JP5434665B2 - Method for producing metal oxide nanoparticles - Google Patents
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Description
本発明は、金属酸化物ナノ粒子の製造方法に関し、特に詳しくは、触媒、導電材料、誘電体材料、セラミック原料、顔料、高屈折率材料、磁性材料、各種樹脂、プラスチックフィルム、プラスチック板等の熱膨張係数やガラス転移点等の熱的性質を改良するためのフィラー、あるいは、これらの機械的性質を改良するためのフィラー等として好適に用いられ、特に粒子の融着性が小さく、分散性に優れた平均粒径が10nm以下の金属酸化物ナノ粒子を大量にかつ安価に製造することが可能な製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing metal oxide nanoparticles, and in particular, a catalyst, a conductive material, a dielectric material, a ceramic raw material, a pigment, a high refractive index material, a magnetic material, various resins, a plastic film, a plastic plate, and the like. It is preferably used as a filler for improving the thermal properties such as thermal expansion coefficient and glass transition point, or as a filler for improving these mechanical properties, especially with low particle fusibility and dispersibility. It is related with the manufacturing method which can manufacture the metal oxide nanoparticle which is excellent in average particle diameter 10 nm or less in large quantities and cheaply.
従来、金属ナノ粒子、金属酸化物ナノ粒子等といった径が数十ナノメートル以下の超微粒子(ナノ粒子)を合成する方法がいくつか提案されており、これらの方法の一つに中和・共沈法がある。
中和・共沈法は、各種の金属塩溶液にアルカリ溶液を加えることにより金属塩を中和し、金属水酸化物等の金属酸化物前駆体を生成させた後、この前駆体を含む溶液を金属酸化物が生成する温度以上に加熱して、金属酸化物微粒子粉体を得る方法である。
しかしながら、この方法では、金属酸化物前駆体を加熱することにより脱水縮合して金属酸化物微粒子を生成する際に、金属酸化物微粒子同士の凝集や融着が生じるために、比較的粗大な金属酸化物微粒子になってしまうという問題点があり、ナノメートルサイズの金属酸化物微粒子を生成するには不向きな方法であった。
Conventionally, several methods for synthesizing ultrafine particles (nanoparticles) with a diameter of several tens of nanometers or less, such as metal nanoparticles and metal oxide nanoparticles, have been proposed. There is a sinking method.
The neutralization / coprecipitation method is a method of neutralizing a metal salt by adding an alkali solution to various metal salt solutions to form a metal oxide precursor such as a metal hydroxide, and then containing the precursor. Is heated to a temperature equal to or higher than the temperature at which the metal oxide is formed to obtain a metal oxide fine particle powder.
However, in this method, when the metal oxide precursor is dehydrated and condensed by heating to form metal oxide fine particles, aggregation and fusion of the metal oxide fine particles occur, so that a relatively coarse metal There is a problem that it becomes oxide fine particles, and this method is unsuitable for producing nanometer-sized metal oxide fine particles.
そこで、平均粒子径が比較的小さく、結晶性にも優れた金属酸化物のナノ微粒子粉体を得る方法として、火炎法、噴霧熱分解法等が提案されている。
火炎法は、金属塩溶液を高温の火炎中に噴霧し、金属塩の液滴を高速で酸化することにより金属酸化物微粒子を得る方法である。
噴霧熱分解法は、火炎法と同様、金属塩溶液を高温の気流中に微小な液滴として噴霧し、この金属塩の液滴を高速で酸化することにより、火炎法で得られた金属酸化物微粒子よりも粒子サイズの小さい金属酸化物微粒子を得る方法である(例えば、特許文献1参照)。
Therefore, flame methods, spray pyrolysis methods, and the like have been proposed as methods for obtaining metal oxide nanoparticle powders having a relatively small average particle diameter and excellent crystallinity.
The flame method is a method of obtaining metal oxide fine particles by spraying a metal salt solution into a high-temperature flame and oxidizing metal salt droplets at high speed.
The spray pyrolysis method, like the flame method, sprays the metal salt solution as fine droplets in a high-temperature air stream, and oxidizes the metal salt droplets at high speed, thereby oxidizing the metal oxide obtained by the flame method. This is a method for obtaining metal oxide fine particles having a particle size smaller than that of physical particles (for example, see Patent Document 1).
ところで、従来の火炎法や噴霧熱分解法では、数10nm程度の大きさの金属酸化物微粒子粉体を得ることはできるものの、高温の火炎中や気流中で粒子同士の衝突による粗大粒子の発生を抑制することが困難であり、1桁台のナノメートルサイズの均一な金属酸化物ナノ粒子を得ることができないという問題点があった。
また、これらの方法では、金属酸化物微粒子の粒子サイズを小さくするためには、濃度の極めて希薄な金属塩溶液を用いざるを得ず、したがって、生産性が著しく低下し、製造コストが非常に高くなってしまうという問題点があった。
By the way, although the conventional flame method and spray pyrolysis method can obtain metal oxide fine particles having a size of several tens of nanometers, generation of coarse particles due to collision of particles in a high temperature flame or in an air stream. There is a problem that it is difficult to suppress the metal oxide nanoparticles, and uniform metal oxide nanoparticles with single-digit nanometer size cannot be obtained.
Further, in these methods, in order to reduce the particle size of the metal oxide fine particles, it is necessary to use an extremely dilute metal salt solution with a high concentration. Therefore, the productivity is remarkably lowered, and the manufacturing cost is very high. There was a problem of becoming high.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、粒子同士の融着がなく、平均粒子径が10nm以下であり、しかも結晶性が高い金属酸化物ナノ粒子を大量にかつ安価に製造することができる金属酸化物ナノ粒子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and there is no fusion between particles, the average particle diameter is 10 nm or less, and a large amount of metal oxide nanoparticles having high crystallinity and It aims at providing the manufacturing method of the metal oxide nanoparticle which can be manufactured cheaply.
