度と本加熱温度の温度差が大きくなる結果、本加熱領域Ａにおける内壁面近傍付近の合流ガスと中心軸付近の合流ガスとの間に生じる温度差が大きくなるために、不均一な温度条件で酸化チタン粒子が合成される。
これに対して、反応ガスと酸化性ガスの予熱温度が５００℃以上７５０℃以下の場合には、予熱温度と本加熱温度の温度差が小さくなる結果、本加熱領域Ａにおける内壁面近傍付近の合流ガスと中心軸付近の合流ガスとの間に生じる温度差が小さくなるために、より均一な温度条件で酸化チタン粒子が合成される。
この結果、反応ガスと酸化性ガスの予熱温度が５００℃以上７５０℃以下の場合には、５００℃未満の場合と比べて、得られる粉末生成物中の十面体酸化チタン粒子の比率が高まり、その結果、高い光触媒活性を有する十面体酸化チタン粒子が得られる。
例えば、反応ガスとして、四塩化チタンの蒸気と酸素とを含むガスを用いる場合には、予熱領域Ｘ、Ｙ、Ｂの予熱温度を８００℃以上とすると、中空内筒５内を流れる四塩化チタンの蒸気と酸素との間で酸化反応が進行して、中空内筒５内で酸化チタン粒子が生成されるとともに、中空内筒５の内壁面に膜状生成物が生成するおそれが生じる。この状態で、酸化チタン粒子の製造を続けた場合には、中空内筒５内が膜状生成物によって閉塞する。そのため、反応ガスが酸素を含む場合には、予熱温度は少なくとも８００℃未満とすることが好ましく、加熱温度の変動などを考慮すれば、予熱領域Ｘ、Ｙ、Ｂの反応ガスと酸化性ガスの予熱温度は、それぞれ７５０℃以下とすることがより好ましい。逆に、予熱領域Ｘ、Ｙ、Ｂの予熱温度を、四塩化チタンの沸点の１３６℃未満とすると、四塩化チタンの蒸気が中空内筒５内で一部凝縮する場合が発生する。
＜本加熱領域＞
反応管１１の下流側の第１の領域５１には、本加熱領域Ａが設けられている。
本加熱領域Ａは、中空外筒１に白金板６１が巻きつけられた領域であり、外部に２つの加熱装置２が配置されている。白金板６１は赤外線ゴールドイメージ炉のような加熱装置２から照射される赤外線を吸収することにより発熱し、白金板６１が巻きつけられた部分のみを局所的に加熱する。反応ガスおよび酸化性ガスを通過させて、所定の本加熱の温度（以下、本加熱温度という。）とする。
本加熱温度は、８００℃以上１５００℃以下の温度範囲とすることが好ましく、１０００℃以上１３００℃以下の温度範囲とすることがより好ましく、１１００℃以上１２００℃以下の温度範囲とすることが更に好ましい。前記本加熱温度を８００℃以上１５００℃以下の温度範囲とすることにより、反応式（１）で示した金属塩化物の酸化反応を気相で効率的に行うことができる。
例えば、四塩化チタン蒸気と酸素との間の酸化反応を効率的に進行させて、酸化チタン粒子を効率的に生成することができる。
本加熱温度が８００℃未満の場合には、先に記載した反応式（１）に示される四塩化チタン蒸気と酸素との間の酸化反応が進行せず、酸化チタン粒子を生成できない。また、本加熱温度が１１００℃未満の場合には、反応管１１内に供給された四塩化チタン蒸気の全てが消費されるわけではなく、一部が未反応のまま残留する場合が生じる。
逆に、本加熱温度が１５００℃超の場合には、酸化チタン粒子が互いに融着して、酸化チタン粒子の比表面積を低下させるとともに、アナターゼからルチル結晶構造への転移が進行し、ルチル比率が高まる。これにより、酸化チタン粒子の光触媒活性が低下する。また、本加熱温度が１２００℃超の場合には、酸化チタン粒子同士の融着が著しくなり、酸化チタン粒子の比表面積を低下させるとともに、ルチル比率が高まり、酸化チタン粒子の光触媒特性を劣化させる。
合流ガスが本加熱領域Ａを通過すると、合流ガス中で生成した金属酸化物は急冷却され、所定の粒径の金属酸化物粒子を生成する。
＜中間領域＞
予熱領域Ｂと本加熱領域Ａとの間には、中間領域Ｚが設けられている。
中間領域Ｚの長さは、合流ガスの流速をｖ（ｃｍ／ミリ秒）としたときに、２５ｖ（ｃｍ）未満となるようにされている。これにより、合流ガスをｖ（ｃｍ／ミリ秒）の流速で流すときに、合流ガス形成後２５ミリ秒未満の短時間に、前記合流ガスを本加熱領域Ａに移動できる。合流ガス形成後２５ミリ秒未満で前記合流ガスを本加熱領域Ａに移動させて、合流ガスを急加熱することにより、光触媒活性の高い十面体酸化チタン粒子などのような金属酸化物を効率的に生成することができる。
なお、合流地点５ｂから本加熱領域Ａの上流端Ａ１に達するまでの時間を移動時間と定義する。中間領域Ｚの長さを長くして、前記移動時間を２５ミリ秒以上とした場合には、合流ガスを急加熱できなくなり、高い光触媒活性を有する十面体酸化チタン粒子を効率よく生成できない。
また、中間領域Ｚを確保することにより、予熱領域Ｂの下流端部と本加熱領域Ａの上流端部との間に一定の距離を確保して、予熱領域Ｂの温度を均一にできる。中間領域Ｚを設けなければ、予熱領域Ｂの下流側が高くなるような不均一な温度分布が発生する。
＜遮光板＞
加熱装置２と反応管１１との間であって、本加熱領域Ａと予熱領域Ｂの間には、板面が反応管１の長手方向に垂直となるように、遮光板１０が配置されている。遮光板１０をこのように配置することにより、加熱装置２の上流側と下流側それぞれから照射される赤外線を分離でき、予熱領域Ｂと本加熱領域Ａの温度をそれぞれ独立に設定できる。
遮光板１０を配置しなければ、例えば、加熱装置２の下流側で放射された赤外線が上流側の白金板６２に照射され、予熱領域Ｂの温度を設定温度以上とする場合が発生する。特に、前記移動時間を２５ミリ秒未満にするために、中間領域Ｚの長さを短くする場合には、遮光板１０を設けることが効果的である。
なお、加熱装置２として酸水素バーナーまたは電気ヒーターなどを用いる場合には、遮光板１０の代わりに遮熱板を用いることが好ましい。
＜生成物回収部＞
中空外筒１の下流側１ｂには、排出管８を介して金属酸化物粒子などの生成物を回収する生成物回収部３が接続されている。生成物回収部３はバグフィルターなどからなり、生成した金属酸化物粒子を回収できる。
なお、生成物回収部３の下流側には、排気ポンプ３ａと圧力調整バルブ３ｂとが接続されている。通常、生成物回収部３に生成物がたまり、フィルターが目詰まりするにつれて、反応管１１の内部の圧力が上昇する。排気ポンプ３ａにより吸引することによって、この圧力上昇を押さえることができ、常圧付近で金属酸化物への酸化反応させることができる。なお、この際、圧力調整バルブ３ｂを調整して、排気ポンプ３ａの吸引力を調節することが好ましい。これにより、金属酸化物粒子をより効率的に生成することができる。
金属塩化物として四塩化チタンを用いた場合には、生成物回収部３で回収される金属酸化物粒子は、十面体酸化チタン粒子もしくはそれ以外の酸化チタン粒子となる。
十面体酸化チタン粒子とは、特許文献１の定義と同様に、十面体の箱型形状を有する酸化チタン粒子を意味する。
また、十面体酸化チタン粒子以外の酸化チタン粒子とは、本実施形態の製造方法で得られた酸化チタン粒子のうち、上記の十面体酸化チタン粒子として定義されないものを意味する。
