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JP5565833B2 - Method for producing aggregate particles - Google Patents
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Description

本発明は、金属酸化物、金属含水酸化物または金属水酸化物のナノ粒子が集合して形成される、マイクロメートルオーダーの平均粒子径を有し、粒度分布が狭い集合体粒子を製造する方法に関する。より詳しくは、セラミック原料や顔料、触媒担体や吸着剤、光触媒、エネルギデバイス電極材等に用いることのできる金属酸化物、金属含水酸化物または金属水酸化物のナノ粒子が集合して形成される、マイクロメートルオーダーの平均粒子径を有し、粒度分布が狭い集合体粒子を、高速で、しかも環境への影響を小さくして製造することができる集合体粒子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing aggregate particles having an average particle diameter of micrometer order and a narrow particle size distribution, which are formed by aggregation of metal oxide, metal hydroxide or metal hydroxide nanoparticles. About. More specifically, the metal oxide, metal hydroxide, or metal hydroxide nanoparticles that can be used for ceramic raw materials and pigments, catalyst carriers and adsorbents, photocatalysts, energy device electrode materials, and the like are formed in an aggregate. The present invention relates to a method for producing aggregate particles, which can produce aggregate particles having an average particle diameter on the order of micrometers and having a narrow particle size distribution at a high speed and with little influence on the environment.

従来から、金属酸化物、金属含水酸化物または金属水酸化物のナノ粒子が集合して形成される集合体粒子を製造する方法としては、スプレードライ法、超音波噴霧乾燥法等が用いられている。
スプレードライ法は、金属酸化物、金属含水酸化物または金属水酸化物のスラリー等を高温気流中にスプレー噴霧して乾燥し、得られる集合体粒子をサイクロンやフィルターによって回収する方法である。また、超音波噴霧乾燥法は、金属酸化物、金属含水酸化物または金属水酸化物のスラリー等を超音波照射によって霧化(エアロゾル)させた後、これを高温気流中に導入して乾燥し、得られる球状の集合体粒子をサイクロンやフィルターにより回収する方法である。このような集合体粒子の製造方法は、簡便で高い生産性があり、環境への影響も小さいことから、一般的な工業生産技術として用いられている。
Conventionally, spray drying, ultrasonic spray drying, and the like have been used as methods for producing aggregate particles formed by aggregation of metal oxides, metal hydroxides, or metal hydroxide nanoparticles. Yes.
The spray drying method is a method in which a metal oxide, a metal hydroxide oxide, a metal hydroxide slurry, or the like is sprayed and dried in a high-temperature air stream, and the resulting aggregated particles are collected by a cyclone or a filter. In addition, the ultrasonic spray drying method atomizes (aerosols) a metal oxide, metal hydroxide or metal hydroxide slurry by ultrasonic irradiation, and then introduces this into a high-temperature air stream to dry. In this method, the resulting spherical aggregate particles are collected by a cyclone or a filter. Such a method for producing aggregate particles is simple and highly productive, and has a small influence on the environment, and is therefore used as a general industrial production technique.

一方、粒度分布が狭い集合体粒子を製造する方法としては、インクジェットノズルにより液滴を生成させた後、この液滴を乾燥させる方法が知られている(特許文献1、2参照)。この方法では、インクジェットノズルから吐出される液滴の粒度分布は狭く均一性が高いので、この液滴をノズルに近接した水の接触角の大きい基板上に付着させ、乾燥・回収することで粒度分布の狭い集合体粒子が得られるというものである。
しかしながら、このような方法では、生産性が極めて悪いばかりでなく、インクジェットノズルと基板との距離やノズル近辺の気流の状態によっては、液滴同士が接触して、液滴粒子の接触成長が生じることがあり、粒度分布を制御することが困難であるという問題がある。
On the other hand, as a method for producing aggregate particles having a narrow particle size distribution, a method is known in which droplets are generated by an ink jet nozzle and then dried (see Patent Documents 1 and 2). In this method, the particle size distribution of the droplets ejected from the inkjet nozzle is narrow and highly uniform, so the droplets are deposited on a substrate with a large water contact angle close to the nozzle, dried and collected, and the particle size is distributed. Aggregate particles with a narrow distribution can be obtained.
However, in such a method, not only the productivity is very bad, but depending on the distance between the inkjet nozzle and the substrate and the state of the airflow in the vicinity of the nozzle, the droplets come into contact with each other, and contact growth of the droplet particles occurs. In some cases, it is difficult to control the particle size distribution.

さらに、集合体粒子を製造する方法として、金属アルコキシドをカチオン系あるいはノニオン系界面活性剤と共に水及びアルコールからなる溶媒に溶解し、水―アルコール等のエマルション中で、酸等を加えて金属アルコキシドを加水分解し、溶媒を揮散させた後、焼成して有機物を除去してナノポーラスな多孔質集合体粒子を製造する方法がある(特許文献3、4参照)。このような方法によれば粒度分布の狭い多孔質集合体粒子を得ることが可能であるが、界面活性剤を焼成等により除去する必要が有り、環境に悪影響を及ぼすという問題がある。
そこで、金属アルコキシドと有機溶媒の混合液を水により加水分解させ、反応生成物を亜臨界や超臨界二酸化炭素で反応生成物中のアルコール等の有機成分を抽出処理して多孔質集合体粒子を製造する方法が提案されている(特許文献5参照)。この方法では、界面活性剤を燃焼除去させる必要はないが、金属アルコキシド由来のアルコール等の有機成分あるいは金属アルコキシドとの混合溶剤を燃焼して除去するか、あるいは回収して廃液処理する必要があり、環境に悪影響を及ぼすという問題は未だ残っている状態であった。
Furthermore, as a method for producing aggregate particles, a metal alkoxide is dissolved in a solvent composed of water and alcohol together with a cationic or nonionic surfactant, and an acid or the like is added in an emulsion such as water-alcohol to form the metal alkoxide. There is a method of producing nanoporous porous aggregate particles by hydrolyzing and volatilizing the solvent, and then baking to remove organic substances (see Patent Documents 3 and 4). According to such a method, it is possible to obtain porous aggregate particles having a narrow particle size distribution, but there is a problem in that it is necessary to remove the surfactant by baking or the like, which adversely affects the environment.
Therefore, the liquid mixture of the metal alkoxide and the organic solvent is hydrolyzed with water, and the reaction product is subjected to extraction treatment of organic components such as alcohol in the reaction product with subcritical or supercritical carbon dioxide. A manufacturing method has been proposed (see Patent Document 5). In this method, it is not necessary to burn off and remove the surfactant, but it is necessary to burn away the organic component such as alcohol derived from the metal alkoxide or the mixed solvent with the metal alkoxide, or to recover and treat the waste liquid. The problem of adversely affecting the environment remained.

特開2005−213626号公報JP 2005-213626 A 特開2008−15346号公報JP 2008-15346 A 特開2003−335515号公報JP 2003-335515 A 特開2003−335506号公報JP 2003-335506 A 特開2006−290680号公報JP 2006-290680 A

本発明者等は、上記の課題に鑑みて、金属酸化物、金属含水酸化物または金属水酸化物のナノ粒子が集合して形成される、粒度分布が狭く、生産性に優れ、環境への影響が小さい集合体粒子の新規な製造方法について鋭意検討してきた結果、界面活性剤と有機溶媒を用いたエマルションによらず、また金属アルコキシドと有機溶媒も用いることもなく、一般に工業規模で用いられているスプレー噴霧乾燥法と同等程度に簡便で生産性に優れ、粒度分布が狭い集合体粒子を、高速で、かつ環境への影響を少なくして製造することが可能な方法を見出し、本発明を完成するに至った。   In view of the above problems, the present inventors have formed a metal oxide, metal hydrated oxide, or metal hydroxide nanoparticles aggregated, have a narrow particle size distribution, excellent productivity, and environmental friendliness. As a result of diligent investigations on a new method for producing aggregate particles having a small influence, it is generally used on an industrial scale without using an emulsion using a surfactant and an organic solvent, and without using a metal alkoxide and an organic solvent. The present invention has found a method capable of producing aggregate particles that are as simple and excellent in productivity as those of conventional spray spray drying methods and have a narrow particle size distribution at a high speed and with little influence on the environment. It came to complete.

