TWI666311B - 具有外殼構造之觸媒擔體用鐵氧體粒子 - Google Patents

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安賀康二
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Abstract

本發明的目的在於提供一種具有低表觀密度、能夠在可控制的狀態下維持各式各樣的特性且能夠滿足在一定容積下低重量之觸媒擔體用鐵氧體粒子、使用該鐵氧體粒子作為觸媒擔體的觸媒。為了達成此目的，採用具有含有鈦氧化物的外殼構造之觸媒擔體用鐵氧體粒子，以及使用該鐵氧體粒子作為觸媒擔體的觸媒等。

Description

具有外殼構造之觸媒擔體用鐵氧體粒子
本發明是有關於一種鐵氧體粒子，詳言之，是有關於一種適合用作為觸媒擔體之觸媒擔體用鐵氧體粒子以及該鐵氧體粒子作為觸媒擔體的觸媒。
鐵氧體粒子具有種種的用途。例如是於專利文獻1(日本國專利申請：特開平6-313176號公報)中，記載有活性成分的沸石與支撐母體的基質所構成的流動接觸分解觸媒，並記載於基值中含有飽和磁化為10emu/g以下，平均粒徑為0.001~20μm的鐵氧體粒子。進而，於專利文獻2(日本國專利申請：特開2004-189513號公報)中，記載一種功能性鐵氧體粒子的製造方法，使鐵氧體粒子的表面附著玻璃質粒子，並形成熔融的玻璃質層的被覆，於玻璃被覆鐵氧體粒子的表面被覆氧化鈦，再度進行熱處理，此功能性鐵氧體粒子有用於作為光觸媒材料。作為此處所使用的鐵氧體粒子，可舉出MnZn系、MgCuZn系、NiCuZn系等。
此些專利文獻1、2中，記載有將鐵氧體粒子作為觸媒成分使用，但並未著眼於鐵氧體粒子個別的諸特性。
另一方面，於專利文獻3(日本國專利申請：特開2007-320847號公報)中，記載一種包含多個核殼陶瓷微粒子的 物品，其中核殼陶瓷微粒子包括含有多個一次微粒子及多個一次細孔的核微粒子構造體以及至少部分地圍繞核微粒子構造體的殼，且記載了作為物品的膜、感測器、電極以及吸氣劑(gatter)。
此專利文獻3中記載的核殼陶瓷微粒子，其為以釔穩定化氧化鋯作為核、鑭鐵氧體作為殼的構成，從使用鑭鐵氧體作為殼的觀點來看，其不是可以具有低表觀密度(Apparent density)，將各式各樣的特性維持在能夠控制的狀態下，能夠以較少的重量滿足一定容積者。
因此，本發明的目的在於提供一種具有低表觀密度、能夠在可控制的狀態下維持各式各樣的特性且能夠以較少的重量滿足一定容積之觸媒擔體用鐵氧體粒子、使用該鐵氧體粒子的觸媒。
為了解決上述課題，本發明者等專心研究的結果，得知具有含有鈦氧化物的外殼構造的鐵氧體粒子能夠達成上述目的，而完成了本發明。本發明是根據這些知識而進行者。
亦即，本發明提供一種觸媒擔體用鐵氧體粒子，其特徵在於具有含有鈦氧化物的外殼構造。
本發明的上述鐵氧體粒子，較佳是具有上述外殼構造的部分的厚度為0.5~10μm。
本發明的上述鐵氧體粒子，較佳是粒子內部的密度比上述外殼構造的密度低。
本發明的鐵氧體粒子的體積平均粒徑較佳為 10~100μm。
而且，本發明提供一種觸媒，使用上述鐵氧體粒子作為觸媒擔體。
本發明的觸媒，觸媒活性成分較佳為選自金、銀、銅、鉑、銠、釕、鈀、鎳、鈷的1種類以上的金屬膠態粒子。
本發明之鐵氧體粒子，藉由具有含有鈦的外殼構造而具有低表觀密度，在將各式各樣的特性維持在能夠控制的狀態下，能夠以較少的重量滿足一定容積。因此，將上述鐵氧體粒子使用作為觸媒擔體，且以此擔持觸媒活性成分的觸媒，係能夠將觸媒活性成分適當的分散擔持。
第1圖為本發明之鐵氧體粒子剖面的電子顯微鏡照片(×200)，顯示具有外殼構造的部分的厚度之測定方法。
第2圖為將由第1圖所得到的影像進行影像解析之圖表。
第3圖為顯示測定具有外殼構造的部分的外周部分之方法之第1圖的電子顯微鏡照片。
第4圖為將由第3圖所得到的影像進行影像解析之圖表。
以下，說明用以實施本發明之形態。
〈本發明之鐵氧體粒子〉