＜金属酸化物粒子の製造方法＞
次に、本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法について、図１に示した金属酸化物粒子の製造装置１０１を用いて説明する。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、金属塩化物を含む反応ガスと、前記金属塩化物を含まない酸化性ガスをそれぞれ予熱温度で予熱する工程（以下、予熱工程という。）と、前記反応ガスと前記酸化性ガスとを合流して合流ガスを形成した後２５ミリ秒未満に、前記合流ガスを前記予熱温度以上の本加熱温度とした本加熱領域へ移動させる工程（以下、合流工程という。）と、前記本加熱領域で前記合流ガスを加熱して金属酸化物粒子を製造する工程（以下、本加熱工程という。）と、を有する。以下、金属塩化物として四塩化チタンを用い、金属酸化物粒子として酸化チタンを生成する場合について説明する。
＜予熱工程＞
図１に示すように、まず、酸化性ガス導入管４ａから酸素、窒素及び水を導入する。気化器６で水を水蒸気とした後、酸化性ガス導入管４へ酸素、窒素及び水蒸気からなる混合ガス（以下、酸化性ガスという。）が流し込まれる。
そして、酸化性ガスは、予熱領域Ｘを通過し、予熱領域Ｙ、Ｂの中空外筒１と中空内筒５との間のリング状開口部２７を通過する間に、一定の予熱温度に加熱される。
一方、反応ガス導入管２５ａからは四塩化チタンを導入する。気化器７で四塩化チタンが蒸気とされた後、別の反応ガス導入管２５ｂから導入された酸素及び窒素と混合されて、四塩化チタンの蒸気、酸素及び窒素からなる混合ガス（以下、反応ガスという。）が中空内筒５に流し込まれる。
そして、反応ガスは、予熱領域Ｙ、Ｂの中空内筒５の内筒開口部２６を通過する間に、一定の予熱温度に加熱される。
３つの予熱領域Ｘ、Ｙ、Ｂで加熱することにより、反応ガスと酸化性ガスの温度をより精密に、かつ、より短時間に任意の温度に制御する。
＜合流工程＞
中空内筒５の下流端部５ｂから噴出された反応ガスは、リング状開口部から噴出された酸化性ガスと、中空内筒５の下流端部５ｂで合流して合流ガスを形成する。つまり、中空内筒５の下流端部５ｂが合流地点となる。
制御部（図示略）で合流ガスの流速を制御することにより、前記合流ガスは、合流後２５ミリ秒未満に、本加熱領域Ａへ移動される。つまり、前記合流ガスは、合流後２５ミリ秒未満に、本加熱領域Ａの上流端Ａ１に達する。
＜本加熱工程＞
本加熱領域Ａでは、合流ガスを先に記載した本加熱温度で本加熱して、反応式（１）の酸化反応により、金属塩化物を金属酸化物へと変える。そして、本加熱領域Ａを合流ガスが通過すると合流ガス中の金属酸化物は急冷却されて、金属酸化物粒子からなる粉末生成物を生成する。
本加熱温度や昇温条件を変えることで、光触媒活性の異なる複数の十面体酸化チタン粒子が得られるが、光触媒活性の高い十面体酸化チタン粒子を効率よく製造するためには、四塩化チタン蒸気と酸化性ガスとからなる原料ガスを、予熱温度から本加熱温度まで急加
熱させることが好ましい。
なお、合流ガスを急加熱することにより、粉末生成物中の十面体酸化チタン粒子の比率を高めることができ、光触媒活性の高い金属酸化物粒子を多く生成できる。例えば、酸化チタン粒子は、光触媒活性の高い十面体酸化チタン粒子を多く含む。
四塩化チタン蒸気を急加熱させる方法としては、例えば、前記移動時間を短時間にすればよい。そして、前記移動時間を短時間とするには、中間領域Ｚの長さを短くするか、合流ガスの流速を早めればよい。
前記合流ガスの移動時間は、２５ミリ秒未満であることが好ましく、２０ミリ秒以下であることがより好ましく、１０ミリ秒以下であることが更に好ましい。
前記移動時間を２５ミリ秒未満と短時間にして、酸化反応が進行する本加熱温度まで前記合流ガスを急加熱することにより、効率よく酸化反応を行い、金属塩化物を光触媒活性の高い十面体酸化チタン粒子などのような金属酸化物粒子とすることができる。また、合流ガスを本加熱領域Ａに効率よく送り込むことができ、酸化反応により直ちに消費された四塩化チタンを効率よく補充することができる。また、粉末生成物中の十面体酸化チタン粒子の比率を高めることができる。さらにまた、ルチル比率を１％以下と低くして、高い光触媒活性を有する金属酸化物粒子が得られる。
逆に、前記移動時間を２５ミリ秒以上とすると、前記合流ガスを本加熱領域Ａに効率的に送り込めない場合が発生して、粉末生成物中の十面体酸化チタン粒子の比率を低くするとともに、光触媒活性を低下させるおそれが生じる。
本加熱領域Ａでは、反応管１１の内壁面近傍の合流ガスの温度が反応管１１の中心軸付近の合流ガスの温度よりも高温となる。すなわち、内壁面近傍付近の合流ガスと中心軸付近の合流ガスとの間で温度差が生じる。
また、本加熱領域Ａは、外部の加熱装置２により加熱される反応管１１の内壁面が最も高温とされるので、この部分で酸化反応が生じやすくなり、反応管１１の内壁面に膜状生成物が固着する。この膜状生成物は、四塩化チタン蒸気の濃度が高いほど生成しやすい。
［四塩化チタンの濃度］
第１の領域（一重管構造部）５１で、中空外筒１内を流れる合流ガス中の四塩化チタンの濃度は、０．１〜２０体積％とすることが好ましく、０．１〜５体積％とすることがより好ましく、０．２〜２体積％とすることが更に好ましい。中空外筒１内を流れる合流ガス中の四塩化チタンの濃度を上記範囲内とすることにより、高い光触媒活性を有する十面体酸化チタン粒子が得られる。
また、第１の領域（一重管構造部）５１で、中空内筒１内を流れる合流ガス中の四塩化チタン濃度が低いほど、粉末生成物を構成する酸化チタン粒子の一次粒子径が小さくなり、比表面積が増大する。中空外筒１内を流れる合流ガス中の四塩化チタン濃度を上記範囲内とすることにより、高い光触媒活性を有する粉末生成物が得られる。
［線速度］
第２の領域（二重管構造部）５２で、反応ガスの線速度に対して、酸化性ガスの線速度を０．１〜１０の範囲内とすることが好ましく、０．２５〜４の範囲内とすることがより好ましく、０．３〜３の範囲内とすることが更に好ましい。
反応ガスと酸化性ガスをほぼ同一の速度で流すことにより、得られる粉末生成物中の十面体酸化チタン粒子の比率が高まり、光触媒活性も高まる。
また、第２の領域（二重管構造部）５２で、反応ガスの線速度に対する酸化性ガスの線速度を０．１未満、または１０超とした場合には、粉末生成物中の十面体酸化チタン粒子の比率が低下し、光触媒活性も低下する。
［滞留時間］
合流ガスが本加熱領域Ａに滞留する時間（以下、滞留時間という。）は、２〜５００ミリ秒の範囲内であることが好ましく、５０〜２５０ミリ秒の範囲内であることがより好ましく、５０〜１５０ミリ秒の範囲内であることが更に好ましい。
前記滞留時間が５００ミリ秒超の場合には、酸化チタン粒子同士が融着しやすくなり、ルチル比率が高まり、末生成物中の十面体酸化チタン粒子の比率が低下し、光触媒活性が低下する。
