KR101153043B1 - 역류 혼합 반응기 - Google Patents

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Abstract

상이한 밀도들을 가지는 유체들의 흐름들을 효율적으로 혼합하기 위한 역류 혼합 반응기가 제공된다. 바람직한 실시예에서, 상기 유체들 중 하나는 초임계수이고, 나머지는 수용성 염 용액이다. 그리하여, 상기 반응기는 종래의 반응기 설계들에서 고유한 비효율적인 혼합으로 인하여 반응기가 폐색되는 위험없이, 연속공정으로서 금속 산화물 나노입자들의 제조를 가능하게 한다. 이 반응기를 이용하여 다양한 금속 나노입자들을 얻기 위한 방법들이, 이들 방법들에 의하여 얻어질 수 있는 입자들인 것처럼, 또한 주장된다.
유체, 흐름(stream), 역류, 혼합 반응기,

Description

역류 혼합 반응기{Counter current mixing reactor}
본 발명은 유체 흐름의 효율적인 혼합을 가능하게 하는 역류 혼합 반응기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 하나의 흐름은 가열, 가압 또는 초임계(supercritical) 상태인 유체의 흐름이고 다른 하나의 흐름은 고밀도 유체의 흐름일 수 있다. 더 바람직하게는, 하나의 흐름은 초임계수(supercritical water: scH2O)의 흐름이고 다른 하나의 흐름은 금속 함유 용액의 흐름일 수 있다. 가장 바람직하게는, 본 발명은 파이프 구조를 폐색하지 않고서 종래의 반응기 설계 기술에 비해 더 개선된 형태로 입자의 크기와 모양을 제어할 수 있는 방식으로 고온수(high temperature water)에서의 금속들 또는 금속 산화물들의 나노입자들(nanoparticles)을 연속적으로 합성하는데 이용될 수 있다.
나노미터(nanometer) 단위의 크기를 가지는 금속 및 금속 산화물의 입자들은 그 용도가 광범위하며, 그 예로는 촉매제(catalysts), 염료(pigments), 광택제(polishes), 자외선 흡수제(ultraviolet absorbers), 세라믹(ceramics) 등이 있다. 당업계에서 잘 알려져 있듯이 이러한 입자들은 가열, 가압 또는 초임계 상태의 물을 이용한 금속염(metal salts) 수용성 용액의 화학적 반응에 의해 형성될 수 있 다. 기본적으로 이러한 방법은 화학적 반응의 연속적인 수행을 가능하게 하므로 다른 나노입자 형성 방법들에 비하여 비용 및 실현성의 측면에서 매우 유리한 장점들을 가진다. 그러나, 현재의 방법들을 이용하여 그러한 화학적 반응을 상업적 규모(commercial scale)로 수행하기가 어렵다. 그 이유는 기존의 반응기 구성들이 침전(precipitation) 반응의 효과적인 제어를 불가능하게 하여 반응기의 잦은 폐색과 입자의 크기와 모양에 대한 부적절한 제어를 초래하기 때문이다. 따라서, 이러한 과정에서 물과 염용액(salt solution)이 혼합되는 반응기의 설계는 생성되는 나노입자들의 크기와 성질 측면에서 매우 중요하다.
본 발명은 촉매 반응적으로 활성적일 수 있는 금속 및 금속 산화물의 소정 범위의 나노입자들을 생성하기 위한 보다 효율적이며 융통성 있는 방법을 제공하기 위한 것으로서, 그리하여 산업적인 응용 가능성을 가진다.
입자의 크기는 촉매 반응 및 여타의 용도들에서 중요할 수 있으며 금속의 성질과 의도되는 응용 분야에 의해서도 좌우된다. 일례로, 상업적으로 유용한 세륨 (cerium) 산화물(존슨 매티(Johnson Matthey)사)은 250m2/g의 표면적을 가지며, 60-100m2/g의 더 작은 표면적을 가지는 은 입자도 상업적으로 유용하다. 최적화되지 않고서도 본 발명의 반응기는 100m2/g의 표면적을 가지는 CeO2의 미립자들을 생성하였다. 이는 기본적으로 작용 조건과 금속염의 밀도를 조절하여 생성되는 입자의 크기를 감소시키기 위한 추가적인 작업으로 상당히 개선될 수 있다.