本發明之鐵氧體粒子具有含有鈦的外殼構造(核殼形狀)。藉此而能夠具有低表觀密度、且能夠在可控制的狀態下維持各 式各樣的特性。又，本發明之鐵氧體粒子為能夠滿足一定容積下較低重量之鐵氧體粒子。又，在本發明所謂鐵氧體粒子，只要未特別記載，就意味著各個鐵氧體粒子之聚集體；而且，只有稱為粒子時，是指各個鐵氧體粒子。
在此所謂的外殻構造，其是指使鐵氧體粒子埋封在樹脂之後，在使用掃瞄式電子顯微鏡(SEM)進行剖面觀察時，在剖面SEM影像中，必須為形成有能夠以目視得知之程度之外殻構造。更具體而言，其是指具有一定範圍的厚度之外周部分為具有粒子的周圍長度之80%以上者。較佳的是佔有外周部分的周圍長度之比例為90%以上。
此外殻構造的厚度是以0.5~10μm為佳，在此範圍時，能夠達成所期望的目的。外殻構造的厚度未滿0.5μm時，鐵氧體粒子的機械強度弱、因被破壞而無法發揮本來具有的各種粉體特性。特別是在使用作為載體時產生破裂，有可能成為感光鼓(photoconductor drum)傷痕之原因。若外殻構造的厚度超過10μm時，因為與先前的鐵氧體粒子沒有不同，所以即便具有外殻構造亦無法發揮所希望的效果。外殻構造的厚度以0.5~8μm為更佳，以0.5~6.5μm為最佳。。
此外殻構造的厚度之測定如下述所詳細敘述，使鐵氧體粒子埋封在樹脂之後，如第1圖及第2圖所示，能夠使用SEM進行剖面觀察、及影像處理所得到的影像而測定。
[外殻構造的厚度之測定]
在此，粒子的外殻構造的厚度之測定依照下述的程序而進行。
將鐵氧體粒子埋封.成形在樹脂之後，使用研磨機研磨剖面且進行蒸鍍金，來作為剖面觀察用(外殻部的厚度測定用)試樣。所得到的試樣使用日本電子公司製JSM-6060A，加速電壓設為5kV且以200倍視野拍攝SEM，並且將其影像資訊透過界面(interface)導入媒體控制論(Media Cybernetics)公司製影像解析軟體(Image-Pro PLUS)而進行解析。具體而言，將所得到的影像之對比調整後，藉由本解析軟體的譜線輪廓(line profile)功能，以每一個粒子提取影像的亮度。此時譜線輪廓是設定以水平方向通過粒子的大致中心的直線，在所得到的輪廓所存在的尖峰之中，使用2個標記(marker)夾住對應外殻部之尖峰，而將此時的寬度作為外殻部的厚度。而且，上述尖峰係以夾住譜線輪廓的極大值之極小值定義作極小值。此外，對比係以埋封樹脂的部分(相當於背景)的亮度調整成為最大亮度的50%以下為佳。同樣地對30個粒子進行同樣的操作，將平均值作為外殻構造的厚度。
而，外殻構造的外周部分的周圍長度之佔有比例，如以下所詳細敘述，使鐵氧體粒子埋封在樹脂之後，如第3圖及第4圖所顯示，能夠藉由使用SEM觀察剖面、及影像處理所得到的影像而測定。
[外殻構造的外周方向的比例之測定]
進行與上述同樣的影像處理，對每一個粒子之粒子的外殻構造設定譜線輪廓作為圓環或自由曲線(閉曲線)。將此時輪廓的最大亮度作為I最大，將最小亮度作為I最小，且將最大亮度與最小亮度之差作為I△時，I最小以上且未滿I最小+I△×0.2的範圍 辨識為無外殻構造的部分，I最小+I△×0.2以上且I最大以下辨識為外殻部。因而，藉由在譜線輪廓功能所得到的譜線輪廓長(周圍長度)的亮度數據之中，將成為I最小+I△×0.2以上且I最大以下之亮度的譜線輪廓長累計，除以譜線輪廓長(周圍長度)，可算出具有一定範圍的厚度之外周部分的比例而求出。針對30個粒子進行同樣的操作，且將平均值作為佔有外周部分的周圍長度之比例(=外周部分的密度)。
[粒子內部的多孔質部分的比例之測定]
進行與上述同樣的影像處理，將譜線輪廓作為直線，且設定成通過每一個粒子之粒子的中心附近。將此時輪廓的最大亮度作為I最大，將最小亮度作為I最小，且將最大亮度與最小亮度之差設為I△時，I最小以上且未滿I最小+I△×0.2的範圍辨識為無鐵氧體的部分，I最小+I△×0.2以上且I最大以下辨識為存在鐵氧體的部份。因而，藉由在譜線輪廓功能所得到的譜線輪廓長(直線)的亮度數據之中，將成為I最小+I△×0.2以上且I最大以下之亮度的譜線輪廓長累計，除以譜線輪廓長(直線)，可算出粒子內部的鐵氧體部分的比例而求出。針對30個粒子進行同樣的操作，且將平均值作為粒子內部的密度。