本発明者は、鋭意検討を行った結果、金属塩溶液を塩基性溶液にて中和させる際に、金属塩溶液中の金属イオンまたは金属酸化物イオンの価数をm、前記金属イオンまたは前記金属酸化物イオンに対する前記塩基性溶液中の水酸基のモル比をnとするとき、これらm及びnが次式
0.5<n<m ……(1)
を満たす様に、前記金属塩溶液に前記塩基性溶液を加えて前記金属塩溶液を部分中和させ、その後、この部分中和された溶液に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属およびアルカリ土類金属、のうちいずれか1種を含む炭酸塩を加え、加熱することにより、粒子同士の融着がなく、平均粒子径が10nm以下であり、しかも結晶性にも優れた金属酸化物ナノ粒子を容易に得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
As a result of intensive studies, the present inventor determined that the valence of the metal ion or metal oxide ion in the metal salt solution is m, the metal ion or the metal ion when neutralizing the metal salt solution with the basic solution. When the molar ratio of the hydroxyl group in the basic solution to the metal oxide ion is n, these m and n are represented by the following formula:
0.5 <n <m (1)
The basic solution is added to the metal salt solution so that the metal salt solution is partially neutralized, and then the alkali metal, alkaline earth metal, alkali metal, and alkali are added to the partially neutralized solution. By adding a carbonate containing any one of the earth metals and heating, the metal oxide nanoparticle having no fusion between particles, an average particle diameter of 10 nm or less, and excellent crystallinity The present inventors have found that particles can be easily obtained and have completed the present invention.
すなわち、本発明の金属酸化物ナノ粒子の製造方法は、金属塩溶液を塩基性溶液にて中和させて金属酸化物前駆体を生成させ、この金属酸化物前駆体から金属酸化物ナノ粒子を製造する方法であって、
前記金属塩溶液は、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)、セリウム(Ce)、イットリウム(Y)、チタン(Ti)の群から選択される1種でありかつそのイオン価数がm価の金属イオン、またはジルコニア、セリア、イットリア、チタニアの群から選択される1種でありかつそのイオン価数がm価の金属酸化物イオンを含有してなり、
前記金属イオンまたは前記金属酸化物イオンに対する前記塩基性溶液中の水酸基のモル比をnとするとき、このnが次式
0.5<n<m ……(1)
を満たす様に、前記金属塩溶液に前記塩基性溶液を加えて前記金属塩溶液を部分中和させ、
次いで、この部分中和された溶液に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属およびアルカリ土類金属、のうちいずれか1種を含む炭酸塩を加えて混合溶液とし、この混合溶液を加熱することを特徴とする。
That is, in the method for producing metal oxide nanoparticles of the present invention, a metal salt solution is neutralized with a basic solution to generate a metal oxide precursor, and the metal oxide nanoparticles are produced from the metal oxide precursor. A method of manufacturing comprising:
The metal salt solution is one selected from the group consisting of zirconium (Zr), indium (In), tin (Sn), aluminum (Al), cerium (Ce), yttrium (Y), and titanium (Ti). And the ionic valence is one selected from the group of m-valent metal ions or zirconia, ceria, yttria, titania, and the ionic valence contains m-valent metal oxide ions,
When the molar ratio of the hydroxyl group in the basic solution to the metal ion or the metal oxide ion is n, this n is represented by the following formula:
0.5 <n <m (1)
So that the metal salt solution is partially neutralized by adding the basic solution to the metal salt solution,
Next, a carbonate containing any one of alkali metal, alkaline earth metal, alkali metal and alkaline earth metal is added to the partially neutralized solution to form a mixed solution, and the mixed solution is heated. It is characterized by that.
前記炭酸塩は、炭酸カリウムであることが好ましい。
前記炭酸塩の添加量は、前記金属塩溶液中の金属イオンまたは金属酸化物イオンの金属酸化物換算値に対して20重量%以上であることが好ましい。
前記混合溶液を乾燥した後に加熱することが好ましい。
The carbonate is preferably potassium carbonate.
The amount of the carbonate added is preferably 20% by weight or more based on the metal oxide equivalent value of metal ions or metal oxide ions in the metal salt solution.
It is preferable to heat the mixed solution after drying.
本発明の金属酸化物ナノ粒子の製造方法によれば、金属塩溶液を、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)、セリウム(Ce)、イットリウム(Y)、チタン(Ti)の群から選択される1種でありかつそのイオン価数がm価の金属イオン、またはジルコニア、セリア、イットリア、チタニアの群から選択される1種でありかつそのイオン価数がm価の金属酸化物イオンを含有しているとし、この金属イオンまたは金属酸化物イオンに対する前記塩基性溶液中の水酸基のモル比をnとするとき、このnが次式
0.5<n<m ……(1)
を満たす様に、金属塩溶液に塩基性溶液を加えて金属塩溶液を部分中和させ、次いで、この部分中和された溶液に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属およびアルカリ土類金属、のうちいずれか1種を含む炭酸塩を加えて混合溶液とし、この混合溶液を加熱するので、粒子同士の融着が無く、結晶性が高く、平均粒子径が10nm以下の金属酸化物ナノ粒子を大量にかつ安価に製造することができる。
According to the method for producing metal oxide nanoparticles of the present invention, a metal salt solution is made of zirconium (Zr), indium (In), tin (Sn), aluminum (Al), cerium (Ce), yttrium (Y), It is one selected from the group of titanium (Ti) and its ion valence is m-valent metal ion or one selected from the group of zirconia, ceria, yttria, titania and its ionic valence is When it is assumed that the m-valent metal oxide ion is contained and the molar ratio of the hydroxyl group in the basic solution to the metal ion or metal oxide ion is n, this n is represented by the following formula:
0.5 <n <m (1)
The basic solution is added to the metal salt solution so that the metal salt solution is partially neutralized, and then the alkali metal, alkaline earth metal, alkali metal and alkaline earth metal are added to the partially neutralized solution. , A carbonate containing any one of them is added to form a mixed solution, and this mixed solution is heated, so that there is no fusion between particles, high crystallinity, and an average particle diameter of 10 nm or less. Particles can be produced in large quantities and inexpensively.
さらに、炭酸塩の添加量を金属塩溶液中の金属イオンまたは金属酸化物イオンの金属酸化物換算値に対して20重量%以上とすることで、平均粒子径が10nm以下でありしかも粒子径の揃った(単分散)金属酸化物ナノ粒子を大量にかつ安価に製造することができる。 Furthermore, by making the addition amount of carbonate 20% by weight or more with respect to the metal oxide equivalent value of the metal ion or metal oxide ion in the metal salt solution, the average particle diameter is 10 nm or less and the particle diameter Uniform (monodisperse) metal oxide nanoparticles can be produced in large quantities and at low cost.
本発明の金属酸化物ナノ粒子の製造方法を実施するための形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
The form for implementing the manufacturing method of the metal oxide nanoparticle of this invention is demonstrated.
This embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.