촉매제의 표면적도 매우 중요하지만, 입자들의 물리적인 성질도 의도된 응용 분야에서 성공적인지의 여부를 결정하게 된다. 예를 들어, 지르코늄(zirconium) 산화물 나노입자들은 대개 구조적으로 비결정질이며 이는 많은 촉매 응용 분야들에서 적절한 형태가 아니다. 본 발명의 반응기는 훨씬 더 유용한 결정성 ZrO2를 생성하였다.
초임계 유체들 특히 초임계수는 금속 나노입자들을 생성하는데 이용되어 왔으며(Adschiri, Kanazawa 등 1992; Adschiri, Hakuta 등 2000; Galkin, Kostyuk 등 2000; Adschiri, Hakuta 등 2001; Cabanas, Darr 등 2001; Cote, Teja 등 2002; Hao and Teja 2003; Viswanathan and Gupta 2003; Viswanathan, Lilly 등 2003), 기존의 방법들 모두는 다양한 형태의 T-형 또는 Y-형 반응기를 이용하고 있다(도 1 참조).
이러한 방법들의 주요 단점은 입자들의 침전 위치가 제어되지 못한다는데 있다. 입자들은 반응기의 파이프 구조 특히 유입구 파이프에서 쉽사리 침전되는 것으로 알려져 있다. T-분기(T-piece) 반응기들은 고밀도 유체 유입구에서 자주 폐색되어 반응기를 청소하고 재조립하기 위해 소요되는 비용과 불편함이 따르는 비가동 시간(down time)을 초래한다고 알려져 왔다. 이러한 폐색 현상은 고밀도의 공급 유체가 T 분기에 도달하는데 걸리는 수 분(minutes) 이내에 발생할 수 있다. 또한, 시스템이 가압되는 경우에는, 잦은 폐색으로 인해 안전성이 저해되는 문제가 두드러지게 발생하게 된다(즉, 폭발의 위험성이 증가하게 된다). 본 발명은 이러한 문제점을 충분히 제거할 수 있는 새로운 형태의 반응기를 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 측면에 따른 상이한 밀도들을 가지는 둘 이상의 유체들을 연속적으로 혼합하기 위한 역류 혼합 반응기는 제1 유입구 및 유출구를 포함하여 구성되되, 하나 이상의 추가적인 유입구들이 상기 제1 유입구들에 정반대 방향에 위치하며 상기 유출구의 내부에 배치됨을 특징으로 한다.
본 발명의 주된 장점은 상기 혼합 반응기가 상기 유체들의 밀도의 차이를 이용하여 사전 혼합 현상(pemixing)과 정체 현상(stagnation)을 방지함으로써 파이프 구조 또는 반응기의 폐색 현상을 감소시킨다는데 있다. 이는 다른 반응기 구성들에서의 주된 문제점이 되며 혼합기에 대한 상기 유입구들에서의 역혼합(back mixing)에 의해 발생된다. 이는 혼합 지점의 미립자 형성 상류 흐름(particulate formation upstream)을 야기하여 흐름을 제한하게 되고 결국에는 반응기의 폐색 현상을 일으킨다. 본 발명은 반응기 내부 유입구들에서 혼합이 일어날 가능성을 제거함으로써 상기의 문제점을 제거한다.
상기 '상이한 밀도들'에서의 밀도 차이는 5%, 10%, 20%, 50%, 100%, 500% 또는 이러한 값들 사이의 값들보다 큰 밀도 차이들을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 두 종류의 유체들을 연속적으로 혼합하기 위한 역류 혼합 반응기는 제1 유입구 및 유출구를 포함하여 구성되되, 다른 추가적인 유입구가 상기 제1 유입구들에 정반대 방향에 위치하며 상기 유출구의 내부에 배치됨을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 하나 이상의 추가적인 유입구들은 상기 유출구의 내부에 동축상으로(co-axially) 배치된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 방향으로 흐르는 반응 유체를 포함하도록 조절되는 제1 도관(conduit)과 제2 반응 유체를 포함하도록 조절되는 제2 도관이 제공되되, 상기 유출구는 적어도 상기 제1 방향과 대체적으로 반대되는 방향으로 향하는 구성요소를 구비하며 상기 제1 도관의 내부에 배치된다.