したがって、本発明は、金属酸化物、金属含水酸化物または金属水酸化物のナノ粒子が集合して形成される、マイクロメートルオーダーの平均粒子径を有し、粒度分布が狭い(粒子径が揃った)集合体粒子を、高速で、かつ環境への影響を少なくして製造する方法を提供することを目的とするものである。   Therefore, the present invention has an average particle size of micrometer order formed by aggregation of metal oxide, metal hydrated oxide or metal hydroxide nanoparticles, and has a narrow particle size distribution (particle size is uniform). It is an object of the present invention to provide a method for producing aggregate particles at high speed and with less environmental impact.

すなわち、本発明は、
(1) 高密度二酸化炭素と、金属酸化物、金属含水酸化物または金属水酸化物のナノ粒子の水分散液とを混合して混合体を形成するステップと、ノズルから当該混合体を噴射させて氷滴粒子を得るステップと、当該氷滴粒子から乾燥により水分を除去するステップとを含む、ナノ粒子が集合して形成される平均粒子径が0.1〜5μmの集合体粒子の製造方法、
(2) 前記高密度二酸化炭素と前記水分散液とを混合機に入れ、レイノルズ数が8000以上の高せん断場を形成することによって前記混合体を形成する上記(1)に記載の集合体粒子の製造方法、
(3) 前記混合体が、前記高密度二酸化炭素中に、前記水分散液がエマルション状態で分散している混合体である上記(1)又は(2)に記載の集合体粒子の製造方法、
(4) 前記氷滴粒子を、水の沸点以上の温度に設定した水と相溶しない溶媒液中に回収し、当該氷滴粒子から乾燥により水分を除去する上記(1)〜(3)のいずれかに記載の集合体粒子の製造方法、
を提供するものである。
That is, the present invention
(1) A step of mixing a high density carbon dioxide and a metal oxide, a metal hydroxide, or an aqueous dispersion of metal hydroxide nanoparticles to form a mixture, and jetting the mixture from a nozzle A method for producing aggregate particles having an average particle diameter of 0.1 to 5 μm formed by aggregation of nanoparticles, the method comprising: obtaining ice droplet particles; and removing moisture from the ice droplet particles by drying ,
(2) Aggregate particles according to (1) above, wherein the high density carbon dioxide and the aqueous dispersion are put into a mixer and a high shear field having a Reynolds number of 8000 or more is formed to form the mixture. Manufacturing method,
(3) The method for producing aggregate particles according to (1) or (2), wherein the mixture is a mixture in which the aqueous dispersion is dispersed in an emulsion state in the high-density carbon dioxide,
(4) The above ice droplet particles are recovered in a solvent solution that is incompatible with water set to a temperature equal to or higher than the boiling point of water, and moisture is removed from the ice droplet particles by drying. A method for producing an aggregate particle according to any one of the above,
Is to provide.

本発明によれば、金属酸化物、金属含水酸化物または金属水酸化物のナノ粒子が集合して形成される、マイクロメートルオーダーの平均粒子径を有し、粒度分布が狭い(粒子径が揃った)集合体粒子を、高速で、かつ環境への影響を少なくして製造することができる。   According to the present invention, metal oxide, metal hydrated oxide, or metal hydroxide nanoparticles are formed to have an average particle size on the order of micrometers and a narrow particle size distribution (the particle size is uniform). A) Aggregate particles can be produced at high speed and with less environmental impact.

本発明の集合体粒子の製造方法を説明するための装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the apparatus for demonstrating the manufacturing method of the aggregate particle | grains of this invention.

本発明のナノ粒子の集合体粒子の製造方法は、高密度二酸化炭素と、金属酸化物、金属含水酸化物または金属水酸化物のナノ粒子(以下、単に「ナノ粒子」ということがある。)の水分散液とを混合して混合体を形成するステップと、ノズルから当該混合体を噴射させて氷滴粒子を得るステップと、当該氷滴粒子から乾燥により水分を除去するステップとを含む、ナノ粒子が集合して形成される平均粒子径が0.1〜5μmの集合体粒子を製造する方法である。   The method for producing aggregated particles of nanoparticles according to the present invention includes high-density carbon dioxide and metal oxide, metal hydroxide or metal hydroxide nanoparticles (hereinafter, simply referred to as “nanoparticles”). A step of forming a mixture by mixing with an aqueous dispersion of the above, a step of spraying the mixture from a nozzle to obtain ice droplet particles, and a step of removing moisture from the ice droplet particles by drying. This is a method for producing aggregate particles having an average particle diameter of 0.1 to 5 μm formed by aggregation of nanoparticles.

以下、適宜、図1を使用して本発明を更に詳細に説明する。
図1は、集合体粒子の製造方法を説明するための装置の概念図である。図1中、1はボンベ中の二酸化炭素である。2は二酸化炭素を加圧するためのガス加圧ポンプである。3は二酸化炭素温度調節器(熱交換器)である。4はナノ粒子の水分散液である。5はナノ粒子の水分散液を加圧するための液加圧ポンプである。6は水分散液温度調節器(熱交換器)である。7は二酸化炭素(高密度二酸化炭素)と水分散液とを混合するミキサーである。8はミキサー7に接続された配管であり、ミキサー7と配管8とにより混合機9が構成されている。10は噴射ノズルであり、ノズル噴射口の反対側に配管8が接続されている。11は噴射ノズル10から噴射された氷滴粒子である。12は氷滴粒子11を回収および乾燥のためのオイルバスである。また、図1の各所に配置されているPIおよびTIは、それぞれ圧力計および温度計である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to FIG.
FIG. 1 is a conceptual diagram of an apparatus for explaining a method for producing aggregate particles. In FIG. 1, 1 is carbon dioxide in a cylinder. 2 is a gas pressurizing pump for pressurizing carbon dioxide. 3 is a carbon dioxide temperature controller (heat exchanger). 4 is an aqueous dispersion of nanoparticles. 5 is a liquid pressurizing pump for pressurizing the aqueous dispersion of nanoparticles. 6 is an aqueous dispersion temperature controller (heat exchanger). 7 is a mixer for mixing carbon dioxide (high density carbon dioxide) and an aqueous dispersion. Reference numeral 8 denotes a pipe connected to the mixer 7, and the mixer 9 is constituted by the mixer 7 and the pipe 8. Reference numeral 10 denotes an injection nozzle, and a pipe 8 is connected to the opposite side of the nozzle injection port. Reference numeral 11 denotes ice droplet particles ejected from the ejection nozzle 10. Reference numeral 12 denotes an oil bath for collecting and drying the ice droplet particles 11. Moreover, PI and TI arrange | positioned at each place of FIG. 1 are a pressure gauge and a thermometer, respectively.