本実施形態の金属酸化物ナノ粒子の製造方法は、金属塩溶液を塩基性溶液にて中和させて金属酸化物前駆体を生成させ、この金属酸化物前駆体から金属酸化物ナノ粒子を製造する方法であり、
前記金属塩溶液中の金属イオンまたは金属酸化物イオンの価数をm、前記金属イオンまたは前記金属酸化物イオンに対する前記塩基性溶液中の水酸基のモル比をnとするとき、これらm及びnが次式
0.5<n<m ……(1)
を満たす様に、前記金属塩溶液に前記塩基性溶液を加えて前記金属塩溶液を部分中和させ、次いで、この部分中和された溶液に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属およびアルカリ土類金属、のうちいずれか1種を含む炭酸塩を加えて混合溶液とし、この混合溶液を加熱する方法である。
The method for producing metal oxide nanoparticles according to the present embodiment includes producing a metal oxide precursor by neutralizing a metal salt solution with a basic solution, and producing metal oxide nanoparticles from the metal oxide precursor. And how to
When the valence of the metal ion or metal oxide ion in the metal salt solution is m, and the molar ratio of the hydroxyl group in the basic solution to the metal ion or metal oxide ion is n, these m and n are Next formula
0.5 <n <m (1)
The basic solution is added to the metal salt solution so that the metal salt solution is partially neutralized, and then the alkali metal, alkaline earth metal, alkali metal and alkali are added to the partially neutralized solution. In this method, a carbonate containing any one of the earth metals is added to form a mixed solution, and the mixed solution is heated.
金属塩溶液としては、その種類に制限はないが、例えば、価数が2価、3価、4価、5価、6価のいずれか1種または2種以上の金属イオンまたは金属酸化物イオンと、塩素イオン、硝酸イオン、硫酸イオン等の無機酸イオン、あるいは酢酸イオン、蓚酸イオン、酒石酸イオン、クエン酸イオン、乳酸イオン等の有機酸イオンから構成される溶液が好適に用いられる。 The type of metal salt solution is not limited, but, for example, any one or two or more metal ions or metal oxide ions having a valence of 2, 3, 4, 5, or 6. And a solution composed of inorganic acid ions such as chlorine ions, nitrate ions and sulfate ions, or organic acid ions such as acetate ions, oxalate ions, tartaric acid ions, citrate ions, and lactic acid ions.
上記の金属イオンとしては、例えば、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)、セリウム(Ce)、イットリウム(Y)、チタン(Ti)等のイオンが挙げられる。
また、金属酸化物イオンとしては、例えば、ジルコニア、セリア、イットリアチタニア等の金属酸化物のイオンが挙げられる。
また、溶媒としては、水に限定させるものではなく、例えば、エタノール、メタノール、2−プロパノール等の1価アルコール、エチレングリコール等の2価アルコール(グリコール)等の水溶性の有機溶媒も好適に用いられる。
Examples of the metal ion include ions such as zirconium (Zr), indium (In), tin (Sn), aluminum (Al), cerium (Ce), yttrium (Y), and titanium (Ti).
Examples of the metal oxide ion include metal oxide ions such as zirconia, ceria, and yttria titania.
The solvent is not limited to water. For example, a water-soluble organic solvent such as a monohydric alcohol such as ethanol, methanol, 2-propanol, or a dihydric alcohol (glycol) such as ethylene glycol is also preferably used. It is done.
塩基性溶液としては、金属塩溶液を中和させることのできる溶液であれば良く、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等の水溶液、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム等のアルカリ炭酸塩やアルカリ炭酸水素塩の水溶液、あるいはエタノールアミン、ジエタノールアミン、ホルムアミド等の塩基性有機化合物を含む溶液を用いることができる。 The basic solution may be any solution that can neutralize the metal salt solution. For example, an aqueous solution of sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, etc., ammonium carbonate, ammonium bicarbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate In addition, an aqueous solution of an alkali carbonate such as potassium carbonate or potassium hydrogen carbonate or an alkali hydrogen carbonate, or a solution containing a basic organic compound such as ethanolamine, diethanolamine, or formamide can be used.
本実施形態では、上記の金属塩溶液に上記の塩基性溶液を加えることにより中和反応を行わせるが、この中和反応を行わせる際に、条件を設ける。
すなわち、金属塩溶液中の金属イオンまたは金属酸化物イオンの価数をm、前記金属イオンまたは前記金属酸化物イオンに対する前記塩基性溶液中の水酸基のモル比をnとするとき、これらm及びnが次式
0.5<n<m ……(1)
を満たす様に、金属塩溶液に塩基性溶液を加えて部分中和反応を行わせる。
In this embodiment, the neutralization reaction is performed by adding the above basic solution to the above metal salt solution, and conditions are provided when this neutralization reaction is performed.
That is, when the valence of the metal ion or metal oxide ion in the metal salt solution is m and the molar ratio of the hydroxyl group in the basic solution to the metal ion or metal oxide ion is n, these m and n Is
0.5 <n <m (1)
The basic solution is added to the metal salt solution so that the partial neutralization reaction is performed.
ここで、部分中和反応を行わせる理由について説明する。
通常の中和反応では、中和反応を完全に行わせるためにn≧mとしている。この条件で中和反応を行わせて得た金属酸化物の中和反応物は、中和反応時に必ず金属酸化物前駆体の等電点(前駆体粒子表面電荷がゼロになるpH)を通ることになるので、金属酸化物前駆体の微細な粒子が凝集して3次元の網目状に結合したネットワーク構造となっている。
このようなネットワーク構造のものを加熱した場合、金属酸化物前駆体の脱水縮合により粒子同士の融着が生じ、やがては粗大な金属酸化物粒子を生成することになってしまい、平均粒子径が10nm以下の粒子径の揃った金属酸化物微粒子を生成することはできない。
Here, the reason for performing the partial neutralization reaction will be described.
In a normal neutralization reaction, n ≧ m is set in order to complete the neutralization reaction. The neutralization reaction product of the metal oxide obtained by performing the neutralization reaction under these conditions always passes the isoelectric point of the metal oxide precursor (pH at which the precursor particle surface charge becomes zero) during the neutralization reaction. Therefore, the metal oxide precursor has a network structure in which fine particles are aggregated and bonded in a three-dimensional network.
When such a network structure is heated, fusion of the particles occurs due to dehydration condensation of the metal oxide precursor, and eventually, coarse metal oxide particles are generated, and the average particle size is increased. Metal oxide fine particles having a uniform particle diameter of 10 nm or less cannot be produced.