상기 '대체적으로 반대되는 방향'은 측방향(45°)으로부터 정반대 방향(180°)까지의 방향들을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 역류 혼합 반응기는 수직적인 구조로 배열된다. 이러한 구조에서, 저 밀도의 유체는 상측의 유입구로 유입될 수 있으며 그에 따라 하측의 유입구로 유입되는 고 밀도의 유체와 혼합될 수 있다.
바람직하게는, 상기 유체들 중의 적어도 하나는 그 상태가 서브(sub), 근임계(near critical) 또는 초임계 상태이다. 여기서, 초임계 유체는 탄화 수소(hydrocarbons)(예: 아세톤(acetone)), 물 또는 고밀도 상태의 가스를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 유체들 중의 적어도 하나 예를 들어 상기 저밀도 유체는 가열수, 가압수 또는 초임계수이다.
바람직하게는, 상기 저밀도의 유체(예: 가열, 가압 또는 초임계화된 물)는 상기 유출구 주변에 위치하는 히터를 이용하여 뜨거운 상태로 유지된다. 따라서 상기 반응들이 최초의 혼합 지점을 벗어나서 지속될 수 있으며 그로 인해 생성 입자들의 질 내지 양이 개선될 수 있다.
바람직하게는, 상기 유체들 중 적어도 하나는 금속 염 또는 화합물의 용액이고, 더 바람직하게는, 금속염 또는 화합물의 수용액이고, 가장 바람직하게는, 전이 금속염 용액이다. 특히 바람직하게는, 상기 유체들 중 적어도 하나, 예를 들어, 더 높은 밀도의 유체는 루테늄, 카드뮴, 로듐, 팔라듐, 철, 세륨, 티타늄, 지르코늄, 구리 및 은으로 구성되는 천이금속들로부터 선택된 금속들의 수용성 금속염 용액이고, 특히 바람직하게는, 상기 금속염은 산화물이다.
더 높은 밀도의 유체는 바람직하게는 더 낮은 밀도의 유체보다 더 차다. 이를 위하여, 더 높은 밀도의 유체는 상기 혼합 반응기로 유입되기 전에 냉각되고 그리고/또는 더 낮은 밀도의 유체는 상기 혼합 반응기로 유입되기 전에 가열된다.
더 높은 밀도의 유체, 예를 들어, 금속염 용액을 냉각하는 장점은 혼합이 발생할 때까지 상기 금속염을 상대적으로 차게 있도록 하는 것이다. 그러므로, 상기 금속염 용액의 사전 가열은 일어나지 않는다. 이는 에너지를 절감하고, 염 흐름의 온도를 증가시키므로써 금속염이 너무 이르게 석출하는 가능성을 제거한다. 이는 어떤 금속염들, 예를 들어, 구리염들에서 발생하는 것으로 알려지는데, 금속염 용액의 벌크 온도(bulk temperature)가 50-60 ℃ 이상이면 구리염들이 용액으로부터 석출할 수 있다. 때이른 석출 경향은 부분적으로는 금속염과 상기 금속염의 용액내 밀도에 달려있다. 또한, 훨씬 더 뜨거운 임계수(H2O) 흐름과 순간적으로 접촉하고 있는 금속염 용액의 빠른 가열은 입자들이 형성되도록 한다. 아울러, 본 발명은 수용성 염 흐름을 차게 유지하고 상기 염 흐름의 화학적 반응이 일어나는 영역에 도달할 때까지 이 수용성 흐름의 혼합 또는 상호작용을 방지하므로써 종래의 반응기 설계들로 경험한 폐색의 문제점들을 제거한다. 이는 놀랍게도 석출을 조절하고 화학 반응점에 그것을 국부화한다. 추가적인 장점은 차가운 염 용액이 효과적인 히트싱크로서 작용하여 발열반응으로부터 열을 제거할 수 있다.