〔第1ステップ〕
本発明の第1ステップは、高密度二酸化炭素と、金属酸化物、金属含水酸化物または金属水酸化物のナノ粒子の水分散液とを混合して混合体を形成するステップである。
本発明に用いられる高密度二酸化炭素とは、超臨界二酸化炭素(31.1℃以上、7.4MPa以上の温度圧力条件を有する二酸化炭素)、および液化二酸化炭素(−56.6℃以上で、その温度での飽和蒸気圧以上の温度圧力条件下において生じる液相)を意味する。
高密度二酸化炭素の密度としては、0.85〜0.98g/cm3が好ましく、装置の耐圧性能や温度調整幅が許す限り高いほうが良い。
本発明に用いられる高密度二酸化炭素を製造する方法は特に限定されず、公知の超臨界二酸化炭素、および液化二酸化炭素を製造する方法を採用することができる。例えば、図1に示すように、ボンベ中の二酸化炭素1をガス加圧ポンプ2を用いて高圧にし、さらに温度調節器(熱交換器(加熱/冷却器))3を用いて目的温度にすることにより、高密度二酸化炭素(液化二酸化炭素)とすることができる。
[First step]
The first step of the present invention is a step of forming a mixture by mixing high density carbon dioxide and an aqueous dispersion of metal oxide, metal hydroxide or metal hydroxide nanoparticles.
The high density carbon dioxide used in the present invention is supercritical carbon dioxide (carbon dioxide having a temperature and pressure condition of 31.1 ° C. or higher, 7.4 MPa or higher) and liquefied carbon dioxide (−56.6 ° C. or higher, It means a liquid phase generated under temperature and pressure conditions equal to or higher than the saturated vapor pressure at that temperature.
The density of the high-density carbon dioxide is preferably 0.85 to 0.98 g / cm 3, and is preferably as high as the pressure resistance performance and temperature adjustment width of the apparatus allow.
The method for producing high-density carbon dioxide used in the present invention is not particularly limited, and known supercritical carbon dioxide and liquefied carbon dioxide production methods can be employed. For example, as shown in FIG. 1, carbon dioxide 1 in a cylinder is increased to a high pressure using a gas pressurizing pump 2, and further set to a target temperature using a temperature controller (heat exchanger (heating / cooling device) 3. Thus, high density carbon dioxide (liquefied carbon dioxide) can be obtained.

また、本発明に用いられる金属酸化物、金属含水酸化物または金属水酸化物のナノ粒子は、特に限定されるものではなく、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化スズ、酸化鉄、酸化イットリウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ニッケル等の非晶質あるいは結晶性の金属酸化物のナノ粒子、または含水酸化ケイ素、含水酸化チタン、含水酸化ジルコニウム等の構造水を含有する金属含水酸化物のナノ粒子、または水酸化ジルコニウム、水酸化スズ、水酸化アルミニウム等の金属水酸化物ナノ粒子を用いることができる。
また、本発明は、マイクロメートルオーダーの平均粒子径の集合体粒を製造することから、上記金属酸化物、金属含水酸化物または金属水酸化物のナノ粒子の平均粒子径は、100nm以下であることが好ましく、1〜50nmがより好ましく、1〜20nmがさらに好ましい。
ナノ粒子の製造方法は、特に限定されず、公知のナノ粒子を製造する方法を採用することができる(例えば、特開2006−16236号公報、特許第4112250号公報参照)。
Further, the metal oxide, metal hydrated oxide or metal hydroxide nanoparticles used in the present invention are not particularly limited, and examples thereof include silicon oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, titanium oxide, tin oxide, Metals containing amorphous or crystalline metal oxide nanoparticles such as iron oxide, yttrium oxide, zinc oxide, magnesium oxide, nickel oxide, or structural water such as hydrous silicon oxide, hydrous titanium oxide, hydrous zirconium oxide Hydrous oxide nanoparticles or metal hydroxide nanoparticles such as zirconium hydroxide, tin hydroxide, and aluminum hydroxide can be used.
In addition, since the present invention produces aggregated particles having an average particle size of the order of micrometers, the average particle size of the metal oxide, metal hydroxide or metal hydroxide nanoparticles is 100 nm or less. It is preferably 1 to 50 nm, more preferably 1 to 20 nm.
The method for producing nanoparticles is not particularly limited, and a known method for producing nanoparticles can be employed (see, for example, JP-A-2006-16236 and JP-A-4112250).

また、ナノ粒子の水分散液を作製する方法は特に限定されず、通常の方法により、ナノ粒子が分散した水分散液を作製することができる。例えば、水にナノ粒子を加え、撹拌して作製することができる。なお、撹拌の際、超音波を用いる等、ナノ粒子を水分散液中に均一に分散させるための公知の方法を採用することが好ましい。
また、ナノ粒子を分散させる水は、ナノ粒子相互の静電反発力によってナノ粒子を水中に分散させた状態を維持できるように、ナノ粒子の等電点よりもpHが±1程度以上離れるようにpHを調整するのが好ましい。pH調整剤としては、通常pH調整に用いられる塩酸、硫酸、硝酸等の酸、アンモニア等を用いることができる。
また、ナノ粒子の凝集が生じないようにするために、水分散液中のナノ粒子の比率(固形分比率)は、1〜20質量%程度にしておくのが好ましい。この範囲のナノ粒子の比率(固形分比率)および水のpHの調整により、ナノ粒子の凝集による沈降が生じにくく、ナノ粒子が水分散液に均一に分散した水分散液を得ることができる。
Moreover, the method for producing the aqueous dispersion of nanoparticles is not particularly limited, and an aqueous dispersion in which nanoparticles are dispersed can be produced by an ordinary method. For example, it can be prepared by adding nanoparticles to water and stirring. In addition, it is preferable to employ | adopt the well-known method for disperse | distributing a nanoparticle uniformly in an aqueous dispersion liquid, such as using an ultrasonic wave at the time of stirring.
Further, the water in which the nanoparticles are dispersed is separated from the isoelectric point of the nanoparticles by about ± 1 or more so that the state in which the nanoparticles are dispersed in water by the electrostatic repulsion between the nanoparticles can be maintained. It is preferable to adjust the pH. As the pH adjuster, acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid which are usually used for pH adjustment, ammonia and the like can be used.
In order to prevent aggregation of the nanoparticles, the ratio of nanoparticles in the aqueous dispersion (solid content ratio) is preferably about 1 to 20% by mass. By adjusting the ratio of the nanoparticles (solid content ratio) and the pH of water within this range, precipitation due to aggregation of the nanoparticles is unlikely to occur, and an aqueous dispersion in which the nanoparticles are uniformly dispersed in the aqueous dispersion can be obtained.

この第1ステップでは、特に、高密度二酸化炭素とナノ粒子の水分散液(以下、単に「水分散液」ということがある。)とを混合して混合体を形成することが重要となる。通常、高密二酸化炭素と水とは相互に相溶しないため、また、双方の表面張力差が大きいため、これらを混合することがむずかしい。そこで、高密度二酸化炭素と水分散液とを混合機に入れ、高速で混合し、高密度二酸化炭素中に、水分散液がエマルション状態で分散したW/C(Water in Carbon dioxide)エマルションとして混合体を形成しておくのが好ましい。
しかしながら、このように形成されたエマルションでも、上記したように、二酸化炭素と水とは相互に相溶せず、双方の表面張力差が大きいため、エマルションの安定性は低く、寿命が短いものとなる。そこで、形成されたエマルションを高乱流状態にして、エマルションの安定性を高め、エマルションの寿命を長くすることが好ましい。
In this first step, it is particularly important to form a mixture by mixing high density carbon dioxide and an aqueous dispersion of nanoparticles (hereinafter sometimes simply referred to as “aqueous dispersion”). Usually, high-density carbon dioxide and water are incompatible with each other, and since the difference in surface tension between the two is large, it is difficult to mix them. Therefore, high density carbon dioxide and aqueous dispersion are put in a mixer and mixed at high speed, and mixed in high density carbon dioxide as a W / C (Water in Carbon dioxide) emulsion in which the aqueous dispersion is dispersed in an emulsion state. It is preferable to form a body.
However, even in the emulsion formed in this way, as described above, carbon dioxide and water are not compatible with each other, and since the difference in surface tension between the two is large, the stability of the emulsion is low and the life is short. Become. Therefore, it is preferable to make the formed emulsion into a highly turbulent state to improve the stability of the emulsion and to prolong the life of the emulsion.