先前的鐵氧體粒子之低表觀密度化，主要是只有藉由鐵氧體粒子的多孔質化來達成者。此多孔質化是藉由變更正式煅燒時的煅燒條件而能夠簡便地實施為其特徵，另一方面，多孔質獨特的細孔是從表面至內部為止均勻地生成。因而，在藉由樹脂被覆和樹脂含浸進行特性控制的情況下，因為於粒子表面存在許多樹脂，所以被覆和含浸後的樹脂的影響 大，致使特性控制變為非常困難。
另一方面、本發明之鐵氧體粒子的形狀，乍看之下為先前所存在的粒狀粒子，但是在具有外殼構造的部分(外殻部)與具有多孔質構造之粒子內部之粒子密度不同。作為更具體的特徵，因為粒子內部的密度低，所以粒子的細孔容積為較大，而且，因為外殻部的密度高，所以細孔徑變大。此外，因為具有外殻構造，所以相較於先前的多孔質核，具有低的表觀密度。另外，由於鐵氧體粒子的外側和內部由局部的細孔連接，一邊有低的表觀密度以及一邊直接維持暴露出鐵氧體粒子的表面的狀態，在粒子內部能含浸分散了樹脂及功能性奈米粒子的懸浮液，因此使外殼部分與內部的多孔質部分變得可具有別的功能，因而可以新的獲得先前的鐵氧體粒子無法得到的特性。
本發明之鐵氧體粒子，以含有0.5~4重量%的鎂(Mg)及3~20重量%的錳(Mn)為佳。
本發明之鐵氧體粒子，以含有47~70重量%的鐵(Fe)為佳。
本發明之鐵氧體粒子，以含有0.5~4.5重量%的鈦(Ti)為佳。
本發明的鐵氧體粒子是藉由含有Mg而變得可容易地進行磁化的調整。Mg為未滿0.5重量%時，添加的效果弱、不能充分地進行磁化的控制。在比4重量%多時，磁化變低而在活用磁特性的用途上的使用變得困難。
本發明的鐵氧體粒子是藉由含有Mn來容易地進 行磁化與電阻的調整。Mn為未滿3重量%時，添加的效果弱、不能充分地進行磁化的控制。在比20重量%多時，由於含有相近於Mn鐵氧體的化學計量比的Mn，因此含有效果變小，沒有含有意義。而且藉由使其含有Mn，即使氧濃度為固定，可藉由煅燒溫度控制磁化。
而且，含有Mn與Mg兩種元素，由可以精確度優良的進行煅燒溫度的控制的觀點來看是較佳的。亦即，鐵氧體粒子的粗略的磁化的控制係藉Mg的含量來進行，能夠以Mn的含量更詳細的控制燒結溫度與磁化的關係。
而且，在電子照相顯影劑用載體的用途中，鐵氧體粒子藉由含有Mg，而能夠得到使用鐵氧體粒子的鐵氧體載體及全彩用調色劑所構成且帶電上升良好之顯影劑。而且，能夠提高電阻。Mg的含量為未滿0.5重量%時，無法得到充分的含有效果且電阻變低、產生霧化、色調性惡化等，致使畫質惡化。此外，在作為電子照相顯影劑用載體使用時，因為磁化變的太高，致使磁刷的刷毛變硬且成為產生刷塗條紋等的影像缺陷之原因。另一方面、Mg的含量超過4重量%時，因為磁化低落，不僅是鐵氧體載體產生飛散，而且在煅燒溫度較低時，起因於Mg之羥基所產生的影響，致使水分吸著量變大，且成為使帶電量和電阻之電特性的環境依存性惡化之原因。
本發明的鐵氧體粒子中的Fe之含量為未滿47重量%時，無法形成外殼構造。另一方面，Fe含量超過70重量%時，無法得到含Mg的效果且實質上成為與磁鐵礦(magnetite)同等的鐵氧體粒子。
本發明的鐵氧體粒子以含有0.5~4.5重量%的Ti為佳。Ti具有降低煅燒溫度之效果，不僅是能夠減少凝聚粒子，而且能夠均勻的得到皺紋狀的表面性。另一方面，鐵氧體粒子中的Ti之含量為未滿0.5重量%時，無法得到含Ti的效果、且無法獲得具有外殼構造的粒子。此外，Ti的含量為超過4.5重量%時，雖然生成核殼粒子，由於在使用於應用鐵氧體粒子的磁特性的用途變得困難，因而不佳。
本發明的鐵氧體粒子之Ti含量與不具有外殻構造之鐵氧體粒子的Ti含量之差，亦即粒子表面附近與粒子內部的Ti含量之差，以0.5~4.5重量%為佳。
在Ti含量的差比0.5重量%小的情況下，因為複合氧化物粒子的被覆量較少而不能形成外殼構造。比4.5重量%多時，磁化容易變低，由於在使用於應用鐵氧體粒子的磁特性的用途變得困難，因而不佳。