바람직하게는, 더 높은 밀도의 유체, 예를 들어, 금속염 용액은 히트싱크를 이용하여 냉각된다. 금속염 유입구 주변에서 히트싱크를 이용하는 장점은 효율적인 열소멸이 그 반응으로부터 확실하게 이격되도록 하기 위한 것이고, 이는 두 개의 흐름들의 혼합을 방해하지 않고서 냉각될 수 없는 대부분의 존재하는 냉각기 설계들에서는 실용적이지 않다.
더 높은 밀도의 유체가 냉각되는지 아니면 더 낮은 밀도의 유체가 가열되는지의 여부에 상관없이 바람직하게는 두 유체 흐름들 사이에 온도 차이가 있다는 것이 이해될 것이다. 이상적으로는, 그러한 온도 차이는 50, 100, 200, 300, 400 또는 500 ℃보다 큰 값이거나 이들 값들 중 임의의 것들 사이의 범위들 내일 것이다. 가장 바람직하게는, 상기 온도 차이는 380 ℃이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 하나 이상의 추가적인 유입구들은 노즐 형태, 예를 들어, 콘형상의 깔때기를 포함한다.
깔때기 형상은 상기 두 흐름들의 조절된 혼합과 대칭적인 혼합을 허용한다. 이는 T-분기가 상기 두 흐름들을 혼합하기 위하여 공통적으로 사용되는 현재의 기술상태에 비하여 매우 대조적이다. 상기 반응기가 파이프만으로 동작될 수 있기 때문에, 깔때기는 설계의 필수적인 부분은 아니라는 사실을 주목하여야 한다. 그러나, 유입구가 단지 파이프일 때, 상기 깔때기는 두 용액들의 혼합을 돕고 더 일치하는 입자 크기와 형태가 얻어지도록 한다. 선행기술에서 선호되는 T-분기는 상기 유입구들로부터 상기 혼합 영역 전체에 걸친 균일한 혼합을 생성하지 못하여, 빈번한 반응기 폐색과 그에 따르는 비가동시간으로 귀결되었다.
바람직하게는, 상기 둘 이상의 유체 흐름들은 소정 압력 하에서 혼합된다. 더 바람직하게는, 상기 둘 이상의 유체 흐름들은 50, 100, 200, 300 또는 400 bar의 값 또는 이들 값들 중 임의의 둘 사이의 범위들까지 가압된다. 가장 바람직하게는, 상기 둘 이상의 유체 흐름들은 225 bar까지 가압된다.
본 발명의 제2 측면으로서, 직렬로 배열된 하나 이상의 혼합 반응기들을 포함하는 혼합 챔버가 제공된다. 이 배열은 입자 크기의 추가적인 정제를 위하여 둘 이상의 유체들의 연속적인 혼합을 허용하는 장점을 가진다.
본 발명의 제3 측면으로서, 혼합 반응기의 제1 유입구를 통하여 금속염 용액의 전달과 서브, 근 임계 또는 초임계 상태(예를 들어, 초임계수)에서 상기 제1 유입구와는 정반대되는 추가적인 유입구를 통한 유체의 전달을 포함하는 금속 입자들을 제조하기 위한 방법으로서, 상기 추가적인 유입구는 혼합될 용액들이 일단 혼합되면 반응기를 나가도록 유출구 내에 배치된 방법이 제공된다.
본 발명에 의하여 제공되는 더 효율적인 혼합은 이전에 관찰된 것보다 상당히 더 높은 표면적들을 갖는 금속 산화물 나노입자들의 생성을 허용한다. 예를 들어, ZrO2 나노입자들은 그들의 촉매 활동도를 잠재적으로 증가시킬 수 있는 상대적으로 높은 표면적인 200 m2/g을 가진 본 발명의 방법에 의하여 제조되었다. 이전에 제조하기 어려웠던 금속 및 금속 산화물들은 상당히 감소된 폐색, 예를 들어, 약 60 m2/g에서 은을 가진 본 발명의 반응기에서 조제되었다. 이는 잠재적인 나노입자들 금속을 기본으로 하는 촉매들의 더 넓은 범위가 종래의 장치 설계들에서보다 본 발명의 혼합 반응기에서 제조될 수 있을 것이라는 것을 보여준다.