一方、金属塩溶液中の金属イオンまたは金属酸化物イオンの価数mと、金属イオンまたは金属酸化物イオンに対する塩基性溶液中の水酸基のモル比nが、
0.5<n<m ……(1)
を満たす場合において、mとnが等しいとき(n=m)を中和率=1とすると、中和率が1未満では、金属酸化物前駆体の等電点の手前で中和反応を終了させるので、金属酸化物前駆体の凝集は起こらず、クラスターサイズ(nmサイズ)の金属酸化物前駆体粒子がゾル状態で溶液中に存在することとなる。
On the other hand, the valence m of the metal ion or metal oxide ion in the metal salt solution and the molar ratio n of the hydroxyl group in the basic solution to the metal ion or metal oxide ion are:
0.5 <n <m (1)
When m is equal to n (n = m) and the neutralization rate is 1, if the neutralization rate is less than 1, the neutralization reaction is terminated before the isoelectric point of the metal oxide precursor. Therefore, aggregation of the metal oxide precursor does not occur, and metal oxide precursor particles having a cluster size (nm size) exist in the solution in a sol state.
なお、中和率が1以上では、上述した様にn≧mが成り立つので、金属酸化物前駆体はネットワーク状の凝集物になる。したがって、ナノメートルサイズの金属酸化物微粒子を得ることはできない。
また、中和率が0.5以下では、金属酸化物前駆体の生成率が極端に低下し、その結果、金属酸化物ナノ粒子の収率が悪化するので実用的ではない。
When the neutralization rate is 1 or more, n ≧ m is satisfied as described above, so that the metal oxide precursor becomes a network-like aggregate. Therefore, nanometer-sized metal oxide fine particles cannot be obtained.
On the other hand, when the neutralization rate is 0.5 or less, the production rate of the metal oxide precursor is extremely lowered, and as a result, the yield of the metal oxide nanoparticles is deteriorated, which is not practical.
この様にして部分中和反応を行わせた溶液に炭酸塩を加えて混合溶液とする。
この炭酸塩としては、金属酸化物を生成させるのに必要な加熱温度で金属酸化物と反応せず、かつ、その加熱温度で分解しないことが必要であり、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属およびアルカリ土類金属、のうちいずれか1種を含む炭酸塩が好適に用いられる。
Carbonate is added to the solution subjected to the partial neutralization reaction in this way to obtain a mixed solution.
The carbonate must not react with the metal oxide at the heating temperature necessary to form the metal oxide and must not decompose at the heating temperature. The alkali metal, alkaline earth metal, alkali A carbonate containing any one of a metal and an alkaline earth metal is preferably used.
このアルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属およびアルカリ土類金属、のうちいずれか1種を含む炭酸塩としては、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム等が好適に用いられる。 As the carbonate containing any one of alkali metal, alkaline earth metal, alkali metal and alkaline earth metal, for example, lithium carbonate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium carbonate and the like are preferably used. .
この炭酸塩を添加することにより、部分中和反応後の溶液中に存在するクラスターサイズの金属酸化物前駆体粒子同士の融着を防止することができる。
この炭酸塩の添加量としては、金属塩溶液中の金属イオンまたは金属酸化物イオンの金属酸化物換算値に対して20重量%以上であることが必要である。
その添加量が20重量%未満では、金属酸化物前駆体粒子同士の融着の防止効果が小さくなり、その結果、粗大粒子が生成する虞が生じるようになるので好ましくない。
この炭酸塩は、回収・再利用が可能であるから、その添加量に上限は無いが、概ね400重量%以下である。
By adding this carbonate, it is possible to prevent fusion of cluster-sized metal oxide precursor particles present in the solution after the partial neutralization reaction.
The amount of carbonate added must be 20% by weight or more based on the metal oxide equivalent value of the metal ions or metal oxide ions in the metal salt solution.
If the addition amount is less than 20% by weight, the effect of preventing fusion between the metal oxide precursor particles is reduced, and as a result, there is a possibility that coarse particles are generated, which is not preferable.
Since this carbonate can be recovered and reused, there is no upper limit to the amount of the carbonate added, but it is generally 400% by weight or less.
この様にして得られた混合溶液を、乾燥した後に、所定の温度にて加熱する。
乾燥方法は、混合溶液中の溶媒を散逸させることができればよく、ヒーター等による加熱乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、赤外線、マイクロ波等のエネルギー照射による乾燥等、通常の方法を利用することができる。これらの乾燥方法は、単独で行ってもよく、複数の方法を組み合わせて行ってもよい。
The mixed solution thus obtained is dried and then heated at a predetermined temperature.
Any drying method may be used as long as the solvent in the mixed solution can be dissipated, and a normal method such as heating drying with a heater, vacuum drying, vacuum drying, drying by energy irradiation such as infrared rays or microwaves can be used. . These drying methods may be performed alone or in combination of a plurality of methods.
加熱方法としては、ヒーター等による加熱、減圧加熱、真空加熱、赤外線、マイクロ波等のエネルギー照射による加熱等、通常の方法を利用することができる。
ヒーター等による加熱としては、例えば、所定温度の電気炉(バッチ式電気炉)中に静置して加熱する方法、流動床型の電気炉(トンネル式電気炉)で加熱する方法等がある。
As a heating method, a normal method such as heating by a heater, reduced pressure heating, vacuum heating, heating by energy irradiation such as infrared rays or microwaves can be used.
As heating by a heater or the like, for example, there are a method of heating by standing in an electric furnace (batch type electric furnace) of a predetermined temperature, a method of heating by a fluidized bed type electric furnace (tunnel type electric furnace), and the like.
加熱の温度範囲としては、上記の金属塩溶液に含まれる金属イオンまたは金属酸化物イオンから生成される金属酸化物の生成温度以上であることが好ましい。
加熱時の雰囲気としては、大気雰囲気の他、必要に応じて、酸素ガスの分圧が高い酸化性雰囲気、5v/v%H2−N2等の還元性雰囲気、Ar、N2等の不活性ガス雰囲気を用いてもよい。
また、これら乾燥工程と加熱工程とを同時に行なってもよい。さらに、上記の混合溶液を乾燥すること無くそのまま加熱してもよい。
The heating temperature range is preferably equal to or higher than the generation temperature of the metal oxide generated from the metal ions or metal oxide ions contained in the metal salt solution.
As the atmosphere at the time of heating, in addition to the air atmosphere, if necessary, an oxidizing atmosphere having a high partial pressure of oxygen gas, a reducing atmosphere such as 5 v / v% H 2 -N 2, or a non-reducing atmosphere such as Ar or N 2 An active gas atmosphere may be used.
Moreover, you may perform these drying processes and a heating process simultaneously. Furthermore, you may heat as it is, without drying said mixed solution.