可以利用前述的剖面SEM用試樣利用根據能量分散型X線(EDX)的映射(mapping)進行元素分析來確認含有外殼構造的鈦氧化物。此處的鈦氧化物不是只有是TiO2也包含與構成作為母體的鐵氧體粒子的一種以上的元素固溶而成的化合物，例如包含Fe-Ti氧化物、Mg-Ti氧化物、Sr-Ti氧化物、Mn-Ti氧化物、Mg-Fe-Ti氧化物、Mg-Mn-Ti氧化物、Sr-Fe-Ti氧化物、Sr-Mn-Ti氧化物、Sr-Mg-Ti氧化物、Fe-Mn-Ti氧化物、Fe-Mn-Mg-Ti氧化物、Sr-Mn-Mg-Ti氧化物、Sr-Fe-Mg-Ti氧化物以及Sr-Fe-Mn-Ti氧化物。
本發明的鐵氧體粒子以含有0~1.5重量%的Sr為 佳。Sr不僅是有助於調整電阻和表面性及具有保持高磁化之效果，藉由含有Sr亦能夠得到提高鐵氧體粒子的帶電能力，特別是Ti存在下時其效果為大。Sr的含量超過1.5重量%時，殘留磁化和保磁力變高，在使用於應用鐵氧體粒子的軟磁特性的用途變得困難。
[Fe、Mg、Ti及Sr的含量]
這些Fe、Mg、Ti及Sr的含量，能夠依照下述而測定。
稱量0.2g鐵氧體粒子(鐵氧體載體芯材)，將在純水60ml添加1N的鹽酸20ml及1N的硝酸20ml而成者進行加熱，準備使鐵氧體粒子完全溶解後的水溶液，且使用ICP分析裝置(島津製作所製ICPS-1000IV)而測定Fe、Mg、Ti及Sr的含量。
本發明的鐵氧體粒子，藉由施加5K．1000/4π．A/m的磁場時之VSM測定所產生的磁化，以55~85Am2/kg為佳。鐵氧體粒子之在5K．1000/4π．A/m之磁化為未滿55Am2/kg的話，無法充分地利用在應用鐵氧體粒子的磁特性的用途。另一方面，鐵氧體粒子之在5K．1000/4π．A/m之磁化超過85Am2/kg時，則不在本發明之鐵氧體粒子的組成範圍。
[磁特性]
磁特性是使用振動試料型磁氣測定裝置(型式：VSM-C7-10A(東英工業公司製))來測定。測定試料(鐵氧體粒子)裝入內徑5mm、高度2mm的試料槽(cell)且安裝在上述裝置。測定是增加施加磁場且掃描至5K．1000/4π．A/m為止。而後，減少施加磁場且在記錄紙上製成磁滯(hysteresis)曲線。從該曲線的數據讀取在施加磁場為5K．1000/4π．A/m之磁化。又， 殘留磁化及保磁力亦同樣地算出。
本發明的鐵氧體粒子，使用雷射繞射式粒度分布測定裝置所測定的體積平均粒徑，以10~100μm為佳，較佳為15~50μm，最佳為20~50μm。鐵氧體粒子的體積平均粒徑未滿10μm的話，鐵氧體粒子內部的密度低的部分相對變小而有無法得到充分的低表觀密度的粒子的情形。鐵氧體粒子的體積平均粒徑超過100μm雖然也可以生成核殼粒子，以在一定容積緊密地填充鐵氧體粒子時的空隙弄小的意義下，較佳為100μm以下。
[體積平均粒徑]
此體積平均粒徑為使用雷射繞射散射法來測定。使用日機裝股份公司製Microtrac粒度分析計(Model9320-X100)作為裝置。在折射率設為2.42且在25±5℃、濕度55±15%的環境下進行測定。在此所稱體積平均粒徑(中值粒徑)，以體積分布模式且篩網下所表示之累積50%粒徑。分散介質使用水。
本發明的鐵氧體粒子，BET比表面積以0.2~1m2/g為佳，以0.2~0.85m2/g為更佳。
在BET比表面積小於上述範圍的情況下，意味著無法充分的形成外殼構造、且粒子內部亦形成密集的阻塞粒子，因而不佳。在BET比表面積大於上述範圍的情況下，意味著無法形成外殼構造而得到多孔質狀的鐵氧體粒子。而且，進行BET比表面積測定時，因為測定結果有可能受到測定試樣亦即鐵氧體粒子表面的水分的影響之可能性，所以較佳是進行前處理以盡可能將在試樣表面所附著的水分除去。
[BET比表面積]