본 발명의 제4 측면으로서, 초임계수의 용액을 수용성 금속(예: 천이 금속) 염 용액과 혼합하는 것을 포함하는 금속 나노입자들을 제조하기 위한 방법으로서, 상기 수용성 금속 염 용액이 혼합 이전에 냉각되는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
본 발명의 제5 측면으로서, 여기에서 정의된 방법에 의하여 얻어질 수 있는 금속 나노입자들이 제공된다. 바람직하게는, 얻어진 상기 입자들은 둘 이상의 금속들의 혼합물이다.
도 1은 일반적으로 알려진 T- 및 Y-형태의 반응기들의 도해이다.
도 2는 본 발명의 역류 혼합 반응기의 도해이다.
도 3은 CFD 모델링에 의하여 발생된 본 발명의 역류 혼합 반응기 내에서 깔때기 배열의 도해이다.
도 4는 입자들의 연속적인 제조를 가능하게 하는 본 발명의 역류 혼합 반응 기를 결합한 리그(rig)의 도해이다.
도 5는 결과적인 입자들의 표면적에 대하여 증가하는 유량의 효과를 보여주는 그래프이다.
도 6은 결과적인 입자들의 표면적에 대하여 증가하는 온도의 효과를 보여주는 그래프이다.
도 2를 먼저 참고하면, 수용성 흐름이 반응기의 바닥으로 유입된다. 상기 반응기의 바닥은 상기 수용액이 바람직하게는 히트싱크에 의하여 냉각되는 곳이다. 이 용액은 상향으로 압력을 받는다. 초임계수가 반대방향, 즉 하방으로 유입된다. scH2O는 상기 수용액 흐름보다 밀도가 낮아서 반응 챔버 내에서 위쪽으로 상승하여, 언제나처럼 수용성 염 용액과 긴밀하게 혼합된다. 이 혼합은 매우 효율적이어서 수용성 배출액으로부터 아래쪽으로 분리될 수 있는 금속 산화물 나노입자들을 발생시킨다.
본 발명은 두 가지 반응 흐름들(즉, scH2O와 차가운 수용성 염 용액) 사이의 밀도 차의 장점을 가진다. 이 차이는 상기 반응기 내에서 강하고, 바람직한 혼합 환경을 생성하고, 혼합점의 강한 에디 다운스트림(eddies downstream)을 유도한다. 이들 에디들은 금속 산화물 입자들을 분산시키는 것을 돕고 이들 입자들이 반응기를 폐색하지 않도록 이들을 멀리 나르는 것을 도울 때 바람직하다.
바람직한 실시예에서, 상기 반응기는 도 3에 도시된 것처럼 깔때기를 결합한다. 이는 반응물들의 혼합을 돕고, 혼합 다운스트림과 관련된 펄싱(pulsing) 현상을 회피한다. scH2O가 밀도가 낮아서 흐르고 있는 차가운 용액보다 부유성이 더 있을 때, scH2O 막은 깔때기의 표면 상에 형성된다. 이 막은 흘러 지나가는 차가운 수용액과 매우 효율적으로 혼합되고, 이는 scH2O와 상기 수용액 사이의 반응의 운동학에 유익한 효과를 가진다.
도 4는 일반적으로 1로서 표시되는 본 발명의 혼합 반응기를 결합하는 리그의 흐름도이다. 이 리그는 물을 400 ℃의 온도까지 가열하는 프리히터 오븐을 포함한다. 이후 물 흐름은 225 bar의 압력으로 물을 담고 있는 제1 저수조로부터 상부 유입구까지 Gilson HPLC 펌프에 의하여 펌핑된다. 동시에, 수용성 금속염의 흐름은 225 bar의 압력으로 수용성 금속염을 담고 있는 제2 저수조로부터 하부 유입구를 통하여 상온에서 추가적인 Gilson HPLC 펌프에 의하여 펌핑된다. 혼합 다음으로, 혼합된 흐름은 Tescom 백-프레져 레귤레이터(back-pressure regulator)에 의하여 조절되는 압력 트랜스듀서(2)에 의하여 소정 압력으로 여과되기 전에 상기 흐름을 냉각하도록 기능하는 수냉기를 통과한다. 소정 압력에서의 여과후에, 나노입자들(3)이 수집될 수 있다.