エマルションを高乱流状態で安定化させる方法として、高密度二酸化炭素と水分散液とを混合機に入れ、混合機においてレイノルズ数が8000以上の高せん断場を形成する方法を採用することができる。混合機においてレイノルズ数が8000以上の高せん断場を形成するためには、ミキサーにおけるレイノルズ数が14000以上であることが好ましい。
具体的には、内径0.3〜0.5mmの管を有するT字継手(例えば、スエジロック社製 SS−1F0−3GC)をミキサー7として用い、ガス加圧ポンプ2および二酸化炭素温度調節器3により作製された高密度二酸化炭素を所定の量および圧力でミキサー7のT字継手の一方の流入口へ流入し、また、液加圧ポンプ5および分散液温度調節器6により、水分散液4を所定の量および圧力でミキサー7のT字継手の他方の流入口へ流入し、高密度二酸化炭素と水分散液とが衝突して混合しあうようにして、流出管(T字継手の残りの管)にこれらの高密度二酸化炭素と水分散液とを混合させながら流入させることにより、流出管内でエマルションを形成する方法を採用することができる。
例えば、ミキサー7に流路径0.3mmのT字継手(スエジロック社製 SS−1F0−3GC)を使用し、高密度二酸化炭素と水分散液の供給温度と供給圧力を、それぞれ、20℃、10MPaとし、さらに高密度二酸化炭素と水分散液の配合比率(重量基準)を8:2とすれば、高密度二酸化炭素の流量を60〜100ml/分、水分散液の流量を13〜35ml/分とすることができる。
As a method for stabilizing the emulsion in a highly turbulent state, a method in which high-density carbon dioxide and an aqueous dispersion are put into a mixer and a high shear field having a Reynolds number of 8000 or more can be formed in the mixer. . In order to form a high shear field having a Reynolds number of 8000 or more in the mixer, the Reynolds number in the mixer is preferably 14,000 or more.
Specifically, using a T-shaped joint (for example, SS-1F0-3GC manufactured by Suediloc Co.) having a tube having an inner diameter of 0.3 to 0.5 mm as the mixer 7, the gas pressurizing pump 2 and the carbon dioxide temperature controller 3 are used. The high-density carbon dioxide produced by the above-described method flows into one inlet of the T-shaped joint of the mixer 7 at a predetermined amount and pressure, and the aqueous dispersion 4 is dispersed by the liquid pressurizing pump 5 and the dispersion liquid temperature controller 6. Into the other inlet of the T-joint of the mixer 7 with a predetermined amount and pressure, so that the high-density carbon dioxide and the aqueous dispersion collide and mix with each other. It is possible to adopt a method of forming an emulsion in the outflow pipe by introducing the high density carbon dioxide and the aqueous dispersion into the pipe) while mixing them.
For example, a T-shaped joint (SS-1F0-3GC manufactured by Suediloc Co., Ltd.) having a channel diameter of 0.3 mm is used for the mixer 7, and the supply temperature and supply pressure of the high-density carbon dioxide and the aqueous dispersion are 20 ° C. and 10 MPa, respectively. If the blending ratio (weight basis) of the high density carbon dioxide and the aqueous dispersion is 8: 2, the flow rate of the high density carbon dioxide is 60 to 100 ml / min, and the flow rate of the aqueous dispersion is 13 to 35 ml / min. It can be.

また、図1に示すように、ミキサー(T字継手)7には、配管8が接続されており、この配管8の内径および高密度二酸化炭素と水分散液の混合体の体積流量を調整することにより、混合機におけるレイノルズ数を調整することができる。
そして、この混合機内でのレイノルズ数が8000以上であれば、高せん断場を形成するようにすることができ、これにより乱流状態を形成、維持してエマルションを安定化させることができる。レイノルズ数としては、好ましくは10000以上、さらに好ましくは12000以上である。例えば、レイノルズ数を8000以上とする場合は、配管8の内径を0.5mmとし、流路径0.3mmのT字継手(ミキサー7)を使用し、高密度二酸化炭素と水分散液の供給温度と供給圧力を、それぞれ、20℃、10MPaとし、高密度二酸化炭素と水分散液の配合比率(重量基準)を8:2とする条件では、高密度二酸化炭素と水分散液の混合体の体積流量を55ml/分以上とすればよく、レイノルズ数10000以上とする場合は、混合体の体積流量を65ml/分以上とすればよく、レイノルズ数12000以上とする場合は、混合体の体積流量を70ml/分以上とすればよい。
なお、ミキサーとして、T字継手以外にもレイノルズ数が14000以上の高せん断場を形成できるものであればよく、スタティックミキサー等の工業用汎用ミキサー、マイクロミキサー(例えば、IMM社製)等を使用することもできる。
As shown in FIG. 1, a pipe 8 is connected to the mixer (T-shaped joint) 7, and the inner diameter of the pipe 8 and the volume flow rate of the mixture of high-density carbon dioxide and aqueous dispersion are adjusted. Thus, the Reynolds number in the mixer can be adjusted.
If the Reynolds number in the mixer is 8000 or more, a high shear field can be formed, whereby a turbulent state can be formed and maintained to stabilize the emulsion. The Reynolds number is preferably 10,000 or more, more preferably 12,000 or more. For example, when the Reynolds number is 8000 or more, the inner diameter of the pipe 8 is 0.5 mm, a T-shaped joint (mixer 7) having a flow path diameter of 0.3 mm is used, and the supply temperature of the high-density carbon dioxide and the aqueous dispersion is used. And a supply pressure of 20 ° C. and 10 MPa, respectively, and a mixing ratio (weight basis) of the high density carbon dioxide and the aqueous dispersion is 8: 2, the volume of the mixture of the high density carbon dioxide and the aqueous dispersion The flow rate may be 55 ml / min or more. When the Reynolds number is 10,000 or more, the volume flow rate of the mixture may be 65 ml / min or more. When the Reynolds number is 12000 or more, the volume flow rate of the mixture is What is necessary is just to be 70 ml / min or more.
Any mixer other than a T-shaped joint may be used as long as it can form a high shear field with a Reynolds number of 14,000 or more, and an industrial general-purpose mixer such as a static mixer, a micromixer (for example, manufactured by IMM) or the like is used. You can also

〔第2ステップ〕
本発明の第2ステップは、ノズルから高密度二酸化炭素と水分散液の混合体を噴射させて氷滴粒子を得るステップである。
この第2ステップでは、高密度二酸化炭素と水分散液の混合体(エマルション)をノズルから噴射して、急速に減圧・膨張させて、氷滴粒子を得るものである。混合体がノズルから噴射されると、二酸化炭素のジュール−トムソン(Joule-Thomson)効果及び断熱膨張により、減圧・膨張された混合体の温度は低下するので、混合体中の水分は凍結する。一方、二酸化炭素は気化して、混合体から分離されるため、結果として、内部にナノ粒子を複数個含む微小な氷滴粒子が単独で形成される。
[Second step]
The second step of the present invention is a step of obtaining ice droplet particles by jetting a mixture of high-density carbon dioxide and an aqueous dispersion from a nozzle.
In this second step, a mixture (emulsion) of high-density carbon dioxide and an aqueous dispersion is jetted from a nozzle and rapidly decompressed and expanded to obtain ice droplet particles. When the mixture is ejected from the nozzle, the temperature of the decompressed and expanded mixture decreases due to the Joule-Thomson effect of carbon dioxide and adiabatic expansion, so that the water in the mixture freezes. On the other hand, carbon dioxide is vaporized and separated from the mixture. As a result, small ice droplet particles containing a plurality of nanoparticles are formed alone.