逆に、前記滞留時間が２ミリ秒未満の場合には、本加熱領域Ａを通過する際に完全に四塩化チタンの酸化反応が行われず、未反応の四塩化チタンが残り、酸化チタン粒子の生産性が低下するとともに、粉末生成物中の十面体酸化チタン粒子の比率も低下し、光触媒活性が低下する。
［レイノルズ数］
合流ガスのレイノルズ数は、１０〜１００００の範囲であることが好ましく、２０〜２０００の範囲であることがより好ましく、４０〜５００の範囲であることが更に好ましい。
レイノルズ数を上記範囲内とすることにより、反応管１１の外側への四塩化チタン蒸気の拡散を抑制する酸化性ガスの効果を高めることができる。これにより、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の量を減らすことができる。この効果が最も高いのは、レイノルズ数が４０〜５００の範囲の層流となる場合である。
レイノルズ数が１００００を超える場合には、合流ガスの乱流状態が顕著になり、反応管１１の中心軸付近から内壁面側への四塩化チタン蒸気の拡散を抑制する酸化性ガスの効果が失われ、反応管１１の内壁面への膜状生成物の固着量が増える。
逆に、レイノルズ数が１０未満の場合には、反応ガス及び酸化性ガスの線速度がそれぞれ低くなり、反応管１１の中心軸付近から内壁面側への四塩化チタン蒸気の拡散を抑制する酸化性ガスの効果が失われ、反応管１１の内壁面への膜状生成物の固着量が増える。
また、レイノルズ数を１０〜１００００の範囲内とすることにより、粉末生成物中の十面体粒子の比率が高まり、光触媒活性が高まる。
一方、合流ガスのレイノルズ数が１０未満、または１００００超となる場合には、粉末生成物中の十面体粒子の比率が低下し、光触媒活性も低下する。
レイノルズ数Ｒｅは、Ｒｅ＝Ｄ×ｕ×ρ／μという式で計算する。ここで、Ｄは中空外筒１の内径（ｍ）であり、ｕは線速度（ｍ／ｓ）であり、ρは密度（ｋｇ／ｍ３）であり、μは粘度［ｋｇ／（ｍ×ｓ）］である。
本実施形態では、中空外筒１の内径Ｄの値として２１（ｍｍ）を用いる。また、ｕの値としては、反応後の合流ガス（Ｃｌ２＋Ｏ２）の線速度（本加熱温度換算値）を用いる。ρの値としては、反応後の合流ガス（Ｃｌ２＋Ｏ２）の密度（本加熱温度換算値）を用いる。さらに、μの値としては、反応後の合流ガスの粘度（本加熱温度換算値）を用いる。
［合流ガスの線速度ｕ］
反応後の合流ガス（Ｃｌ２＋Ｏ２）の線速度ｕの値として、反応ガス（ＴｉＣｌ４＋Ｏ２）の線速度ｕ（本加熱温度換算値）を用いる。
先に記載した反応式（１）の反応により、反応ガスに含有させたＴｉＣｌ４がすべて消費された場合には、ＴｉＣｌ４の２倍（流）量のＣｌ２が生成するとともに、Ｏ２はＴｉＣｌ４の分だけ消費されて、Ｏ２流量が減少する。しかし、生成するＴｉＯ２は粒子でありガスではないので、この反応前後で流れる気体全体の流量は変わらない。
［合流ガスの密度ρ］
反応後の合流ガス（Ｃｌ２＋Ｏ２）の密度ρの値を計算するために、単位時間当たりに流れる反応後の合流ガスの流量（すなわち、反応ガスの流量）を用いる。
まず、反応後の合流ガスの流量を本加熱温度換算した流量をＸ本加熱温度（ｍ３）とする。反応後の合流ガスの流量Ｘ本加熱温度（ｍ３）の標準状態（０℃、１ａｔｍ）における流量を用いて、合流ガスの質量Ｙ０℃，１ａｔｍ（ｋｇ）が求まる。このとき、反応後の合流ガスの密度ρ＝Ｙ０℃，１ａｔｍ（ｋｇ）／Ｘ本加熱温度（ｍ３）となる。
反応後の合流ガス（Ｃｌ２＋Ｏ２）の粘度μの計算には、μ＝ｅｘｐ｛ａ＋ｂ×ｌｎ（ｔ＋２７３）｝という算出式を用いる。上記算出式において、ｔは温度であり、ここでは本加熱温度である。また、ａ、ｂは使用するガスの種類によって決まる定数であり、Ｃｌ２についてはａ＝０．０１５、ｂ＝０．８６４であり、Ｏ２についてはａ＝１．２８９、ｂ＝０．７１１という値である。なお、ａ、ｂのこれらの値は、すでに既知となっているｔとμの組み合わせから、ａとｂの連立方程式を解いて得た値である。
以下の式により、反応後の合流ガス（Ｃｌ２＋Ｏ２）の粘度μを平均化して、反応後の合流ガスの粘度μ（本加熱温度時）を求める。
反応後の合流ガスの粘度μ（１２００℃時）＝｛（Ｃｌ２の流量の本加熱温度換算値）×（本加熱温度時のＣｌ２の粘度）＋（Ｏ２の流量の本加熱温度換算値）×（本加熱温度時のＯ２の粘度）｝／｛反応後の合流ガス（Ｃｌ２＋Ｏ２）の流量｝
以上、金属酸化物粒子として酸化チタン粒子を例として説明したが、これに限られるものではなく、たとえば、前記金属酸化物粒子は、酸化ケイ素粒子、酸化スズ粒子などでもよい。これらの金属酸化物粒子を製造する場合には、それぞれ四塩化ケイ素蒸気及び四塩化スズ蒸気を含む反応ガスを使用する。
なお、金属酸化物粒子として酸化チタン粒子を生成する場合には、反応ガスとして四塩化チタンの蒸気と酸素とからなる混合ガスを用い、酸化性ガスとして酸素ガスを用いることが、最も好ましい。この組み合わせを用いることにより、「粉末生成物中の十面体酸化チタン粒子の比率」を高くすることができ、得られる粉末生成物の光触媒活性が高くなると共に、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制することができる。
また、反応ガスとして四塩化チタンの蒸気と窒素とからなる混合ガスを用い、酸化性ガスとして酸素ガスを用いてもよい。この場合にも、「粉末生成物中の十面体酸化チタン粒子の比率」は高くすることができ、高い光触媒活性を有する酸化チタン粒子を得ることができる。
さらに、反応ガスとして四塩化チタンの蒸気と酸素とからなる混合ガスを用い、酸化性ガスとして酸素と水蒸気とからなる混合ガスを用いてもよい。
この場合には、（水の物質量［ｍｏｌ］）／（四塩化チタンの物質量［ｍｏｌ］）の比の値により、異なる状態の生成物を得ることができる。例えば、（水の物質量［ｍｏｌ］）／（四塩化チタンの物質量［ｍｏｌ］）の比を３以上とした場合には、反応管１１の内壁面に膜状生成物が全く固着されず、中空内筒５の下流端部５ｂに、筒状の固形生成物が成長する。この現象は（水の物質量［ｍｏｌ］）／（四塩化チタンの物質量［ｍｏｌ］）の比が大きくなるほど顕著になる。また、粉末生成物中の粒子同士の融着も非常に大きくなる。また、（水の物質量［ｍｏｌ］）／（四塩化チタンの物質量［ｍｏｌ］）の比を０．５〜３の範囲内とした場合には、中空内筒５の下流端部５ｂに生じる筒状の固形生成物の成長が抑制され、その長さは短くなる。