此BET比表面積的測定是使用比表面積測定裝置(型式：Macsorb HM model-1208(MOUNTECH公司製))。將約5~7g的測定試料放入比表面積測定裝置專用的標準試樣槽，使用精密天秤正確地稱量，且將試料(鐵氧體粒子)安裝在測定埠(test port)，並且開始測定。測定是使用1點法進行，在測定結束時輸入試料的重量時，而自動地算出BET比表面積。而且，作為測定前的前處理，將20g左右的測定試料分到藥包紙之後，使用真空乾燥機進行脫氣至-0.1MPa為止且確認真空度到達-0.1MPa以下之後，在200℃加熱2小時。
環境：溫度；10~30℃、濕度；相對濕度20~80%且未結露。
本發明的鐵氧體粒子，在6.5mmGap施加電壓50V之電阻以5×107~1×1011Ω為佳。
在6.5mmGap施加電壓50V之鐵氧體粒子的電阻為比5×107Ω小的情況下，意味著鐵氧體組合變得接近磁鐵礦、Ti的添加量少無法充分地形成外殼構造。鐵氧體粒子的電阻為比1×1011Ω高時，鐵氧體粒子表面的Ti含量變得過高，而有使磁化大大降低的可能性。
[電阻]
此電阻是如下述進行測定。
使非磁性的平行平板電極(10mm×40mm)以電極間間隔6.5mm相對向，稱量試料(鐵氧體粒子)200mg而填充在其間。藉由將磁石(表面磁束密度：1500Gauss、接觸電極之磁石的面積：10mm×30mm)裝在平行平板電極使試料保持在電極間，並 且施加50V、100V、250V、500V及1000V的電壓，使用絕緣電阻計(SM-8210、東亞DKK(股)製)測定在這些施加電壓之電阻。
此鐵氧體粒子的細孔容積為0.06~0.2ml/g(60~200μl/g)，尖峰細孔徑以0.7~2μm為佳。
鐵氧體粒子的細孔容積未滿0.06ml/g(60μl/g)的話，意味著粒子內部的細孔小且未成為低表觀密度的粒子。而且，鐵氧體粒子的細孔容積超過0.2ml/g(200μl/g)的話，意味著表觀密度變為太低，作為一個粒子的磁性粉末之磁力下降且有應用於鐵氧體粒子的磁特性的用途出現不良之可能性。
若鐵氧體粒子的尖峰細孔徑超過2μm時，意味著未成為低表觀密度的粒子，在利用鐵氧體粒子內部的密度低的部分的用途中無法得到充分的特性。而且，鐵氧體粒子的尖峰細孔徑未滿0.7μm時，成為不具有外殼構造的多孔質狀的鐵氧體粒子的可能性高，在以鐵氧體粒子內部與外部區分功能的用途的使用有變困難的可能性。
如此，藉由使細孔容積與尖峰細孔徑在上述範圍中，能夠得到無上述之各種不良且經適當地輕量化之鐵氧體粒子。
[鐵氧體粒子的細孔徑及細孔容積]
此鐵氧體粒子的細孔徑及細孔容積之測定是如以下進行。亦即，使用水銀測孔儀(mercury porosimeter)Pascal140及Pascal240(ThermoFisher Scientific公司製)來測定。熱膨脹計(dilatometer)是使用CD3P(粉體用)、且試樣是放入開有複數個 孔穴之市售的明膠(gelatin)製膠囊，而放入熱膨脹計內。藉由Pascal140脫氣後，填充水銀且測定低壓區域(0~400kPa)，作為1st Run。接著，再次進行脫氣及低壓區域(0~400kPa)的測定，作為2nd Run。2nd Run之後，測定熱膨脹計、水銀、膠囊及試樣加在一起的重量。接著，使用Pascal240測定高壓區域(0.1MPa~200MPa)。根據此高壓部的測定而得到的水銀壓入量來求取鐵氧體粒子的細孔容積、細孔徑分布及尖峰細孔徑。又，在求取細孔徑時是將水銀的表面張力作為480dyn/cm，將接觸角作為141.3°而計算。
〈本發明之鐵氧體粒子的製造方法〉
接著，說明本發明之鐵氧體粒子的製造方法。
本發明之鐵氧體粒子的製造方法，例如能夠如以下進行。
(鐵氧體芯材用粒子的製備)
將Fe、Mn及Mg的各化合物，進而按照需要而將Sr、Ti等的化合物粉碎、混合、預煅燒之後，使用桿磨機進行粉碎，作為鐵氧體預煅燒粉末。
鐵氧體預煅燒粉末的較佳組成之一個例子為，Fe為45~68重量%、Mg為0.5~4重量%、Mn為3~22重量%、Ti為0.25~6重量%、Sr為0~2重量%。
以滿足上述鐵氧體預煅燒粉末的組合範圍被覆Ti化合物後，進行煅燒而能夠得到作為對應用途的鐵氧體粒子所需要且充分的各種特性。