氷滴粒子を形成するための高密度二酸化炭素と水分散液との配合比率は、ジュール−トムソン効果の計算により、次式(1)の関係を満たすようにしておくのが好ましい。
水分散液の水の重量/(水分散液の水の質量+高密度二酸化炭素の重量)×100≦30重量%(質量%) ・・・(1)
It is preferable that the blending ratio of the high density carbon dioxide and the aqueous dispersion for forming the ice droplet particles satisfies the relationship of the following formula (1) by calculation of the Joule-Thomson effect.
Weight of water in water dispersion / (mass of water in water dispersion + weight of high density carbon dioxide) × 100 ≦ 30 wt% (mass%) (1)

また、形成される氷滴粒子の粒子径は特に限定されないが、乾燥収縮により概ね1/2〜1/3に収縮するので、最終的に得られる集合体粒子の粒子径(0.1〜5μm)を考慮すると、平均粒子径を0.2〜15μmの範囲にしておくのが好ましい。
このような平均粒子径を有する氷滴粒子は、混合体の噴射圧力により調整することができる。噴射圧力は、高密度二酸化炭素の圧力と水分散液の圧力、噴射ノズルの形状(噴射ノズル長さ)による圧力損失により制御することができる。
なお、図1では、高密度二酸化炭素の圧力と水分散液の圧力、および噴射ノズルの形状により噴射圧力を調整する場合を示しているが、噴射ノズル10の手前に圧力調整バルブを設けて混合体の噴射圧力を調整することも可能である。
In addition, the particle diameter of the formed ice droplet particles is not particularly limited, but the particle diameter of the aggregate particles finally obtained (0.1 to 5 μm) because it shrinks to about 1/2 to 1/3 due to drying shrinkage. ), The average particle diameter is preferably in the range of 0.2 to 15 μm.
Ice droplet particles having such an average particle diameter can be adjusted by the spray pressure of the mixture. The injection pressure can be controlled by pressure loss due to the pressure of high-density carbon dioxide, the pressure of the aqueous dispersion, and the shape of the injection nozzle (injection nozzle length).
Although FIG. 1 shows the case where the injection pressure is adjusted by the pressure of high-density carbon dioxide, the pressure of the aqueous dispersion, and the shape of the injection nozzle, mixing is performed by providing a pressure adjustment valve in front of the injection nozzle 10. It is also possible to adjust the injection pressure of the body.

また、ノズルから噴射された混合体は、温度の低下と二酸化炭素の分離により氷滴粒子となるが、氷滴粒子は、空間流動中に氷滴粒子同士の衝突が起こる場合がある。一般に、液滴の衝突による液滴粒子の成長は液滴同士の液架橋力によって引き起こされると考えられており、その液架橋力は次式(2)で表されている。
Fc=[πr2 2σ(1/r1−1/r2)+2πr2σ](Dp/2) ・・・(2)
ただし、Fcは液架橋力(N)、σは表面張力(mN/m)、Dpは液滴直径(μm)、r1およびr2は液滴間曲率半径(μm)である。
Moreover, the mixture injected from the nozzle becomes ice droplet particles due to a decrease in temperature and separation of carbon dioxide, but the ice droplet particles may collide with each other during spatial flow. In general, it is considered that the growth of droplet particles due to the collision of droplets is caused by the liquid crosslinking force between the droplets, and the liquid crosslinking force is expressed by the following equation (2).
Fc = [πr 2 2 σ ( 1 / r 1 -1 / r 2) + 2πr 2 σ] (Dp / 2) ··· (2)
Where Fc is the liquid crosslinking force (N), σ is the surface tension (mN / m), Dp is the droplet diameter (μm), and r 1 and r 2 are the radius of curvature between droplets (μm).

すなわち、液滴粒子の場合は表面張力が小さく、また、液滴粒子の直径を小さくすると液架橋力が小さくなり、液滴同士の衝突による粒子成長は小さくなるが、溶媒が水の場合には表面張力が大きく、液滴粒子の成長は避けられず、得られる集合粒子の粒度分布は広いものとなる。
一方、氷滴粒子においては、衝突時の粒子間圧力融解による再凍結による凝集または成長や氷滴粒子表面の水様膜の再配列による凝集がある。氷滴粒子の圧力融解による粒子成長の可能性については、例えば−5℃の氷の融解圧力は560気圧であり、通常の条件下では圧力融解による成長はないと考えられている。すなわち、氷滴粒子の場合には氷滴粒子の凝集は生じるが、液滴の様な粒子成長はほとんど生じない。
したがって、ノズルから噴射された氷滴粒子は粒子成長することなく空間流動し、乾燥部へ導かれることになる。
That is, in the case of droplet particles, the surface tension is small, and when the diameter of the droplet particles is reduced, the liquid crosslinking force is reduced and the particle growth due to collision between the droplets is reduced, but when the solvent is water The surface tension is large, the growth of droplet particles is unavoidable, and the obtained aggregate particles have a wide particle size distribution.
On the other hand, in the case of ice droplet particles, there are aggregation or growth due to re-freezing due to inter-particle pressure melting at the time of collision and aggregation due to rearrangement of a water-like film on the surface of the ice droplet particles. Regarding the possibility of particle growth by pressure melting of ice droplet particles, for example, the melting pressure of ice at −5 ° C. is 560 atm, and it is considered that there is no growth by pressure melting under normal conditions. In other words, in the case of ice droplet particles, the aggregation of ice droplet particles occurs, but the particle growth like droplets hardly occurs.
Therefore, the ice droplet particles ejected from the nozzle flow spatially without growing, and are guided to the drying section.

混合体が噴射される環境は、大気中であってもよいが、二酸化炭素の気化の容易性を考慮すると、減圧下に噴射するのがよい。
また、氷滴粒子の回収の容易性から、所定の容器内に混合体を噴射するのが好ましい。図1では、オイルバス12で氷滴粒子11を回収するために、噴射ノズル10からオイルバス12に向けて高密度二酸化炭素と水分散液の混合体(エマルション)を噴射して氷滴粒子11を形成している状態を示している。
The environment in which the mixture is injected may be in the atmosphere, but in consideration of the ease of vaporization of carbon dioxide, it is preferable to inject under reduced pressure.
Moreover, it is preferable to inject a mixture into a predetermined container from the ease of collection | recovery of ice droplet particle | grains. In FIG. 1, in order to collect the ice droplet particles 11 with the oil bath 12, a mixture (emulsion) of high-density carbon dioxide and an aqueous dispersion is jetted from the spray nozzle 10 toward the oil bath 12 to thereby drop the ice droplet particles 11. The state which forms is shown.

〔第3ステップ〕
本発明の第3ステップは、氷滴粒子から乾燥により水分を除去するステップである。
このステップでは、この乾燥の際に、氷滴粒子同士が接触しないようにして水分を除去する必要がある。氷滴粒子が接触すると、得られる集合体粒子の粒子径が大きくなったり、粒度分布が広がったりして、均一性の高い集合体粒子を得ることが困難になるからである。
乾燥方法としては、氷滴粒子を水と相溶しない溶媒液を予め水の沸点以上の温度に設定しておき、この溶媒液で氷滴粒子を回収して、氷滴粒子から水分を除去する方法、氷滴粒子を0℃以下の雰囲気下で回収して、そのまま凍結乾燥により水分を除去する方法を採用することができる。さらに、真空乾燥、常温乾燥、水の沸点以上の温度に設定した加熱ヒータによる加熱乾燥、加熱気流等の公知の乾燥方法も採用することができる。
図1では、氷滴粒子11を水の沸点以上の温度に設定したシリコーンオイル(氷滴粒子や水と相溶しない溶媒液)のオイルバス12により回収し、そのシリコーンオイル中で、氷滴粒子11から水分を除去するようにしてある。
[Third step]
The third step of the present invention is a step of removing moisture from the ice droplet particles by drying.
In this step, it is necessary to remove moisture so that the ice droplet particles do not come into contact with each other during the drying. This is because, when the ice droplet particles come into contact with each other, the particle diameter of the obtained aggregate particles becomes large or the particle size distribution is widened, making it difficult to obtain highly uniform aggregate particles.
As a drying method, a solvent liquid in which ice droplet particles are not compatible with water is set to a temperature equal to or higher than the boiling point of water in advance, and the ice droplet particles are collected with this solvent solution to remove moisture from the ice droplet particles. As a method, it is possible to employ a method in which ice droplet particles are collected in an atmosphere of 0 ° C. or less and moisture is removed by lyophilization as it is. Furthermore, known drying methods such as vacuum drying, room temperature drying, heating drying with a heater set to a temperature equal to or higher than the boiling point of water, and heating airflow can also be employed.
In FIG. 1, the ice droplet particles 11 are collected by an oil bath 12 of a silicone oil (solvent liquid that is incompatible with water and water droplets) set at a temperature equal to or higher than the boiling point of water. The water is removed from 11.