また、この範囲内で水蒸気の供給量を増すほど、膜状生成物の量は減り、粉末生成物中の粒子同士の融着が大きくなる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、反応管１１内で、金属塩化物を含む反応ガスと前記金属塩化物を含まない酸化性ガスとを予熱してから、前記反応ガスと前記酸化性ガスとからなる合流ガスを、その合流地点５ｂよりも下流側に離れた本加熱領域Ａで本加熱する金属酸化物粒子の製造方法であって、前記合流ガスが合流地点５ｂから本加熱領域Ａの上流端Ａ１に達するまでの時間を２５ミリ秒未満とする構成なので、金属塩化物を含む反応ガスと金属塩化物を含まない酸化性ガスとをそれぞれ予熱してから、前記合流ガスを本加熱させる際に、前記合流ガスを急加熱することによって、高い光触媒活性を有する金属酸化物粒子を製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、反応管１１が、中空外筒１と、中空外筒１の上流側に挿入された中空内筒５とからなる二重管構造部５２を備えており、中空内筒５に反応ガスを流すとともに、中空内筒５と中空外筒１との間に前記酸化性ガスを流して、中空内筒５の下流端部５ｂを、前記反応ガスと前記酸化性ガスの合流地点５ｂとする構成なので、金属塩化物を含む反応ガスと金属塩化物を含まない酸化性ガスとをそれぞれ予熱してから、反応管１１内で合流させて合流ガスを形成した後、中空内筒５の下流端部の合流地点５ｂよりも下流側に離れた領域において前記合流ガスを本加熱させる際に、合流地点５ｂから本加熱領域Ａの上流端Ａ１に達するまでの時間を２５ミリ秒未満として、前記合流ガスを急加熱することによって、高い光触媒活性を有する金属酸化物粒子を製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、前記金属塩化物が四塩化チタンであり、前記金属酸化物粒子が酸化チタン粒子である構成なので、四塩化チタンを含む反応ガスと四塩化チタンを含まない酸化性ガスとをそれぞれ予熱してから、反応管１１内で合流させて合流ガスを形成した後、合流地点５ｂよりも下流側に離れた領域において前記合流ガスを本加熱させる際に、合流地点５ｂから本加熱領域Ａの上流端Ａ１に達するまでの時間を２５ミリ秒未満として、前記合流ガスを急加熱することによって、高い光触媒活性を有する酸化チタン粒子を製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、前記酸化チタン粒子が十面体酸化チタン粒子である構成なので、四塩化チタンを含む反応ガスと四塩化チタンを含まない酸化性ガスとをそれぞれ予熱してから、反応管１１内で合流させて合流ガスを形成した後、合流地点５ｂよりも下流側に離れた領域において前記合流ガスを本加熱させる際に、合流地点５ｂから本加熱領域Ａの上流端Ａ１に達するまでの時間を２５ミリ秒未満として、前記合流ガスを急加熱することによって、高い光触媒活性を有する十面体酸化チタン粒子を効率的に製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、前記予熱の温度が１３６℃以上７５０℃以下である構成なので、高い光触媒活性を有する金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、前記本加熱の温度が８００℃以上１５００℃以下である構成なので、高い光触媒活性を有する金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、前記反応ガスが、酸素ガスまたは／および窒素ガスを含む構成なので、高い光触媒活性を有する金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、前記酸化性ガスが、酸素ガス、窒素ガス、アルゴン、水蒸気またはこれらのうち少なくとも２種類のガスを含む構成なので、高い光触媒活性を有する金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、中空内筒５の下流端部５ｂよりも上流側で、前記反応ガスの線速度に対して、前記酸化性ガスの線速度を０．１〜１０の範囲内とする構成なので、高い光触媒活性を有する金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、中空内筒５の下流端部５ｂよりも下流側で、前記合流ガスに含まれる前記四塩化チタンの濃度を０．１〜２０体積％とする構成なので、高い光触媒活性を有する金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、前記合流ガスが本加熱領域Ａに滞留する時間を２〜５００ミリ秒とする構成なので、高い光触媒活性を有する金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、前記合流ガスのレイノルズ数を１０〜１００００とする構成なので、高い光触媒活性を有する金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造装置１０１は、上流側から下流側にガスを流通させる反応管１１を備え、反応管１１の上流側に２以上のガスを別々に流通させる第２の領域５２が設けられ、前記第２の領域５２の下流端部５ｂに前記２以上のガスからなる合流ガスを形成する合流地点５ｂが設けられ、前記合流地点５ｂの下流側に前記合流ガスを流通させる第１の領域５１が設けられ、前記第１の領域５１の途中に前記合流ガスを本加熱する本加熱領域Ａが設けられた金属酸化物粒子の製造装置１０１であって、前記合流ガスが合流地点５ｂから本加熱領域Ａの上流端Ａ１に達するまでの時間を２５ミリ秒未満とするように制御する制御部を有する構成なので、金属塩化物を含む反応ガスと金属塩化物を含まない酸化性ガスとをそれぞれ予熱してから、反応管１１内で合流させて合流ガスを形成した後、合流地点５ｂよりも下流側に離れた領域において前記合流ガスを本加熱させる際に、合流地点５ｂから本加熱領域Ａの上流端Ａ１に達するまでの時間を２５ミリ秒未満として、前記合流ガスを急加熱することによって、高い光触媒活性を有する金属酸化物粒子を製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造装置１０１は、前記制御部が、前記合流ガスの流速の制御手段を備えている構成なので、金属塩化物を含む反応ガスと金属塩化物を含まない酸化性ガスとをそれぞれ予熱してから、反応管１１内で合流させて合流ガスを形成した後、中空内筒の下流端部の合流地点５ｂよりも下流側に離れた領域において前記合流ガスを本加熱させる際に、前記合流ガスの流速を制御して、合流地点５ｂから本加熱領域Ａの上流端Ａ１に達するまでの時間を２５ミリ秒未満として、前記合流ガスを急加熱することによって、高い光触媒活性を有する金属酸化物粒子を製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造装置は、反応管１１の外部であって、第２の領域５２と本加熱領域Ａとの間に遮光板１０を配置する構成なので、金属塩化物を含む反応ガスと金属塩化物を含まない酸化性ガスとをそれぞれ予熱する際に、加熱装置２の下流側からの赤外線を遮断できるとともに、合流ガスを本加熱させる際に、加熱装置２の上流側からの赤外線を遮断することができ、予熱温度および本加熱温度を精密に制御して、高い光触媒活性を有する金属酸化物粒子を製造することができる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