この混合溶液では、クラスターサイズの金属酸化物前駆体は、融着防止剤として作用するアルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属およびアルカリ土類金属、のうちいずれか1種を含む炭酸塩中に分散された状態で加熱されるために、粒子の融着がなく、しかも結晶性が高いナノメートルサイズの金属酸化物微粒子を、容易にかつ大量に作製することが可能となる。
この加熱処理の後、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属およびアルカリ土類金属、のうちいずれか1種を含む炭酸塩を洗浄除去する。
In this mixed solution, the cluster-sized metal oxide precursor is contained in a carbonate containing any one of alkali metal, alkaline earth metal, alkali metal and alkaline earth metal that acts as an anti-fusing agent. Since heating is performed in a dispersed state, nanometer-sized metal oxide fine particles having no particle fusion and high crystallinity can be easily produced in large quantities.
After the heat treatment, the carbonate containing any one of alkali metal, alkaline earth metal, alkali metal, and alkaline earth metal is removed by washing.
以上説明した様に、本実施形態の金属酸化物ナノ粒子の製造方法によれば、金属塩溶液中の金属イオンまたは金属酸化物イオンの価数をm、この金属イオンまたは金属酸化物イオンに対する塩基性溶液中の水酸基のモル比をnとするとき、これらm及びnが次式
0.5<n<m ……(1)
を満たす様に、金属塩溶液に塩基性溶液を加えて金属塩溶液を部分中和させ、その後、この部分中和された溶液に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属およびアルカリ土類金属、のうちいずれか1種を含む炭酸塩を加えて混合溶液とし、この混合溶液を加熱するので、粒子同士の融着が無く、結晶性が高く、平均粒子径が10nm以下の金属酸化物ナノ粒子を容易に得ることができる。
As described above, according to the method for producing metal oxide nanoparticles of this embodiment, the valence of the metal ion or metal oxide ion in the metal salt solution is m, and the base for this metal ion or metal oxide ion When the molar ratio of hydroxyl groups in the aqueous solution is n, these m and n are
0.5 <n <m (1)
So that the metal salt solution is partially neutralized by adding a basic solution to the metal salt solution, and then the alkali metal, alkaline earth metal, alkali metal and alkaline earth metal are added to the partially neutralized solution. , A carbonate containing any one of them is added to form a mixed solution, and this mixed solution is heated, so that there is no fusion between particles, high crystallinity, and an average particle diameter of 10 nm or less. Particles can be easily obtained.
以下、実施例1、2、参考例1〜3及び比較例1、2により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely with Examples 1, 2, Reference Examples 1-3 and Comparative Examples 1 and 2, this invention is not limited by these Examples.
(参考例1)
「ジルコニアナノ粒子の作製(OH/ZrO2+=0.7)」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40L(リットル)に溶解させたジルコニウム塩溶液に、28%アンモニア水344gを純水20Lに溶解させた希アンモニア水を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体スラリーを調整した。
次いで、このスラリーに、硫酸ナトリウム300gを5Lの純水に溶解させた硫酸ナトリウム水溶液を攪拌しながら加えた。このときの硫酸ナトリウムの添加量は、ジルコニウム塩溶液中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して30重量%であった。
(Reference Example 1)
“Preparation of zirconia nanoparticles (OH / ZrO 2+ = 0.7)”
To a zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate is dissolved in 40 L (liter) of pure water, dilute ammonia water in which 344 g of 28% ammonia water is dissolved in 20 L of pure water is added with stirring, and the zirconia precursor slurry is added. It was adjusted.
Next, an aqueous sodium sulfate solution in which 300 g of sodium sulfate was dissolved in 5 L of pure water was added to this slurry with stirring. The amount of sodium sulfate added at this time was 30% by weight with respect to the zirconia converted value of zirconium ions in the zirconium salt solution.
次いで、この混合物を、乾燥器を用いて、大気中、130℃にて24時間、乾燥させ、固形物を得た。
次いで、この固形物を自動乳鉢等により粉砕した後、電気炉を用いて、大気中、500℃にて1時間焼成した。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した硫酸ナトリウムを十分に除去した後、乾燥器にて乾燥させ、ジルコニア粉末を作製した。
このジルコニア粉末の収率は85%であった。
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.
Next, the solid was pulverized with an automatic mortar or the like and then baked at 500 ° C. for 1 hour in the air using an electric furnace.
Next, the fired product is put into pure water, stirred to form a slurry, washed using a centrifuge, and after sufficiently removing the added sodium sulfate, dried in a dryer, Zirconia powder was produced.
The yield of this zirconia powder was 85%.
(実施例1)
「ジルコニアナノ粒子の作製(OH/ZrO2+=1.2)」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40Lに溶解させたジルコニウム塩溶液に、28%アンモニア水591gを純水20Lに溶解させた希アンモニア水を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体スラリーを調整した。
次いで、このスラリーに、炭酸ナトリウム300gを5Lの純水に溶解させた炭酸ナトリウム水溶液を攪拌しながら加えた。このときの炭酸ナトリウムの添加量は、ジルコニウム塩溶液中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して30重量%であった。
Example 1
“Preparation of zirconia nanoparticles (OH / ZrO 2+ = 1.2)”
To a zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate was dissolved in 40 L of pure water, dilute ammonia water in which 591 g of 28% ammonia water was dissolved in 20 L of pure water was added with stirring to prepare a zirconia precursor slurry.
Next, an aqueous sodium carbonate solution in which 300 g of sodium carbonate was dissolved in 5 L of pure water was added to this slurry with stirring. The amount of sodium carbonate added at this time was 30% by weight with respect to the zirconia-converted value of zirconium ions in the zirconium salt solution.
次いで、この混合物を、乾燥器を用いて、大気中、130℃にて24時間、乾燥させ、固形物を得た。
次いで、この固形物を自動乳鉢等により粉砕した後、電気炉を用いて、大気中、500℃にて1時間焼成した。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した炭酸ナトリウムを十分に除去した後、乾燥器にて乾燥させ、ジルコニア粉末を作製した。
このジルコニア粉末の収率は95%であった。
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.
Next, the solid was pulverized with an automatic mortar or the like and then baked at 500 ° C. for 1 hour in the air using an electric furnace.
Next, the fired product is put into pure water, stirred to form a slurry, washed using a centrifuge, and after sufficiently removing the added sodium carbonate, dried in a dryer, Zirconia powder was produced.
The yield of this zirconia powder was 95%.