そして、この第1〜第3ステップを経ることにより、金属酸化物、金属含水酸化物または金属水酸化物のナノ粒子が集合して形成される平均粒子径が0.1〜5μmで、粒度分布の狭い(粒子径が揃った)集合体粒子を得ることができる。
この集合体粒子の平均粒子径および粒度分布は、レーザ回折式粒度分布測定装置(例えば、島津製作所社製 SALD−300V)により測定することができる。
そして、例えば、平均粒子径は50%粒子数における粒子径(D50)とし、また粒度分布は60%粒子数における粒子径(D60)と10%粒子数における粒子径(D10)の比(D60/D10)から評価することができる。
Then, by passing through the first to third steps, the average particle diameter formed by aggregation of metal oxide, metal hydroxide or metal hydroxide nanoparticles is 0.1 to 5 μm, and the particle size distribution Aggregate particles having a narrow particle diameter (with uniform particle diameter) can be obtained.
The average particle size and particle size distribution of the aggregate particles can be measured with a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus (for example, SALD-300V manufactured by Shimadzu Corporation).
For example, the average particle diameter is the particle diameter (D50) at the 50% particle number, and the particle size distribution is the ratio of the particle diameter (D60) at the 60% particle number to the particle diameter (D10) at the 10% particle number (D60 / D10) can be evaluated.

次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
なお、各例における諸特性は、下記に示す方法に従って測定した。
(1)集合体粒子の外観形状
走査型電子顕微鏡(日本電子(株)社製 JSM−6510)を用いて、得られた集合体粒子の外観形状を観察した。
(2)集合体粒子の平均粒子径
集合体粒子の平均粒子径は、レーザ回折式粒度分布測定装置(島津製作所社製 SALD−300V)により測定し、50%粒子数における粒子径(D50)とした。
(3)集合体粒子の粒度分布
集合体粒子の粒度分布は、平均粒子径の場合と同様に、レーザ回折式粒度分布測定装置(島津製作所社製 SALD−300V)により測定し、60%粒子数における粒子径(D60)と10%粒子数における粒子径(D10)の比(D60/D10)により評価した。
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these examples.
In addition, the various characteristics in each example were measured according to the method shown below.
(1) Appearance shape of aggregate particles The appearance shape of the obtained aggregate particles was observed using a scanning electron microscope (JSM-6510, manufactured by JEOL Ltd.).
(2) Average particle diameter of aggregate particles The average particle diameter of aggregate particles was measured with a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-300V manufactured by Shimadzu Corporation), and the particle diameter (D50) at 50% particle number did.
(3) Particle size distribution of aggregate particles The particle size distribution of aggregate particles was measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device (SALD-300V, manufactured by Shimadzu Corporation) in the same manner as in the case of the average particle size. The particle size (D60) at 10% and the particle size (D10) ratio at 10% number of particles (D60 / D10) were evaluated.

実施例1
図1に示すような製造装置を用いて、集合体粒子を作製した。
ミキサー7として、内径φ0.3mmのT字継手(スエジロック社製 SS−1F0−3GC)を用意し、配管8として、内径φ0.5mm、外径φ1.57mm、長さ6mのステンレス製(SUS316)の配管(GLサイエンス社製)を用意し、T字継手の流出管に配管8を接続し、混合機9とした。また、混合機9の配管8と噴射ノズル10とを接続した。
また、ガス加圧ポンプ2として、最大流量100ml/分、最大圧力35MPaのプランジャーポンプ(日本精密科学社製 NP−KX−500)を用い、液加圧ポンプ5として、最大流量50ml/分、最大圧力50MPaのプランジャーポンプ(ISCO社製 100シリンジ)を用いた。
Example 1
Aggregate particles were produced using a production apparatus as shown in FIG.
A T-shaped joint (SS-1F0-3GC manufactured by Suedilock Co., Ltd.) having an inner diameter of φ0.3 mm is prepared as the mixer 7, and the pipe 8 is made of stainless steel having an inner diameter of 0.5 mm, an outer diameter of φ1.57 mm, and a length of 6 m (SUS316). Was prepared (GL Science Co., Ltd.), and the pipe 8 was connected to the outflow pipe of the T-shaped joint to obtain a mixer 9. Further, the pipe 8 of the mixer 9 and the injection nozzle 10 were connected.
In addition, a plunger pump (NP-KX-500 manufactured by Nippon Seimitsu Kagaku Co., Ltd.) with a maximum flow rate of 100 ml / min and a maximum pressure of 35 MPa is used as the gas pressurization pump 2, and a maximum flow rate of 50 ml / min, A plunger pump (100 syringe manufactured by ISCO) with a maximum pressure of 50 MPa was used.

水分散液として、ナノジルコニア粒子分散液(住友大阪セメント(株)製、平均1次粒子径3nm、平均分散粒子径9nm、ジルコニア固形分比率10質量%、pH4)を用い、水分散液4とした。この水分散液4は、恒温槽に浸漬して20℃の温度とした。
さらに、ボンベ中の二酸化炭素1をガス加圧ポンプ2および二酸化炭素温度調節器3を用いて高圧にすることにより、高密度二酸化炭素(液化二酸化炭素)とした。
そして、高密度二酸化炭素の圧力をガス加圧ポンプ2および二酸化炭素温度調節器3により調整して所定の圧力(P2)とし、水分散液の圧力を液加圧ポンプ5および水分散液温度調節器6により調整して所定の圧力(P3)とし、高密度二酸化炭素と水分散液とをそれぞれミキサー7のT字継手の両サイドの流入口から流入させ、高密度二酸化炭素と水分散液とが衝突して混合しあうようにして、流出管(T字継手の残りの管)にこれらの高密度二酸化炭素と水分散液とを混合させながら流入させ混合体(エマルション)を作製した。
このとき、高密度二酸化炭素と水分散液との配合比率(水配合率)〔水分散液の水の重量/(水分散液の水の質量+高密度二酸化炭素の重量)×100(質量%)〕は、17質量%とした。
As an aqueous dispersion, a nano zirconia particle dispersion (manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd., average primary particle diameter 3 nm, average dispersion particle diameter 9 nm, zirconia solid content ratio 10% by mass, pH 4) is used. did. This aqueous dispersion 4 was immersed in a thermostatic bath to a temperature of 20 ° C.
Furthermore, high-density carbon dioxide (liquefied carbon dioxide) was obtained by increasing the pressure of carbon dioxide 1 in the cylinder using a gas pressurizing pump 2 and a carbon dioxide temperature controller 3.
Then, the pressure of the high density carbon dioxide is adjusted by the gas pressurizing pump 2 and the carbon dioxide temperature controller 3 to a predetermined pressure (P2), and the pressure of the aqueous dispersion is adjusted to the liquid pressurizing pump 5 and the aqueous dispersion temperature. The high pressure carbon dioxide and the aqueous dispersion are respectively introduced from the inlets on both sides of the T-shaped joint of the mixer 7 by adjusting with the vessel 6 to a predetermined pressure (P3). The high density carbon dioxide and the aqueous dispersion were allowed to flow into the outflow pipe (the remaining pipe of the T-shaped joint) and mixed to produce a mixture (emulsion).
At this time, the mixing ratio of the high-density carbon dioxide and the aqueous dispersion (water mixing ratio) [weight of water in the aqueous dispersion / (mass of water in the aqueous dispersion + weight of high-density carbon dioxide) × 100 (mass%) )] Was 17% by mass.