（実施例１）
＜装置準備＞
まず、中空外筒１としては外径２５．１ｍｍ、内径２１．１ｍｍ、厚み２．０ｍｍの石英管を使用し、中空内筒５としては外径１２．０ｍｍ、内径７．９ｍｍ、厚み２．１ｍｍの石英管を使用して、中空外筒１と中空内筒５とが同軸となるように配置して二重管構造を有する反応管１１を作製した。
次に、反応管１１の一部に白金板を１２ｃｍ巻きつけ、この部分に赤外線が当たるように加熱装置（赤外線ゴールドイメージ炉：アルバック理工株式会社製）２を配置して、本加熱領域Ａを設定した。
次に、中空内筒５の下流端部５ｂが本加熱領域Ａの上流端から１ｃｍ上流の位置となるように、中空内筒５を配置した。中空内筒５の下流端部５ｂより上流側に、１２ｃｍの長さの白金板を巻きつけ、この部分に赤外線が当たるように加熱装置２を配置して、予熱領域Ｂを設定した。
次に、本加熱領域Ａと予熱領域Ｂに、温度制御器（図示略）を配置した。
次に、加熱装置２よりも上流側に電気ヒーターを配置して、反応ガスと酸化性ガスとを予熱する予熱領域Ｘ、Ｙを設定した。
次に、中間領域Ｚの長さは１（ｃｍ）とした。この長さは、合流ガスの流速を約０．０４７（ｃｍ／ミリ秒）としたときに移動時間を２１（ミリ秒）とする長さである。
以上のようにして、図１に示す金属酸化物粒子の製造装置１０１を準備した。
＜製造工程＞
次に、酸素（Ｏ２）ガスからなる酸化性ガスを酸化性ガス導入管４ａに導入した後、１６５℃に保温した気化器６内を通過させて、酸化性ガス導入管４へ酸化性ガスを導入した。なお、酸化性ガスの流量は、１６５７Ｎｍｌ／ｍｉｎとした。
次に、反応ガス導入管２５ａから導入した四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）を、１６５℃に保温した気化器７を通過させて四塩化チタンの蒸気とするとともに、酸素（Ｏ２）を反応ガス導入管２５ｂから導入して、四塩化チタン蒸気と酸素の混合ガスからなる反応ガスを中空内筒５へ導入した。なお、反応ガスの流量は３４３Ｎｍｌ／ｍｉｎとした。
予熱領域Ｘ、Ｙで、反応ガスと酸化性ガスをそれぞれ１５０℃に加熱した。
また、予熱領域Ｂの白金板の表面温度が７００℃になるように制御して、反応ガスと酸化性ガスを７００℃に予熱した。
さらに、予熱領域Ｂにおける反応ガスの線速度に対する酸化性ガスの線速度の比は１．０とした。
中間領域Ｚでは、予熱した反応ガスと酸化性ガスを合流した後２１ミリ秒で、本加熱領域Ａへ移動させた。
なお、中間領域Ｚの温度は７００〜１１００℃とした。
次に、本加熱領域Ａの白金板の表面温度が１１００℃になるように制御して、合流ガスを１１００℃に加熱した。また、合流ガスの本加熱領域Ａでの滞留時間を２５０ミリ秒とした。また、本加熱領域Ａにおける合流ガス中の四塩化チタンの濃度は０．２４体積％とした。また、本加熱領域Ａでの合流ガスのレイノルズ数は４７とした。
なお、このレイノルズ数は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１１００℃になっていると仮定した場合の値である。また、この滞留時間は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１１００℃になっていると仮定した場合の値である。
最後に、生成物回収部３で粉末生成物からなる金属酸化物粒子（実施例１）を回収した。
＜特性評価＞
以下のようにして、金属酸化物粒子（実施例１）の特性評価を行った。
まず、原料に対する粉末生成物の収率は８１％であった。また、得られた粉末生成物は酸化チタン粒子であった。
粉末生成物の収率とは、使用した四塩化チタンのすべてが先に記載した反応式（１）の反応によって酸化チタン生成物に変換された場合の酸化チタン生成物の質量に対して、製造された粉末生成物、すなわち酸化チタン粒子の質量の割合である。
参考として、膜状生成物の収率は、使用した四塩化チタンのすべてが先に記載した反応式（１）の反応によって酸化チタン生成物に変換された場合の酸化チタン生成物の質量に対して、製造された膜状生成物の質量の割合である。
次に、走査型電子顕微鏡で観察することにより、粉末生成物中の十面体酸化チタンの比率が７０％であることが分かった。
十面体酸化チタン粒子の比率（以下、十面体比率）とは、走査型電子顕微鏡で、５箇所以上の視野にて酸化チタン粒子（任意にサンプリングした粉末生成物）を観察して、酸化チタン粒子に対する十面体酸化チタン粒子の割合を算出したものである。
また、得られた粒子の比表面積（ＢＥＴ）は２５ｍ２／ｇであることが分かった。
次に、Ｘ線回折測定により、ルチル比率が１％であることが分かった。
このルチル比率は、Ｘ線回折測定で得られたピーク強度からルチル型結晶構造の酸化チタン粒子の割合（％）を推定した結果である。ルチル比率の推定方法は図４に記載した。なお、十面体酸化チタン粒子の光触媒活性は前記ルチル比率と相関があり、比表面積が同等の場合である場合には、前記ルチル比率の低い粒子の方が、前記ルチル比率の高い粒子よりも光触媒活性が高くなる傾向がある。特に、前記ルチル比率が１％以下の十面体酸化チタン粒子は高い光触媒活性を示す。
次に、以下のガスクロマトグラフィー法を用いることにより、光触媒活性が１２８ｐｐｍ／ｈであることが分かった。
まず、酸化チタン粉末１０ｍｇを内径２７ｍｍのシャーレに入れ、水を加え分散後、１１０℃で乾燥した。
次に、５００ｍｌチャンバー内に、このシャーレを入れて、合成エアで内部を置換後、アセトアルデヒド５００ｐｐｍ相当分、水５．８μｌ（２５℃における相対湿度５０％相当分）を入れた状態で、キセノン光源の０．２ｍＷ／ｃｍ２の光を照射して、１時間あたりに発生する二酸化炭素（ＣＯ２）量をガスクロマトグラフィーで定量した。
（実施例２）
本加熱領域Ａにおける合流ガス中の四塩化チタンの濃度を０．４８体積％とした以外は
実施例１と同様にして、実施例２の金属酸化物粒子を製造した。
原料に対する粉末生成物の収率は９３％であった。また、粉末生成物中の十面体酸化チタンの比率は８０％であることが分かった。光触媒活性は１２９ｐｐｍ／ｈであった。得られた粒子の比表面積は２０ｍ２／ｇであった。さらに、ルチル比率は１％であった。
（実施例３）
本加熱領域Ａにおける合流ガス中の四塩化チタンの濃度を０．７３体積％とした以外は実施例１と同様にして、実施例３の金属酸化物粒子を製造した。
原料に対する粉末生成物の収率は８５％であった。また、粉末生成物中の十面体酸化チタンの比率は７０％であることが分かった。光触媒活性は１２２ｐｐｍ／ｈであった。得られた粒子の比表面積は１８ｍ２／ｇであった。さらに、ルチル比率は１％であった。
（実施例４）