(実施例2)
「ジルコニアナノ粒子の作製(OH/ZrO2+=1.8)」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40Lに溶解させたジルコニウム塩溶液に、28%アンモニア水886gを純水20Lに溶解させた希アンモニア水を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体スラリーを調整した。
次いで、このスラリーに、炭酸カリウム300gを5Lの純水に溶解させた炭酸カリウム水溶液を攪拌しながら加えた。このときの炭酸カリウムの添加量は、ジルコニウム塩溶液中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して30重量%であった。
(Example 2)
“Preparation of zirconia nanoparticles (OH / ZrO 2+ = 1.8)”
To a zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate was dissolved in 40 L of pure water, dilute ammonia water in which 886 g of 28% ammonia water was dissolved in 20 L of pure water was added with stirring to prepare a zirconia precursor slurry.
Next, an aqueous potassium carbonate solution in which 300 g of potassium carbonate was dissolved in 5 L of pure water was added to this slurry with stirring. The amount of potassium carbonate added at this time was 30% by weight with respect to the zirconia-converted value of zirconium ions in the zirconium salt solution.
次いで、この混合物を、乾燥器を用いて、大気中、130℃にて24時間、乾燥させ、固形物を得た。
次いで、この固形物を自動乳鉢等により粉砕した後、電気炉を用いて、大気中、500℃にて1時間焼成した。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した炭酸カリウムを十分に除去した後、乾燥器にて乾燥させ、ジルコニア粉末を作製した。
このジルコニア粉末の収率は98%であった。
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.
Next, the solid was pulverized with an automatic mortar or the like and then baked at 500 ° C. for 1 hour in the air using an electric furnace.
Next, the fired product is put into pure water, stirred to form a slurry, washed using a centrifugal separator, and after sufficiently removing the added potassium carbonate, dried in a dryer, Zirconia powder was produced.
The yield of this zirconia powder was 98%.
(参考例2)
「セリア−ジルコニアナノ粒子の作製(OH/(ZrO2++Ce3+)=1.2)」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩1289gと硝酸セリウム6水塩1737gを純水40Lに溶解させたセリウム塩−ジルコニウム塩溶液に、28%アンモニア水729gを純水20Lに溶解させた希アンモニア水を攪拌しながら加え、セリア−ジルコニア前駆体スラリーを調整した。
次いで、このスラリーに、炭酸カリウム1000gを5Lの純水に溶解させた炭酸カリウム水溶液を攪拌しながら加えた。このときの炭酸カリウムの添加量は、セリウム塩−ジルコニウム塩溶液中のセリウムイオン及びジルコニウムイオンのセリア−ジルコニア換算値に対して85重量%であった。
( Reference Example 2 )
“Preparation of ceria-zirconia nanoparticles (OH / (ZrO 2+ + Ce 3+ ) = 1.2)”
While stirring 1289 g of zirconium oxychloride octahydrate and 1737 g of cerium nitrate hexahydrate in 40 L of pure water, dilute ammonia water in which 729 g of 28% ammonia water was dissolved in 20 L of pure water was stirred. In addition, a ceria-zirconia precursor slurry was prepared.
Next, an aqueous potassium carbonate solution in which 1000 g of potassium carbonate was dissolved in 5 L of pure water was added to this slurry with stirring. At this time, the amount of potassium carbonate added was 85% by weight based on the ceria-zirconia equivalent value of cerium ions and zirconium ions in the cerium salt-zirconium salt solution.
次いで、この混合物を、乾燥器を用いて、大気中、130℃にて24時間、乾燥させ、固形物を得た。
次いで、この固形物を自動乳鉢等により粉砕した後、電気炉を用いて、大気中、700℃にて1時間焼成した。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した炭酸カリウムを十分に除去した後、乾燥器にて乾燥させ、セリア−ジルコニア粉末を作製した。
このセリア−ジルコニア粉末の収率は96%であった。
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.
Next, the solid was pulverized with an automatic mortar or the like and then baked at 700 ° C. for 1 hour in the air using an electric furnace.
Next, the fired product is put into pure water, stirred to form a slurry, washed using a centrifugal separator, and after sufficiently removing the added potassium carbonate, dried in a dryer, Ceria-zirconia powder was produced.
The yield of this ceria-zirconia powder was 96%.
(参考例3)
「イットリアナノ粒子の作製(OH/Y3+=1.2)」
硝酸イットリウム6水塩2605gを純水40Lに溶解させたイットリウム塩溶液に、28%アンモニア水496gを純水20Lに溶解させた希アンモニア水を攪拌しながら加え、イットリア前駆体スラリーを調整した。
次いで、このスラリーに、硫酸ナトリウム500gを5Lの純水に溶解させた硫酸ナトリウム水溶液を攪拌しながら加えた。このときの硫酸ナトリウムの添加量は、イットリウム塩溶液中のイットリウムイオンのイットリア換算値に対して65重量%であった。
( Reference Example 3 )
“Preparation of yttria nanoparticles (OH / Y 3+ = 1.2)”
To a yttrium salt solution in which 2605 g of yttrium nitrate hexahydrate was dissolved in 40 L of pure water, dilute ammonia water in which 496 g of 28% ammonia water was dissolved in 20 L of pure water was added with stirring to prepare an yttria precursor slurry.
Next, an aqueous sodium sulfate solution in which 500 g of sodium sulfate was dissolved in 5 L of pure water was added to this slurry with stirring. The amount of sodium sulfate added at this time was 65% by weight with respect to the yttria-converted value of yttrium ions in the yttrium salt solution.
次いで、この混合物を、乾燥器を用いて、大気中、130℃にて24時間、乾燥させ、固形物を得た。
次いで、この固形物を自動乳鉢等により粉砕した後、電気炉を用いて、大気中、550℃にて1時間焼成した。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した硫酸ナトリウムを十分に除去した後、乾燥器にて乾燥させ、イットリア粉末を作製した。
このイットリア粉末の収率は95%であった。
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.
Next, the solid was pulverized with an automatic mortar or the like and then baked at 550 ° C. for 1 hour in the air using an electric furnace.
Next, the fired product is put into pure water, stirred to form a slurry, washed using a centrifuge, and after sufficiently removing the added sodium sulfate, dried in a dryer, Yttria powder was prepared.
The yield of this yttria powder was 95%.
(比較例1)
「ジルコニアナノ粒子の作製(OH/ZrO2+=0.5)」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40Lに溶解させたジルコニウム塩溶液に、28%アンモニア水246gを純水20Lに溶解させた希アンモニア水を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体スラリーを調整した。
次いで、このスラリーに、硫酸ナトリウム300gを5Lの純水に溶解させた硫酸ナトリウム水溶液を攪拌しながら加えた。このときの硫酸ナトリウムの添加量は、ジルコニウム塩溶液中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して30重量%であった。
(Comparative Example 1)
“Preparation of zirconia nanoparticles (OH / ZrO 2+ = 0.5)”
To a zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate was dissolved in 40 L of pure water, dilute ammonia water in which 246 g of 28% ammonia water was dissolved in 20 L of pure water was added with stirring to prepare a zirconia precursor slurry.