また、噴射ノズル10の圧力(噴射圧力)(P1)は、高密度二酸化炭素の圧力(P2)、水分散液の圧力(P3)および噴射ノズル10の形状により所定の圧力となるように調整した。
そして、噴射ノズル10から噴霧状に噴射されて形成された氷滴粒子11は、150℃に設定したシリコーンオイルのオイルバス12で回収し、シリコーンオイル中で水分を除去した。そして、シリコーンオイル中で形成され集合体粒子を濾紙にて集合体粒子とシリコーンオイルとを分離し、分離した集合体粒子をアセトンにて洗浄した。洗浄後、集合体粒子を集め、120℃の乾燥機で24時間乾燥させて、ナノ粒子が集合して形成される集合体粒子を作製した。
Further, the pressure (injection pressure) (P1) of the injection nozzle 10 was adjusted to be a predetermined pressure depending on the pressure of high density carbon dioxide (P2), the pressure of the aqueous dispersion (P3), and the shape of the injection nozzle 10. .
Then, the ice droplet particles 11 formed by spraying from the spray nozzle 10 were collected in a silicone oil oil bath 12 set at 150 ° C., and moisture was removed in the silicone oil. The aggregate particles formed in the silicone oil were separated from the aggregate oil and the silicone oil using filter paper, and the separated aggregate particles were washed with acetone. After washing, the aggregate particles were collected and dried for 24 hours with a dryer at 120 ° C. to produce aggregate particles formed by aggregation of nanoparticles.

得られた集合体粒子について、外観形状の観察、平均粒子径の測定および粒度分布の評価をおこなった。
水分散液中のナノジルコニア粒子の固形分比率、水分散液流量、水分散液圧力P3、高密度二酸化炭素の流量(CO2流量)、高密度二酸化炭素の圧力(CO2圧力P2)、高密度二酸化炭素の密度(CO2密度)、噴射ノズルの圧力(ノズル圧力P1)、水配合率、混合機内でのレイノルズ数(Re数)、得られた集合体粒子の外観形状、平均粒子径(D50)および粒度分布(D60/D10)を表1に示す。
About the obtained aggregate particle, observation of an external shape, measurement of an average particle diameter, and evaluation of particle size distribution were performed.
Solid ratio of nano zirconia particles in aqueous dispersion, aqueous dispersion flow rate, aqueous dispersion pressure P3, high density carbon dioxide flow rate (CO 2 flow rate), high density carbon dioxide pressure (CO 2 pressure P2), high Density of carbon dioxide (CO 2 density), injection nozzle pressure (nozzle pressure P1), water blending ratio, Reynolds number (Re number) in the mixer, appearance shape of the obtained aggregate particles, average particle diameter ( D50) and particle size distribution (D60 / D10) are shown in Table 1.

実施例2〜8
実施例1の水分散液圧力P3、CO2流量、CO2圧力P2、CO2密度、ノズル圧力P1、水配合率およびRe数を表1に示す値に変えたほかは、実施例1と同様にして、ナノ粒子が集合して形成される集合体粒子を作製した。
得られた集合体粒子の外観形状、平均粒子径(D50)および粒度分布(D60/D10)を表1に示す。
Examples 2-8
Same as Example 1, except that the water dispersion pressure P3, CO 2 flow rate, CO 2 pressure P2, CO 2 density, nozzle pressure P1, water blending ratio and Re number of Example 1 were changed to the values shown in Table 1. As a result, aggregated particles formed by the aggregation of nanoparticles were produced.
Table 1 shows the appearance shape, average particle diameter (D50), and particle size distribution (D60 / D10) of the obtained aggregate particles.

実施例9
実施例1の水分散液中のナノジルコニア粒子の固形分比率、水分散液圧力P3、CO2流量、CO2圧力P2、CO2密度、ノズル圧力P1、水配合率およびRe数を表1に示す値に変えたほかは、実施例1と同様にして、ナノ粒子が集合して形成される集合体粒子を作製した。
得られた集合体粒子の外観形状、平均粒子径(D50)および粒度分布(D60/D10)を表1に示す。
Example 9
Table 1 shows the solid content ratio of the nano-zirconia particles in the aqueous dispersion of Example 1, the aqueous dispersion pressure P3, the CO 2 flow rate, the CO 2 pressure P2, the CO 2 density, the nozzle pressure P1, the water mixing ratio, and the Re number. Except for changing to the indicated values, aggregate particles formed by aggregation of nanoparticles were produced in the same manner as in Example 1.
Table 1 shows the appearance shape, average particle diameter (D50), and particle size distribution (D60 / D10) of the obtained aggregate particles.

実施例10
水分散液として、TiO2ゾル(多木化学(株)製、タイノック M−6、平均1次粒子径5nm、平均分散粒子径20nm、TiO2固形分比率6質量%、pH3)を用い、実施例1の、水分散液圧力P3、CO2流量、CO2圧力P2、CO2密度、ノズル圧力P1、水配合率およびRe数を表1に示す値に変えたほかは、実施例1と同様にして、ナノ粒子が集合して形成される集合体粒子を作製した。
得られた集合体粒子の外観形状、平均粒子径(D50)および粒度分布(D60/D10)を表1に示す。
Example 10
TiO 2 sol (manufactured by Taki Chemical Co., Ltd., Tynock M-6, average primary particle size 5 nm, average dispersed particle size 20 nm, TiO 2 solid content ratio 6% by mass, pH 3) was used as the aqueous dispersion. Example 1 was the same as Example 1 except that the water dispersion pressure P3, the CO 2 flow rate, the CO 2 pressure P2, the CO 2 density, the nozzle pressure P1, the water mixing ratio, and the Re number were changed to the values shown in Table 1. As a result, aggregated particles formed by the aggregation of nanoparticles were produced.
Table 1 shows the appearance shape, average particle diameter (D50), and particle size distribution (D60 / D10) of the obtained aggregate particles.

実施例11
水分散液水分散液として、ZnOナノ粒子分散液(住友大阪セメント(株)製、超微粒子酸化亜鉛分散液、平均1次粒子径15nm、平均分散粒子径60nm、酸化亜鉛固形分比率10質量%、pH8)を用い、実施例1の、水分散液圧力P3、CO2流量、CO2圧力P2、CO2密度、ノズル圧力P1、水配合率およびRe数を表1に示す値に変えたほかは、実施例1と同様にして、ナノ粒子が集合して形成される集合体粒子を作製した。
得られた集合体粒子の外観形状、平均粒子径(D50)および粒度分布(D60/D10)を表1に示す。
Example 11
As an aqueous dispersion, an ZnO nanoparticle dispersion (manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd., ultrafine zinc oxide dispersion, average primary particle size 15 nm, average dispersed particle size 60 nm, zinc oxide solid content ratio 10 mass% PH 8) was used, and the water dispersion pressure P3, CO 2 flow rate, CO 2 pressure P2, CO 2 density, nozzle pressure P1, water mixing ratio, and Re number of Example 1 were changed to the values shown in Table 1. In the same manner as in Example 1, aggregate particles formed by aggregation of nanoparticles were produced.
Table 1 shows the appearance shape, average particle diameter (D50), and particle size distribution (D60 / D10) of the obtained aggregate particles.