將上述的鐵氧體預煅燒粉末添加水及按照需要之 分散劑、黏結劑等而作為漿料，調整黏度後，使用噴霧乾燥機粒狀化來進行顆粒製造，進一步進行脫黏結劑處理而得到被覆前鐵氧體粒子。脫黏結劑處理是在600~1000℃進行。
上述漿料的漿料粒徑D50是以0.5~4.5μm為佳。藉由使漿料粒徑成為上述範圍，能夠得到具有所需要的BET比表面積之鐵氧體粒子。漿料粒徑D50為未滿0.5μm時，粉碎後的預煅燒粉末之比表面積變為太大，在進行被覆用TiO2粒子被覆後鐵氧體粒子的煅燒的情況下，由於過度進行煅燒，所以無法得到具有所希望的BET比表面積之鐵氧體粒子。超過4.5μm的話，利用被覆用TiO2粒子進行被覆後，即使進行煅燒也無法充分的形成外殼構造，有無法成為所希望的鐵氧體粒子的可能性。
為了使漿料粒徑在上述範圍，在製備正式顆粒製造用的漿料時控制粉碎時間，或是以成為目標漿料粒徑及粒度分布之方式選擇粉碎介質，或是使用濕式旋風器而將漿料中所存在的原料粒子進行分級即可。使用濕式旋風器的情況下，雖然因為分級後之漿料的固含量為不同，所以必須再次調整固含量，但是因為能夠在短時間成為目標漿料粒徑，所以亦可與粉碎時間的控制組合而使用。
被覆用TiO2粒子之體積平均粒徑，以0.05~3μm為佳。小於0.05μm時，在使微粒子附著在被覆前鐵氧體粒子的表面時，被覆粒子容易成為凝聚體，即便以所需要的被覆量被覆鐵氧體粒子表面，亦容易在被覆層產生不均，有部分無法形成外殼構造之可能性。超過3μm的話，不容易均勻地附著在 被覆前鐵氧體粒子，有鐵氧體粒子中部分無法生成外殼構造之可能性。
被覆用TiO2粒子，雖亦取決於其體積平均粒徑，相對於被覆前鐵氧體粒子，以0.8~7重量%為佳。在小於0.8重量%的情況下，在正式煅燒後無法得到充分的電阻。在大於7重量%的情況下，未附著在被覆前鐵氧體粒子的鐵氧體被覆用粒子彼此之間產生凝聚，有形成低磁化粒子之情形，有在應用鐵氧體粒子的磁特性的用途中使用時成為不良之原因之可能性。
(鐵氧體粒子的製備)
在如上述進行而得到的被覆前鐵氧體粒子添加被覆用TiO2粒子、且使用混合碾磨機混合而作為鐵氧體粒子用原料。將此鐵氧體粒子用原料，在惰性環境或弱氧化性環境、例如氮環境下或氧濃度為3體積%以下之氮與氧的混合氣體環境下，於850~1230℃進行煅燒。
隨後，將煅燒物粉碎、進行分級而得到鐵氧體粒子。作為分級方法，使用既存的風力分級、篩網過濾法、沈降法等而將粒度調整成為所需要的粒徑。在進行乾式回收的情況下，亦能夠使用旋風器等來回收。
如此進行，而能夠得到具有上述各特性之本發明之鐵氧體粒子。
本發明的鐵氧體粒子，為了能夠得到對使其附著之被覆用TiO2粒子的表面之易分散性，亦可進行賦予電荷的表面處理。藉由進行賦予電荷的表面處理，粒子之間的凝聚減 少且正式煅燒前的被覆用TiO2粒子變得容易附著。而且，藉由使用與被覆前鐵氧體粒子的帶電極性相反極性的表面處理劑，能夠得到防止已附著在正式煅燒前的被覆前鐵氧體粒子之被覆用TiO2粒子的脫離之效果。
使正式煅燒前之被覆前鐵氧體粒子的表面附著被覆用TiO2粒子之後，針對進行正式煅燒的方法之提案雖如前述，使用未藉由乾式進行賦予電荷的前處理的被覆用TiO2粒子而使其附著在正式煅燒前的被覆前鐵氧體粒子的表面的情況下，由於使附著的被覆用TiO2粒子的凝聚激烈而難以附著在被覆前鐵氧體粒子上，或是因為作為大的凝聚體而附著，因此組合的偏差大，而有在正式煅燒後所得到的鐵氧體粒子之特性劣化的情況。
藉由濕式而對正式煅燒前的被覆前鐵氧體粒子的被覆用TiO2粒子的表面被覆，係因為必須除去包含進行表面被覆的鐵氧體粒子用原料之作為溶劑的液體，所以製程的規模變大，而致使成本增加。藉由乾式而將被覆用TiO2粒子被覆在被覆前鐵氧體粒子特徵係只有要進行被覆用TiO2粒子的表面處理即可，容易進行且成本上升亦較少。
〈本發明之觸媒〉
本發明之觸媒以上述鐵氧體粒子做為觸媒擔體而使其擔持觸媒活性成分(觸媒粒子)。作為觸媒活性成分，較佳為選自金、銀、銅、鉑、銠、釕、鈀、鎳、鈷的1種類以上的金屬膠態粒子。
以下，基於實施例等而具體地說明本發明。
[實施例1]
[鐵氧體粒子的製備]