Next, an aqueous sodium sulfate solution in which 300 g of sodium sulfate was dissolved in 5 L of pure water was added to this slurry with stirring. The amount of sodium sulfate added at this time was 30% by weight with respect to the zirconia converted value of zirconium ions in the zirconium salt solution.
次いで、この混合物を、乾燥器を用いて、大気中、130℃にて24時間、乾燥させ、固形物を得た。
次いで、この固形物を自動乳鉢等により粉砕した後、電気炉を用いて、大気中、500℃にて1時間焼成した。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した硫酸ナトリウムを十分に除去した後、乾燥器にて乾燥させ、ジルコニア粉末を作製した。
このジルコニア粉末の収率は34%であり、極めて小さな収率となった。
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.
Next, the solid was pulverized with an automatic mortar or the like and then baked at 500 ° C. for 1 hour in the air using an electric furnace.
Next, the fired product is put into pure water, stirred to form a slurry, washed using a centrifuge, and after sufficiently removing the added sodium sulfate, dried in a dryer, Zirconia powder was produced.
The yield of this zirconia powder was 34%, which was a very small yield.
(比較例2)
「ジルコニアナノ粒子の作製(OH/ZrO2+=2.0)」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40Lに溶解させたジルコニウム塩溶液に、28%アンモニア水986gを純水20Lに溶解させた希アンモニア水を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体スラリーを調整した。
次いで、このスラリーに、炭酸カリウム300gを5Lの純水に溶解させた炭酸カリウム水溶液を攪拌しながら加えた。このときの炭酸カリウムの添加量は、ジルコニウム塩溶液中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して30重量%であった。
(Comparative Example 2)
“Preparation of zirconia nanoparticles (OH / ZrO 2+ = 2.0)”
To a zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate was dissolved in 40 L of pure water, dilute ammonia water in which 986 g of 28% ammonia water was dissolved in 20 L of pure water was added with stirring to prepare a zirconia precursor slurry.
Next, an aqueous potassium carbonate solution in which 300 g of potassium carbonate was dissolved in 5 L of pure water was added to this slurry with stirring. The amount of potassium carbonate added at this time was 30% by weight with respect to the zirconia-converted value of zirconium ions in the zirconium salt solution.
次いで、この混合物を、乾燥器を用いて、大気中、130℃にて24時間、乾燥させ、固形物を得た。
次いで、この固形物を自動乳鉢等により粉砕した後、電気炉を用いて、大気中、500℃にて1時間焼成した。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した炭酸カリウムを十分に除去した後、乾燥器にて乾燥させ、ジルコニア粉末を作製した。
このジルコニア粉末の収率は98%であった。
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.
Next, the solid was pulverized with an automatic mortar or the like and then baked at 500 ° C. for 1 hour in the air using an electric furnace.
Next, the fired product is put into pure water, stirred to form a slurry, washed using a centrifugal separator, and after sufficiently removing the added potassium carbonate, dried in a dryer, Zirconia powder was produced.
The yield of this zirconia powder was 98%.
(比較例3)
「ジルコニアナノ粒子の作製(OH/ZrO2+=0.7、かつ硫酸ナトリウムの添加量が15重量%)」
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40Lに溶解させたジルコニウム塩溶液に、28%アンモニア水344gを純水20Lに溶解させた希アンモニア水を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体スラリーを調整した。
次いで、このスラリーに、硫酸ナトリウム150gを5Lの純水に溶解させた硫酸ナトリウム水溶液を攪拌しながら加えた。このときの硫酸ナトリウムの添加量は、ジルコニウム塩溶液中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して15重量%であった。
(Comparative Example 3)
“Preparation of zirconia nanoparticles (OH / ZrO 2+ = 0.7 and the amount of sodium sulfate added is 15% by weight)”
To a zirconium salt solution in which 2615 g of zirconium oxychloride octahydrate was dissolved in 40 L of pure water, dilute ammonia water in which 344 g of 28% ammonia water was dissolved in 20 L of pure water was added with stirring to prepare a zirconia precursor slurry.
Next, an aqueous sodium sulfate solution in which 150 g of sodium sulfate was dissolved in 5 L of pure water was added to this slurry with stirring. The amount of sodium sulfate added at this time was 15% by weight with respect to the zirconia-converted value of zirconium ions in the zirconium salt solution.
次いで、この混合物を、乾燥器を用いて、大気中、130℃にて24時間、乾燥させ、固形物を得た。
次いで、この固形物を自動乳鉢等により粉砕した後、電気炉を用いて、大気中、500℃にて1時間焼成した。
次いで、この焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した硫酸ナトリウムを十分に除去した後、乾燥器にて乾燥させ、ジルコニア粉末を作製した。
このジルコニア粉末の収率は85%であった。
Next, this mixture was dried in the air at 130 ° C. for 24 hours using a dryer to obtain a solid.
Next, the solid was pulverized with an automatic mortar or the like and then baked at 500 ° C. for 1 hour in the air using an electric furnace.
Next, the fired product is put into pure water, stirred to form a slurry, washed using a centrifuge, and after sufficiently removing the added sodium sulfate, dried in a dryer, Zirconia powder was produced.
The yield of this zirconia powder was 85%.
この様にして得られた実施例1、2、参考例1〜3及び比較例1〜3それぞれの粉末について、比表面積及び粒子径を測定した。
(1)比表面積
BET法により粉末の比表面積を測定した。
(2)BET法による粒子径
比表面積の測定値より粒子径を算出した。
(3)X線回折による粒子径
粉末X線回折法により粉末の特定の回折線のプロファイルを測定し、このプロファイルの拡がりから結晶子の大きさ(結晶子径)を求めた。
(4)TEMによる粒子径
粉末の透過型電子顕微鏡(TEM)像を撮影し、このTEM像から粉末の粒子径を測定した。
The specific surface area and particle diameter of each of the powders of Examples 1 and 2, Reference Examples 1 to 3, and Comparative Examples 1 to 3 thus obtained were measured.
(1) Specific surface area The specific surface area of the powder was measured by the BET method.
(2) Particle diameter by BET method The particle diameter was calculated from the measured value of the specific surface area.