본 발명은 다음의 비제한적인 예들을 참조하여 설명될 것이다.
예 1: 나노입자 CeO2 의 제조
반응도:
다음의 반응은 도 4에 도시된 리그 구성에 결합된 본 발명의 혼합 반응기를 이용하여 수행되었다.
가수분해: Ce(NO3)4 + 4H2O → Ce(OH)4(s) + 4HNO3
탈수: Ce(OH)4 → CeO2 + 2H2O
시스템 압력은 228 bar로 설정되었다. 금속염 용액(Ce(NO3)4, (0.2 M))은 상기 반응기를 통하여 5 ml/분의 유량으로 흘려졌다. 총 250 ml의 금속염 용액이 50 분의 동작 과정동안 사용되었다. scH2O는 400 ℃의 온도에서 상기 반응기를 통하여 10 ml/분의 유량으로 흘려졌다. 상기 반응기는 이 반응이 지속되는 동안 밴드 히터(band heater)를 이용하여 370 ℃의 온도로 유지되었다.
고압 펌프들과 백 프레져 레귤레이터 시스템은 리그 전체에 걸쳐서 압력이 유지되고 이후 분위기 온도와 압력에서 액체 생성물이 배출되도록 하는 종기시에 감소되도록 한다. 본 발명을 이용하여 리그는 시간당 2-5 g의 금속 산화물을 생성하는 것을 막지 않고서 수시간 동안 운용될 수 있다.
위에서 설명된 것과 유사한 흐름 및 밀도 조건들을 이용하여 본 발명의 혼합 반응기로부터 얻어진 다른 결과들의 선택이 아래의 표 1에 도시된다:
금속 타입 BET 표면적 평균입자크기 (XRD 또는 표면적 계산 중 어느 하나로부터 얻어진)
TiO2 113 m2/g 13 nm
CeO2 평균 100 m2/g 9 nm
ZrO2 194 m2/g 6 nm
ZnO 16.5 m2/g 64 nm
CuO / Cu2O / Cu 10 - 20 m2/g 50 nm
Cu0 .5Zn0 .5O2 55 m2/g 15 nm
Fe2O3 218 m2/g 21 nm
Ag 60 m2/g 9 nm
예 2: 반응기 내에서 유량에 따르는 표면적의 조절
도 5는 반응기를 통한 질산세륨(cerium nitrate)의 유량을 증가하는 효과를 보여준다. 입자 사이즈가 감소하기 시작하는 8 ml/분의 값까지 금속 염의 흐름을 증가시키면서 표면적(65 m2/g부터 100 m2/g까지)을 증가시키는 흥미로운 경향이 분명히 있다. 이 증가는 유속과 반응 운동학 사이의 관계에 의하여 야기되고 감소는 금속염이 초과하여 더 큰 입자들이 생성되는 것에 의하여 야기된다.
예 3: 반응기 내에서 온도에 따르는 표면적의 조절
흥미로운 한 가지 영역은 반응기 내에서 동작 온도와 표면적에 대한 그것의 충격의 효과이다. 상기 반응기는 외부에서 임의의 주어진 서브, 근사 또는 초임계 온도까지 가열될 수 있고, 표면적(그리고 간접적으로, 입자 크기)과 동작 온도 사이의 관계가 확립될 수 있다. 반응기 내부의 가열된 물 유입구가 서브 임계로 동작하더라도, 금속염과 가열된 물 사이의 온도차이는 여전히 존재하고, 이는, 도 2에 도시된 것처럼, 유입 흐름이 위쪽으로부터 파이프의 아래쪽 흐름 유입구로 바뀌도록 할 것이다.
도 6은 표면적이 동작 온도에 따라서 어떻게 크게 증가하는 지를 보여주는 그래프이다. 이는 입자 크기(그리고 가능하게는 형태)가 반응기의 동작 조건들을 조절하는 것에 의하여 조절될 수 있다는 것을 보여준다.