実施例12
水分散液水分散液として、CeO2ゾル(多木化学(株)製、ニードラールB−10、平均1次粒子径10nm、平均分散粒子径20nm、CeO2固形分比率10質量%、pH8)を用い、実施例1の、水分散液圧力P3、CO2流量、CO2圧力P2、CO2密度、ノズル圧力P1、水配合率およびRe数を表1に示す値に変えたほかは、実施例1と同様にして、ナノ粒子が集合して形成される集合体粒子を作製した。
得られた集合体粒子の外観形状、平均粒子径(D50)および粒度分布(D60/D10)を表1に示す。
Example 12
As an aqueous dispersion, an CeO 2 sol (manufactured by Taki Chemical Co., Ltd., Nidral B-10, average primary particle size 10 nm, average dispersed particle size 20 nm, CeO 2 solid content ratio 10 mass%, pH 8) is used. Example 1 except that the water dispersion pressure P3, CO 2 flow rate, CO 2 pressure P2, CO 2 density, nozzle pressure P1, water mixing ratio and Re number of Example 1 were changed to the values shown in Table 1. In the same manner as in No. 1, aggregate particles formed by aggregation of nanoparticles were produced.
Table 1 shows the appearance shape, average particle diameter (D50), and particle size distribution (D60 / D10) of the obtained aggregate particles.

比較例1
実施例1と同様のナノ粒子の水分散液を5g/分の流量でスプレーして霧化(エアロゾル)させ、これを高温気流中に導入して乾燥し、得られた球状の集合体粒子をフィルターにより回収した(従来のスプレー法)。
この方法により得られた集合体粒子の外観形状、平均粒子径(D50)および粒度分布(D60/D10)を表1に示す。
Comparative Example 1
The same nanoparticle aqueous dispersion as in Example 1 was sprayed at a flow rate of 5 g / min to be atomized (aerosol), and this was introduced into a high-temperature air stream and dried. Recovered with a filter (conventional spray method).
Table 1 shows the appearance shape, average particle diameter (D50), and particle size distribution (D60 / D10) of the aggregate particles obtained by this method.

Figure 0005565833
Figure 0005565833

表1からわかるように、実施例1〜12により製造した集合体粒子は、外観形状が球状であり、平均粒子径(D50)は0.5〜4.6μmであった。また、集合体粒子の粒度分布(D60/D10)は、2.0〜4.1であり、粒度分布が狭く、粒子径が揃っており、均一性の高いものであった。
これに対し、比較例1により製造した集合体粒子は、外観形状が球状と中凹球状が混在しており、平均粒子径(D50)は7.0μmであった。また、集合体粒子の粒度分布(D60/D10)は、11.3であり、粒度分布が広く、均一性は実施例1〜12に比べ低いものであった。
したがって、本発明によれば、金属アルコキシドや有機溶媒を用いることなく、噴射された氷滴粒子を乾燥するだけで、集合体粒子を作製することができるので、高速で、かつ環境への影響を少なくして集合体粒子を製造することができることがわかった。
As can be seen from Table 1, the aggregate particles produced in Examples 1 to 12 had a spherical appearance and an average particle diameter (D50) of 0.5 to 4.6 μm. Moreover, the particle size distribution (D60 / D10) of the aggregate particles was 2.0 to 4.1, the particle size distribution was narrow, the particle diameter was uniform, and the uniformity was high.
On the other hand, the aggregate particles produced by Comparative Example 1 had both external and spherical spherical shapes, and the average particle diameter (D50) was 7.0 μm. Moreover, the particle size distribution (D60 / D10) of the aggregate particles was 11.3, the particle size distribution was wide, and the uniformity was low compared to Examples 1-12.
Therefore, according to the present invention, aggregate particles can be produced simply by drying the sprayed ice droplet particles without using a metal alkoxide or an organic solvent. It has been found that aggregate particles can be produced with less.

本発明の集合体粒子の製造方法によれば、金属酸化物、金属含水酸化物または金属水酸化物のナノ粒子が集合して形成される、マイクロメートルオーダーの平均粒子径を有し、粒度分布が狭い集合体粒子を、高速で、かつ環境への影響を少なくして製造することができ、セラミック原料や顔料、触媒担体や吸着剤、光触媒、エネルギデバイス電極材等の原料等として好適に用いられる。   According to the method for producing aggregate particles of the present invention, metal oxide, metal hydrated oxide, or metal hydroxide nanoparticles are formed by aggregation, have an average particle size on the order of micrometers, and a particle size distribution Can be produced at a high speed and with less impact on the environment, and is suitably used as a raw material for ceramic raw materials and pigments, catalyst carriers and adsorbents, photocatalysts, energy device electrode materials, etc. It is done.

1 二酸化炭素
2 ガス加圧ポンプ
3 二酸化炭素温度調節器(熱交換器)
4 水分散液
5 液加圧ポンプ
6 水分散液温度調節器(熱交換器)
7 ミキサー
8 配管
9 混合機
10 噴射ノズル
11 氷滴粒子
12 オイルバス
1 Carbon dioxide 2 Gas pressure pump 3 Carbon dioxide temperature controller (heat exchanger)
4 Aqueous dispersion 5 Liquid pressurizing pump 6 Aqueous dispersion temperature controller (heat exchanger)
7 Mixer 8 Piping 9 Mixer 10 Injection nozzle 11 Ice droplet particle 12 Oil bath

Claims (4)

超臨界二酸化炭素および液化二酸化炭素から選択される高密度二酸化炭素と、金属酸化物、金属含水酸化物または金属水酸化物のナノ粒子の水分散液とを混合して混合体を形成するステップと、ノズルから当該混合体を噴射させて氷滴粒子を得るステップと、当該氷滴粒子から乾燥により水分を除去するステップとを含む、ナノ粒子が集合して形成される平均粒子径が0.1〜5μmの集合体粒子の製造方法。 Mixing high density carbon dioxide selected from supercritical carbon dioxide and liquefied carbon dioxide with an aqueous dispersion of metal oxide, metal hydroxide or metal hydroxide nanoparticles to form a mixture; and And an average particle diameter of the nanoparticles formed by aggregating the particles including a step of spraying the mixture from the nozzle to obtain ice droplet particles and a step of removing moisture from the ice droplet particles by drying. Method for producing aggregate particles of ˜5 μm. 前記高密度二酸化炭素と前記水分散液とを混合機に入れ、レイノルズ数が8000以上の高せん断場を形成することによって前記混合体を形成する請求項1に記載の集合体粒子の製造方法。   The method for producing aggregate particles according to claim 1, wherein the high density carbon dioxide and the aqueous dispersion are put in a mixer and a high shear field having a Reynolds number of 8000 or more is formed to form the mixture. 前記混合体が、前記高密度二酸化炭素中に、前記水分散液がエマルション状態で分散している混合体である請求項1又は2に記載の集合体粒子の製造方法。   The method for producing aggregate particles according to claim 1 or 2, wherein the mixture is a mixture in which the aqueous dispersion is dispersed in an emulsion state in the high-density carbon dioxide. 前記氷滴粒子を、水の沸点以上の温度に設定した水と相溶しない溶媒液中に回収し、当該氷滴粒子から乾燥により水分を除去する請求項1〜3のいずれかに記載の集合体粒子の製造方法。   The assembly according to any one of claims 1 to 3, wherein the ice droplet particles are collected in a solvent solution that is incompatible with water set to a temperature equal to or higher than the boiling point of water, and moisture is removed from the ice droplet particles by drying. A method for producing body particles.
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