本加熱領域Ａにおける合流ガス中の四塩化チタンの濃度を０．１８体積％とした以外は実施例１と同様にして、実施例４の金属酸化物粒子を製造した。
原料に対する粉末生成物の収率は８８％であった。また、粉末生成物中の十面体酸化チタンの比率は７０％であることが分かった。光触媒活性は１１２ｐｐｍ／ｈであった。得られた粒子の比表面積は２６ｍ２／ｇであった。さらに、ルチル比率は１％であった。
（実施例５）
本加熱領域Ａにおける合流ガス中の四塩化チタンの濃度を０．４８体積％とし、中空内筒５として外径１２．７ｍｍ、内径１０．３ｍｍ、厚み１．２ｍｍの石英管を使用し、酸化性ガスの流量を１２１１Ｎｍｌ／ｍｉｎとし、反応ガスの流量を４５７Ｎｍｌ／ｍｉｎとした。合流ガスの本加熱領域Ａでの滞留時間を２８９ミリ秒とし、移動時間を２４ミリ秒とした。本加熱領域Ａにおけるレイノルズ数は３８とし、本加熱温度を１１５０℃とした以外は実施例１と同様にして、実施例５の金属酸化物粒子を製造した。
なお、このレイノルズ数は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１１５０℃になっていると仮定した場合の値である。また、この滞留時間は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１１５０℃になっていると仮定した場合の値である。
原料に対する粉末生成物の収率は８５％であった。また、粉末生成物中の十面体酸化チタンの比率は７０％であることが分かった。光触媒活性は１２５ｐｐｍ／ｈであった。得られた粒子の比表面積は２０ｍ２／ｇであった。
実施例５の金属酸化物粒子（酸化チタン粒子）のルチル比率は１％であった。
（実施例６）
酸化性ガスの流量を１３２０Ｎｍｌ／ｍｉｎとし、反応ガスの流量を４９８Ｎｍｌ／ｍｉｎとし、本加熱領域Ａにおけるレイノルズ数は４１とし、合流ガスの本加熱領域Ａでの滞留時間を２６５ミリ秒とし、移動時間を２２ミリ秒とした以外は実施例５と同様にして、実施例６の金属酸化物粒子を製造した。
なお、このレイノルズ数は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１１５０℃になっていると仮定した場合の値である。また、この滞留時間は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１１５０℃になっていると仮定した場合の値である。
原料に対する粉末生成物の収率は８３％であった。また、粉末生成物中の十面体酸化チタンの比率は７０％であることが分かった。光触媒活性は１３１ｐｐｍ／ｈであった。得られた粒子の比表面積は２０ｍ２／ｇであった。ルチル比率は１％であった。
（実施例７）
本加熱領域Ａにおける合流ガス中の四塩化チタンの濃度を０．４８体積％とし、中空内筒５として外径１２．７ｍｍ、内径１０．３ｍｍ、厚み１．２ｍｍの石英管を使用し、酸化性ガスの流量を１３９８Ｎｍｌ／ｍｉｎとし、反応ガスの流量を５２７Ｎｍｌ／ｍｉｎとし、本加熱領域Ａにおけるレイノルズ数は４４とし、本加熱温度を１１５０℃とした以外は実施例５と同様にして、実施例７の金属酸化物粒子を製造した。
なお、このレイノルズ数は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１１５０℃になっていると仮定した場合の値である。また、この滞留時間は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１１５０℃になっていると仮定した場合の値である。
原料に対する粉末生成物の収率は８３％であった。また、粉末生成物中の十面体酸化チタンの比率は７０％であることが分かった。光触媒活性は１３７ｐｐｍ／ｈであった。得られた粒子の比表面積は２０ｍ２／ｇであった。
図４は、実施例７の金属酸化物粒子（酸化チタン粒子）のＸ線回折測定結果である。図４のＰｅａｋ（ａ）強度及びＰｅａｋ（ｂ）強度を用いて、次式（２）により推定した。
ルチル比率（％）＝１００×（Ｐｅａｋ（ｂ）強度）／（Ｐｅａｋ（ａ）強度＋Ｐｅａｋ（ｂ）強度）…（２）
実施例７の金属酸化物粒子（酸化チタン粒子）のルチル比率は１％であった。
なお、図３Ａ，Ｂは、実施例７の金属酸化物粒子（酸化チタン粒子）の走査型電子顕微鏡写真であって、図３Ａは２５０ｋ倍の写真であり、図３Ｂは１００ｋ倍の写真である。
（実施例８）
酸化性ガスの流量を２７９５Ｎｍｌ／ｍｉｎとし、反応ガスの流量を１０５５Ｎｍｌ／ｍｉｎとし、本加熱領域Ａにおけるレイノルズ数は８８とし、合流ガスの本加熱領域Ａでの滞留時間を１２５ミリ秒とし、移動時間を１０ミリ秒とした以外は実施例５と同様にして、実施例８の金属酸化物粒子を製造した。
なお、このレイノルズ数は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１１５０℃になっていると仮定した場合の値である。また、この滞留時間は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１１５０℃になっていると仮定した場合の値である。
原料に対する粉末生成物の収率は７３％であった。また、粉末生成物中の十面体酸化チタンの比率は８０％であることが分かった。光触媒活性は１４６ｐｐｍ／ｈであった。得られた粒子の比表面積は２５ｍ２／ｇであった。ルチル比率は０％であった。
（実施例９）
酸化性ガスの流量を３４９４Ｎｍｌ／ｍｉｎとし、反応ガスの流量を１３１８Ｎｍｌ／ｍｉｎとし、本加熱領域Ａにおけるレイノルズ数は１１０とし、合流ガスの本加熱領域Ａでの滞留時間を１００ミリ秒とし、移動時間を８ミリ秒とした以外は、実施例５と同様にして、実施例９の金属酸化物粒子を製造した。
なお、このレイノルズ数は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１１５０℃になっていると仮定した場合の値である。また、この滞留時間は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１１５０℃になっていると仮定した場合の値である。
原料に対する粉末生成物の収率は３４％であった。また、粉末生成物中の十面体酸化チタンの比率は６０％であることが分かった。光触媒活性は１４９ｐｐｍ／ｈであった。得られた粒子の比表面積は４１ｍ２／ｇであった。ルチル比率は０％であった。
（実施例１０）
酸化性ガスの流量を１５１０Ｎｍｌ／ｍｉｎとし、反応ガスの流量を５７０Ｎｍｌ／ｍｉｎとし、本加熱領域Ａにおけるレイノルズ数は５０とし、本加熱温度を１０５０℃とした以外は、実施例５と同様にして、実施例１０の金属酸化物粒子を製造した。
なお、このレイノルズ数は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１０５０℃になっていると仮定した場合の値である。また、この滞留時間は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１０５０℃になっていると仮定した場合の値である。