(3) Particle diameter by X-ray diffraction The profile of a specific diffraction line of the powder was measured by a powder X-ray diffraction method, and the crystallite size (crystallite diameter) was determined from the spread of the profile.
(4) Particle diameter by TEM A transmission electron microscope (TEM) image of the powder was taken, and the particle diameter of the powder was measured from this TEM image.
これらの結果を表1及び表2に示す。
なお、表1中、「金属」は、金属塩溶液中の金属イオンの種類であり、元素記号で表してある。
また、「OH/M m+ 」は、金属塩溶液中の金属イオンに対する、塩基性溶液中の水酸基(OH)のモル比nである。
また、「無機塩/金属酸化物」は、無機塩の添加量と、金属塩溶液中の金属イオンの金属酸化物換算値との比であり、この無機塩の添加量を、金属酸化物換算値に対して重量%で表してある。
These results are shown in Tables 1 and 2.
In Table 1, “metal” is the type of metal ion in the metal salt solution, and is represented by an element symbol.
“ OH / M m + ” is a molar ratio n of the hydroxyl group (OH) in the basic solution to the metal ion in the metal salt solution.
“Inorganic salt / metal oxide” is the ratio between the amount of inorganic salt added and the metal oxide equivalent value of the metal ion in the metal salt solution. It is expressed in weight% with respect to the value.
これらの結果によれば、実施例1、2それぞれの粒子径については、BET法、X線回折、TEMそれぞれの測定値がほぼ一致しており、また、1次粒子は融着がなく独立しており、さらに、個々の粒子が単結晶からなっており、結晶性の良いシングルナノメートルサイズの粒子が得られることが分かった。
また、これらの粉末の収率は85%以上であり、量産性に優れていることが分かった。
According to these results, the measured values of the BET method, X-ray diffraction, and TEM for the particle diameters of Examples 1 and 2 are almost the same, and the primary particles are independent without fusion. Furthermore, it was found that single nanometer-sized particles with good crystallinity can be obtained because each particle is made of a single crystal.
Moreover, the yield of these powders was 85% or more, and it was found that the mass productivity was excellent.
一方、比較例1の粒子径については、実施例1、2と同様、BET法、X線回折、TEMそれぞれの測定値がほぼ一致しており、また、1次粒子は融着がなく独立しており、さらに、個々の粒子が単結晶からなっており、結晶性の良いシングルナノメートルサイズのジルコニア粒子であったが、この粉末の収率が34%と極めて低く、量産性に劣っていることが分かった。 On the other hand, with respect to the particle size of Comparative Example 1, as in Examples 1 and 2, the measured values of the BET method, X-ray diffraction, and TEM are almost the same, and the primary particles are independent without fusion. In addition, the individual particles consisted of single crystals and were single nanometer-sized zirconia particles with good crystallinity, but the yield of this powder was extremely low at 34%, which is inferior in mass production. I understood that.
また、比較例2の粒子径については、BET法、X線回折、TEMそれぞれの測定値が一致しておらず、1次粒子が融着した粒子径の大きいジルコニア粒子であった。
また、比較例3の粒子径についても、BET法、X線回折、TEMそれぞれの測定値が一致しておらず、1次粒子が融着した粒子径の大きいジルコニア粒子であった。
Moreover, about the particle diameter of the comparative example 2, the measured value of BET method, X-ray diffraction, and TEM did not correspond, but it was a zirconia particle with a large particle diameter which the primary particle fuse | melted.
Also, the particle diameter of Comparative Example 3 was a zirconia particle having a large particle diameter in which the measured values of the BET method, X-ray diffraction, and TEM did not match and primary particles were fused.
本発明の金属酸化物ナノ粒子の製造方法は、粒子同士の融着がなく、平均粒子径が10nm以下であり、しかも結晶性が高い金属酸化物ナノ粒子を大量にかつ安価に製造することができるものであるから、触媒、導電材料、誘電体材料、セラミック原料、顔料、高屈折率材料、磁性材料、各種樹脂、プラスチックフィルム、プラスチック板等のフィラー等の様なナノ粒子の製造に用いるのはもちろんのこと、セラミックス、高分子等とのコンポジット化を図ることでナノ粒子の分散性が確保されたコンポジット粒子を製造する際にも極めて有用なものである。 The method for producing metal oxide nanoparticles of the present invention can produce metal oxide nanoparticles in a large amount and at low cost without fusion between particles, an average particle diameter of 10 nm or less, and high crystallinity. It can be used for the production of nanoparticles such as catalysts, conductive materials, dielectric materials, ceramic raw materials, pigments, high refractive index materials, magnetic materials, various resins, plastic films, fillers for plastic plates, etc. Needless to say, it is extremely useful for producing composite particles in which the dispersibility of nanoparticles is ensured by compositing with ceramics, polymers and the like.
Claims (4)
前記金属塩溶液は、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)、セリウム(Ce)、イットリウム(Y)、チタン(Ti)の群から選択される1種でありかつそのイオン価数がm価の金属イオン、またはジルコニア、セリア、イットリア、チタニアの群から選択される1種でありかつそのイオン価数がm価の金属酸化物イオンを含有してなり、
前記金属イオンまたは前記金属酸化物イオンに対する前記塩基性溶液中の水酸基のモル比をnとするとき、このnが次式
0.5<n<m ……(1)
を満たす様に、前記金属塩溶液に前記塩基性溶液を加えて前記金属塩溶液を部分中和させ、
次いで、この部分中和された溶液に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属およびアルカリ土類金属、のうちいずれか1種を含む炭酸塩を加えて混合溶液とし、この混合溶液を加熱することを特徴とする金属酸化物ナノ粒子の製造方法。 A method of producing a metal oxide nanoparticle from a metal oxide precursor by neutralizing a metal salt solution with a basic solution,
The metal salt solution is one selected from the group consisting of zirconium (Zr), indium (In), tin (Sn), aluminum (Al), cerium (Ce), yttrium (Y), and titanium (Ti). And the ionic valence is one selected from the group of m-valent metal ions or zirconia, ceria, yttria, titania, and the ionic valence contains m-valent metal oxide ions,
When the molar ratio of the hydroxyl group in the basic solution to the metal ion or the metal oxide ion is n, this n is represented by the following formula:
0.5 <n <m (1)
So that the metal salt solution is partially neutralized by adding the basic solution to the metal salt solution,
Next, a carbonate containing any one of alkali metal, alkaline earth metal, alkali metal and alkaline earth metal is added to the partially neutralized solution to form a mixed solution, and the mixed solution is heated. A method for producing metal oxide nanoparticles.
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