以成為100莫耳的Fe2O3、10莫耳的MgCO3、13.3莫耳的Mn3O4及1莫耳的SrCO3的方式稱量，而且，將相對於原料重量添加1.35重量%的碳黑作為還原劑而成者進行混合、粉碎後，使用滾輪碾壓機(Roller Compactor)進行丸粒化。將所得到的丸粒在980℃且氧濃度0體積%下的氮環境下，使用旋轉式的煅燒爐進行預煅燒。將使用桿磨機將其粉碎而成者作為鐵氧體芯材用預煅燒粉末。
將該鐵氧體芯材用預煅燒粉末以濕式珠磨機粉碎1小時，對漿料固含量以成為1重量%的方式添加聚乙烯醇(PVA)作為黏結劑成分，以漿料的黏度成為2~3泊(Poise)的方式添加聚羧酸系分散劑。此時的漿料粒徑之D50是3.259μm。
使用噴霧乾燥機將如此進行而得到的粉碎漿料製造顆粒、乾燥，在氧濃度0體積%下的氮環境下，使用旋轉窯(Rotary Kiln)而在850℃進行脫黏結劑處理，來得到鐵氧體芯材用粒子。
相對於上述鐵氧體芯材用粒子，添加4重量%的被覆用TiO2粒子且使用混合碾磨機混合攪拌10分鐘。將所得到的混合物使用80篩網的振動篩解開凝聚體且作為鐵氧體粒子用原料。
將上述所得到的鐵氧體粒子用原料使用電爐且在氧濃度0體積%下的氮環境下，於1010℃保持4小時來進行正式煅燒。隨後，粉碎且進一步分級而得到鐵氧體粒子。
[實施例2]
除了稱量成為100莫耳的Fe2O3、5莫耳的MgCO3、26.6莫耳的Mn3O4及0莫耳的SrCO3作為鐵氧體原料以外，使用與實施例1同樣的方法而得到鐵氧體粒子。
[實施例3]
除了稱量成為100莫耳的Fe2O3、20莫耳的MgCO3、6.65莫耳的Mn3O4及0莫耳的SrCO3作為鐵氧體原料以外，使用與實施例1同樣的方法而得到鐵氧體粒子。
[實施例4]
除了稱量成為100莫耳的Fe2O3、5莫耳的MgCO3、5莫耳的Mn3O4及0莫耳的SrCO3作為鐵氧體原料以外，使用與實施例1同樣的方法而得到鐵氧體粒子。
[實施例5]
除了稱量成為100莫耳的Fe2O3、20莫耳的MgCO3、26.6莫耳的Mn3O4及0莫耳的SrCO3作為鐵氧體原料以外，使用與實施例1同樣的方法而得到鐵氧體粒子。
[實施例6]
除了0莫耳的SrCO3，且相對於上述鐵氧體芯材用粒子而添加2.5重量%的被覆用TiO2粒子以外，使用與實施例1同樣的方法而得到鐵氧體粒子。
[實施例7]
除了0莫耳的SrCO3，且相對於上述鐵氧體芯材用粒子而添加5重量%的被覆用TiO2粒子以外，使用與實施例1同樣的方法而得到鐵氧體粒子。
[實施例8]
除了將正式煅燒溫度設為950℃以外，使用與實施例6同樣的方法而得到鐵氧體粒子。
[實施例9]
除了將正式煅燒溫度設為1050℃以外，使用與實施例6同樣的方法而得到鐵氧體粒子。
[比較例1]
除了將SrCO3設為0莫耳，及正式煅燒溫度設為920℃以外，使用與實施例1同樣的方法而得到鐵氧體粒子。
[比較例2]
除了SrCO3設為0莫耳，及相對於上述鐵氧體芯材用粒子不添加被覆用TiO2粒子以外，使用與實施例1同樣的方法而得到鐵氧體粒子。
[比較例3]
除了將SrCO3設為0莫耳，及正式煅燒溫度設為1165℃以外，使用與實施例1同樣的方法而得到鐵氧體粒子。
將在實施例1~9及比較例1~3所使用的鐵氧體粒子之調配比例(原料添加量莫耳比)、碳量、預煅燒條件(預煅燒溫度及預煅燒環境)、正式製造顆粒條件(漿料粒徑及PVA添加量)、脫黏結劑處理條件(處理溫度及處理環境)、TiO2混合條件(添加量及混合條件)及正式煅燒條件(正式煅燒溫度及正式煅燒環境)顯示在表1，將所得到的鐵氧體粒子之組成、磁特性(磁化、殘留磁化及保磁力)及鐵氧體粒子的形狀(剖面形狀、具有外殼構造的部分佔周圍長度之比例、具有外殼構造的部分的厚 度及粒子內部的鐵氧體粒子部分所佔之比例)顯示在表2。而且，將在實施例1~9及比較例1~3的鐵氧體粒子之粉體特性(BET比表面積、平均粒徑、表觀密度、真比重、細孔容積及尖峰細孔徑)及6.5mmGap的橋式電阻(50V、100V、250V、500V及1000V)顯示在表3。各測定方法如上述。