原料に対する粉末生成物の収率は５６％であった。また、粉末生成物中の十面体酸化チタンの比率は７０％であることが分かった。光触媒活性は１４２ｐｐｍ／ｈであった。得られた粒子の比表面積は２８ｍ２／ｇであった。ルチル比率は０％であった。
（実施例１１）
酸化性ガスの流量を１５６８Ｎｍｌ／ｍｉｎとし、反応ガスの流量を５９２Ｎｍｌ／ｍｉｎとし、本加熱領域Ａにおけるレイノルズ数は５４とし、本加熱温度を１０００℃とした以外は、実施例５と同様にして、実施例１１の金属酸化物粒子を製造した。
なお、このレイノルズ数は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１０００℃になっていると仮定した場合の値である。また、この滞留時間は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１０００℃になっていると仮定した場合の値である。
原料に対する粉末生成物の収率は４５％であった。また、粉末生成物中の十面体酸化チタンの比率は７０％であることが分かった。光触媒活性は１６３ｐｐｍ／ｈであった。得られた粒子の比表面積は２４ｍ２／ｇであった。ルチル比率は０％であった。
（実施例１２）
中間領域Ｚの距離を２．５ｃｍとし、移動時間を２０ミリ秒とした以外は、実施例９と同様にして、実施例１２の金属酸化物粒子を製造した。
原料に対する粉末生成物の収率は３５％であった。また、粉末生成物中の十面体酸化チタンの比率は６０％であることが分かった。光触媒活性は１４５ｐｐｍ／ｈであった。得られた粒子の比表面積は４０ｍ２／ｇであった。ルチル比率は０％であった。
（実施例１３）
図２に示す、金属酸化物粒子の製造装置１０２を用いて実施例１３の金属酸化物粒子を製造した。製造装置１０２は、遮光板１０を用いていない以外は製造装置１０１と同一の構成とされている。なお、同一の部材・領域については同一の符号を付して示している。
製造装置１０２を用いて、中間領域Ｚの長さを２．５ｃｍとし、移動時間を２０ミリ秒とした以外は、実施例９と同様にして、実施例１３の金属酸化物粒子を製造した。
原料に対する粉末生成物の収率は３７％であった。また、粉末生成物中の十面体酸化チタンの比率は５０％であることが分かった。光触媒活性は１２５ｐｐｍ／ｈであった。得られた粒子の比表面積は４０ｍ２／ｇであった。ルチル比率は１％であった。
（比較例１）
図２は、金属酸化物粒子の製造装置の比較例を示す模式図である。比較例の製造装置１０２は、遮光板１０を用いず、中間領域Ｚの長さが６ｃｍとされた以外は製造装置１０１と同一の構成とされている。なお、同一の部材・領域については同一の符号を付して示している。
製造装置１０２を用いて、実施例１と同様にして、比較例１の金属酸化物粒子を製造した。なお、移動時間は１２６ミリ秒となる。
原料に対する粉末生成物の収率は７０％であり、粉末生成物中の十面体酸化チタンの比率は５０％であることが分かった。光触媒活性は９０ｐｐｍ／ｈであった。ＢＥＴ比表面積は２３ｍ２／ｇであった。ルチル比率は２％であった。
（比較例２）
酸化性ガスの流量を１１６５Ｎｍｌ／ｍｉｎとし、反応ガスの流量を４４０Ｎｍｌ／ｍｉｎとし、本加熱領域Ａにおけるレイノルズ数は３７とし、合流ガスの本加熱領域Ａでの滞留時間を３００ミリ秒とし、移動時間を２５ミリ秒とした以外は実施例５と同様にして
、比較例２の金属酸化物粒子を製造した。
なお、このレイノルズ数は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１１５０℃になっていると仮定した場合の値である。また、この滞留時間は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１１５０℃になっていると仮定した場合の値である。
原料に対する粉末生成物の収率は８５％であった。また、粉末生成物中の十面体酸化チタンの比率は５０％であることが分かった。光触媒活性は１０３ｐｐｍ／ｈであった。得られた粒子の比表面積は１９ｍ２／ｇであった。ルチル比率は２％であった。
（比較例３）
本加熱領域Ａにおける合流ガス中の四塩化チタンの濃度を０．４８体積％とし、中空内筒５として外径１２．７ｍｍ、内径１０．３ｍｍ、厚み１．２ｍｍの 石英管を使用し、酸化性ガスの流量を１１１８Ｎｍｌ／ｍｉｎとし、反応ガスの流量を４２２Ｎｍｌ／ｍｉｎとした。合流ガスの本加熱領域Ａでの滞留時間を３１３ミリ秒とし、移動時間を２６ミリ秒とした。本加熱領域Ａにおけるレイノルズ数は３５とし、本加熱温度を１１５０℃とした以外は実施例１と同様にして、 比較例３の金属酸化物粒子を製造した。
なお、このレイノルズ数は中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１１５０℃になっていると仮定した場合の値である。また、この滞留時間は 中空内筒５の下流端部５ｂより下流において合流ガスが１１５０℃になっていると仮定した場合の値である。
原料に対する粉末生成物の収率は８５％であった。また、粉末生成物中の十面体酸化チタンの比率は５０％であることが分かった。光触媒活性は１０８ｐｐｍ／ｈであった。得られた粒子の比表面積は１９ｍ２／ｇであった。比較例３の金属酸化物粒子（酸化チタン粒子）のルチル比率は２％であった。
（比較例４）
特性比較のため、市販の光触媒用酸化チタン粒子を購入した。この酸化チタン粒子（比較例４）は火炎法で合成された粒子であり、電子顕微鏡観察した結果、粒子形状は不定形であり、一次粒子径は２０〜６０ｎｍであった。また、Ｘ線回折測定の結果より、アナターゼとルチルが混在した粒子であることが分かった。
酸化チタン粒子（比較例４）の十面体酸化チタンの比率は０％であり、光触媒活性は７０ｐｐｍ／ｈであった。粒子の比表面積は５０ｍ２／ｇであった。
表１に、実施例１〜１１及び比較例１〜３の製造条件をまとめた。
また、表２に、実施例１〜１３及び比較例１〜４の粉末生成物の収率と粉末生成物中の十面体比率、光触媒活性、比表面積（ＢＥＴ測定値、ｍ２／ｇ）、ルチル比率をまとめた。
移動時間を１２６ミリ秒とした比較例１の酸化チタン粒子の光触媒活性９０ｐｐｍ／ｈは、比較例３の市販粒子の光触媒活性７０ｐｐｍ／ｈより若干高い程度であった。
移動時間を２５ミリ秒とした比較例２の酸化チタン粒子の光触媒活性は１０３ｐｐｍ／ｈと比較例１の酸化チタン粒子の光触媒活性よりも若干向上している程度であった。
一方、移動時間を２５ミリ秒未満とした実施例５〜９の酸化チタン粒子の光触媒活性は１２５〜１４９ｐｐｍ／ｈと、大幅に向上した。
実施例５〜９より、高い光触媒活性を得るためには２５ミリ秒未満がよく、２３ミリ秒未満がよく、２２ミリ秒未満がさらに良いことが分かる。
下流端部５ｂよりも下流における四塩化チタン濃度を０．１８〜０．７３％まで変えて特性比較を行った実施例１〜４の酸化チタン粒子は１１２〜１２９ｐｐｍ／ｈの高い光触媒活性が得られた。