참고문헌들
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Claims (32)

  1. 밀도가 서로 다른 둘 이상의 유체들을 연속적으로 혼합하고, 상기 유체들은 제 1 유체 및 제 2 유체를 포함하고, 상기 제 1 유체는 상기 제 2 유체보다 밀도가 낮고, 제 1 유입구, 유출구 및 하나 이상의 추가적인 유입구를 포함하고, 상기 하나 이상의 추가적인 유입구는 상기 제 1 유입구와 정반대 방향에 위치하며 상기 유출구 내에 배치되는 역류 혼합 반응기에 있어서,
    상기 역류 혼합 반응기는 상기 제 1 유체를 가열하도록 상기 유출구 주위에 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역류 혼합 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    추가적인 유입구는 상기 제 1 유입구와 정반대 방향에 위치하며, 상기 유출구 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 역류 혼합 반응기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 역류 혼합 반응기는 상기 유체들 중 적어도 하나를 근 임계 상태 또는 초임계 상태로 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 역류 혼합 반응기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 역류 혼합 반응기는 상기 유체들 중 적어도 하나를 가열된 물, 가압된 물 또는 초임계수의 형태로 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 역류 혼합 반응기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 역류 혼합 반응기는 상기 제 1 유입구를 통해 유입된 제 2 유체를 냉각하는 히트 싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 역류 혼합 반응기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 추가적인 유입구는 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 역류 혼합 반응기.
  7. 제1항에 따른 역류 혼합 반응기를 이용하여 금속 또는 금속 산화물 나노입자를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 역류 혼합 반응기의 제 1 유입구를 통해 제 2 유체인 금속염 용액을 전달하는 단계; 및
    추가적인 유입구들 또는 상기 추가적인 유입구들 중 하나를 통하여 근 임계 상태 또는 초임계 상태로 제 1 유체를 전달함으로써, 상기 제 1 유체와 상기 금속염 용액이 혼합되면, 혼합된 용액은 역류 혼합 반응기에서 빠져나가는 단계를 포함하고,
    상기 금속 또는 금속 산화물 나노입자 제조 방법은 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체 간의 온도 차이를 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 금속 또는 금속 산화물 나노입자 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유체들 중 적어도 하나는 가열된 물, 가압된 물 또는 초임계수인 것을 특징으로 금속 또는 금속 산화물 나노입자 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제 1 유체는 히터를 이용하여 가열되는 것을 특징으로 금속 또는 금속 산화물 나노입자 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 금속염 용액은 금속염 또는 화합물의 수용액인 것을 특징으로 금속 또는 금속 산화물 나노입자 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수용액은 루테늄, 카드뮴, 로듐, 팔라듐, 철, 세륨, 티타늄, 지르코늄, 구리 및 은을 포함한 천이 금속들로부터 선택된 적어도 하나의 금속의 수용성 금속염 용액인 것을 특징으로 금속 또는 금속 산화물 나노입자 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제 2 유체는 상기 제 1 유체보다 온도가 낮은 것을 특징으로 금속 또는 금속 산화물 나노입자 제조 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 금속 또는 금속 산화물 나노입자 제조 방법은 초임계수 용액을 수용성 금속염 용액과 혼합하는 단계를 포함하고,
    상기 수용성 금속염 용액은 혼합 이전에 냉각되는 것을 특징으로 금속 또는 금속 산화물 나노입자 제조 방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 제 2 유체는 상부 방향으로 흘러가고, 상기 제 1 유체는 하부 방향으로 역류 혼합 반응기에 유입되는 것을 특징으로 금속 또는 금속 산화물 나노입자 제조 방법.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 금속 또는 금속 산화물 나노입자 제조 방법은 나노입자 세륨 산화물, 나노입자 티타늄 산화물, 나노입자 지르코늄 산화물, 나노입자 구리 산화물 및 나노입자 은 산화물을 포함하는 군으로부터 선택된 나노입자를 제조하기 위해 사용되는 것을 특징으로 금속 또는 금속 산화물 나노입자 제조 방법.
  16. 제7항에 있어서,
    상기 금속 또는 금속 산화물 나노입자 제조 방법은 혼합된 금속 산화물들을 제조하기 위해 사용되는 것을 특징으로 금속 또는 금속 산화물 나노입자 제조 방법.
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