如在表2所示，實施例1~9的鐵氧體粒子任一者均為能夠得到具有外殻構造者。
相對於此，比較例1的鐵氧體粒子，煅燒溫度低，雖然生成多孔質構造，但是無法得到具有外殻構造之鐵氧體粒子。
比較例2的鐵氧體粒子，並未添加被覆用TiO2粒子。比較例2的鐵氧體粒子並未變成具有外殻構造之鐵氧體粒子。
比較例3的鐵氧體粒子，煅燒溫度高，並未變成具有外殻構造之鐵氧體粒子。
(觸媒擔體的製作)
[實施例10]
以膠態粒子的重量為鐵氧體粒子的1重量%的方式，於實施例1所得的鐵氧體粒子含浸金膠態溶液，將膠態溶液的溶劑蒸發之後，使用無氧烤箱(Inert Oven)以700℃、氮環境進行6小時熱處理。熱處理後的鐵氧體粒子(觸媒擔持狀態的鐵氧體粒子)埋封於樹脂之後，以離子研磨(ion milling)加工至可見到粒子剖面。使用EDX確認所得的粒子內部的元素的分布狀態。
[實施例11]
除了以銀膠態溶液作為膠態溶液之外，以與實施例10相同的方法製作觸媒擔體粒子，確認元素分布的狀態。
[實施例12]
除了以銅膠態溶液作為膠態溶液之外，以與實施例10相同的方法製作觸媒擔體粒子，確認元素分布的狀態。
[實施例13]
除了以鉑膠態溶液作為膠態溶液之外，以與實施例10相同的方法製作觸媒擔體粒子，確認元素分布的狀態。
[實施例14]
除了以銠膠態溶液作為膠態溶液之外，以與實施例10相同的方法製作觸媒擔體粒子，確認元素分布的狀態。
[實施例15]
除了以釕膠態溶液作為膠態溶液之外，以與實施例10相同的方法製作觸媒擔體粒子，確認元素分布的狀態。
[實施例16]
除了以鈀膠態溶液作為膠態溶液之外，以與實施例10相同的方法製作觸媒擔體粒子，確認元素分布的狀態。
[實施例17]
除了以鎳膠態溶液作為膠態溶液之外，以與實施例10相同的方法製作觸媒擔體粒子，確認元素分布的狀態。
[實施例18]
除了以鈷膠態溶液作為膠態溶液之外，以與實施例10相同的方法製作觸媒擔體粒子，確認元素分布的狀態。
將實施例10~18使用的鐵氧體粒子(觸媒擔體粒子)、膠態溶液的種類(觸媒活性成分、觸媒粒子的固含量、粒子徑)、對鐵氧體粒子的處理(溶劑、對鐵氧體粒子的膠態粒子的重量、熱處理)以及藉由EDX之元素分布狀態的確認(奈米粒子的擔持)表示於表4。
如表4所示，實施例10~18的任一個鐵氧體粒子中，不僅粒子的表面，在粒子的內部亦存在有微粒子，可確認本發明的鐵氧體粒子能夠做為觸媒擔體使用。
產業上之可利用性
本發明之鐵氧體粒子，藉由具有外殼構造而具有低表觀密度，能夠在維持可控制各式各樣的特性的狀態下，能夠滿足一定容積下低的種量。因此，將上述鐵氧體粒子使用作為觸媒擔體，在其作為觸媒活性成分擔持的觸媒，能夠將觸媒活性成分良好的分散擔持。

Claims (6)

  1. 一種觸媒擔體用鐵氧體粒子，其特徵在於：具有含有鈦固溶於鐵氧體的外殼構造，且存在於上述鐵氧體粒子內部的細孔與存在於上述外殼構造的細孔連接，存在於上述鐵氧體粒子內部的細孔及存在於上述外殼構造的細孔的細孔容積為0.06~0.2ml/g，尖峰細孔徑為0.7~2μm。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的觸媒擔體用鐵氧體粒子，其中具有上述外殼構造的部分的厚度為0.5~10μm。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載的觸媒擔體用鐵氧體粒子，其中粒子內部的密度比上述外殼構造的密度低。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載的觸媒擔體用鐵氧體粒子，其中體積平均粒徑為10~100μm。
  5. 一種觸媒，使用有如申請專利範圍第1項所記載的鐵氧體粒子作為觸媒擔體。
  6. 如申請專利範圍第5項所記載的觸媒，其中觸媒活性成分為選自金、銀、銅、鉑、銠、釕、鈀、鎳、鈷的1種類以上的金屬膠態粒子。
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