実施例５〜９では移動時間を８〜２４ミリ秒の範囲で変えていると同時に、滞留時間を１００〜２８９ミリ秒の範囲で変えている。
滞留時間を変えた際の粒子の特性変化はＢＥＴ値が変わることである。滞留時間を短くするとＢＥＴ値が高くなる傾向がある。一般に、ＢＥＴ値が高まるほど、酸化チタン粒子の活性は高くなる。
実施例５〜７では滞留時間を２８９ミリ秒から２５０ミリ秒まで短くしているが、この滞留時間範囲においては、比表面積が２０ｍ２／ｇと同じである。このため、実施例５〜７で活性が高まっているのは、滞留時間を変えたことによるのではなく、移動時間を短くしたことによる。
実施例７〜９では、滞留時間を２５０ミリ秒から１２５ミリ秒、１００ミリ秒と短くしている。粉末収率が８３％から３４％に低下するものの、ＢＥＴ値が２０ｍ２／ｇから４１ｍ２／ｇまで高まった結果、光触媒活性が１４９ｐｐｍ／ｈまで高まった。
本加熱領域Ａの温度を変えて特性比較を行った実施例７、１０、１１の酸化チタン粒子は、本加熱温度を１１５０℃から１０００℃まで下げていくと、光触媒活性は１６３ｐｐｍ／ｈ程度まで高まるものの、粉末生成物の収率が４５％まで低下した。
実施例１２は遮光板有りの装置１０１を用いているのに対し、実施例１３では遮光板無しの装置１０２を用いている。実施例１３の遮光板無しの場合には、実施例１２と比較し、十面体比率と光触媒活性が若干低下する結果となった。
本発明は、金属酸化物粒子の製造方法及びその製造装置に関するものであって、特に、四塩化チタンを含む反応ガスと酸化性ガスとからなる合流ガスを急加熱して、光触媒材料として好適な十面体酸化チタン粒子もしくはそれ以外の酸化チタン粒子を製造する酸化チタン粒子の製造方法及びその製造装置に関するものであって、光触媒産業などにおいて利用可能性がある。
１…中空外筒、１ａ…上流側、１ｂ…下流側、２…加熱装置（赤外線ゴールドイメージ炉
）、３…生成物回収部、３ａ…排気ポンプ、３ｂ…圧力調整バルブ、４、４ａ…酸化性ガ
ス導入管、５…中空内筒、５ａ…上流側、５ｂ…下流側（下流端部：下流端：合流地点）
、６、７…気化器、８…排出管、１０…遮光板、１１…反応管、２５ａ、２５ｂ…反応ガ
ス導入管、２６…内筒開口部、２７…リング状開口部、２８…外筒開口部、５１…第１の
領域（一重管構造部）、５２…第２の領域（二重管構造部）、６１、６２…白金板、１０
１、１０２…金属酸化物粒子の製造装置、Ａ…本加熱領域、Ａ１…上流端、Ｂ…予熱領域
、Ｘ…予熱領域、Ｙ…予熱領域、Ｚ…中間領域。

Claims (15)

  1. 反応管内で、金属塩化物を含む反応ガスと前記金属塩化物を含まない酸化性ガスとを予熱してから、前記反応ガスと前記酸化性ガスとからなる合流ガスを、その合流地点よりも下流側に離れた本加熱領域で本加熱する金属酸化物粒子の製造方法であって、
    前記合流ガスが前記合流地点から前記本加熱領域の上流端に達するまでの時間を２５ミリ秒未満とすることを特徴とする金属酸化物粒子の製造方法。
  2. 前記反応管が、中空外筒と、前記中空外筒の上流側に挿入された中空内筒とからなる二重管構造部を備えており、
    前記中空内筒に反応ガスを流すとともに、前記中空内筒と前記中空外筒との間に前記酸化性ガスを流して、前記中空内筒の下流端部を、前記反応ガスと前記酸化性ガスの合流地点とす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。
  3. 前記金属塩化物が四塩化チタンであり、前記金属酸化物粒子が酸化チタン粒子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
  4. 前記酸化チタン粒子が十面体酸化チタン粒子であることを特徴とする請求項３に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
  5. 前記予熱の温度が１３６℃以上７５０℃以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
  6. 前記本加熱の温度が８００℃以上１５００℃以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
  7. 前記反応ガスが、酸素ガスまたは／および窒素ガスを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
  8. 前記酸化性ガスが、酸素ガス、窒素ガス、アルゴン、水蒸気またはこれらのうち少なくとも２種類のガスを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
  9. 前記中空内筒の下流端部よりも上流側で、前記反応ガスの線速度に対して、前記酸化性ガスの線速度を０．１〜１０の範囲内とすることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
  10. 前記中空内筒の下流端部よりも下流側で、前記合流ガスに含まれる前記四塩化チタンの濃度を０．１〜２０体積％とすることを特徴とする請求項３〜９のいずれか１項に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
  11. 前記合流ガスが前記本加熱領域に滞留する時間を２〜５００ミリ秒とすることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
  12. 前記合流ガスのレイノルズ数を１０〜１００００とすることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
  13. 上流側から下流側にガスを流通させる反応管を備え、前記反応管の上流側に２以上のガスを別々に流通させる第２の領域が設けられ、前記第２の領域の下流端部に前記２以上のガスからなる合流ガスを形成する合流地点が設けられ、前記合流地点の下流側に前記合流ガスを流通させる第１の領域が設けられ、前記第１の領域の途中に前記合流ガスを本加熱する本加熱領域が設けられた金属酸化物粒子の製造装置であって、
    前記合流ガスが前記合流地点から前記本加熱領域の上流端に達するまでの時間を２５ミリ秒未満とするように制御する制御部を有することを特徴とする金属酸化物粒子の製造装置。
  14. 前記制御部が、前記合流ガスの流速の制御手段を備えていることを特徴とする請求項１３に記載の金属酸化物粒子の製造装置。
  15. 前記反応管の外部であって、前記第２の領域と前記本加熱領域との間に遮熱板または遮光板を配置することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の金属酸化物粒子の製造装置。
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