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JP6017204B2 - Nanoparticle manufacturing method, manufacturing apparatus, and automatic manufacturing apparatus - Google Patents
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JP6017204B2 - Nanoparticle manufacturing method, manufacturing apparatus, and automatic manufacturing apparatus - Google Patents

Nanoparticle manufacturing method, manufacturing apparatus, and automatic manufacturing apparatus Download PDF

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Description

本発明は、溶媒と原料物質からナノ粒子を製造する方法に関し、更に詳細には、均一な微細径を有したナノ粒子の製造方法、製造装置及び自動製造装置に関する。   The present invention relates to a method for producing nanoparticles from a solvent and a raw material, and more particularly to a method for producing nanoparticles having a uniform fine diameter, a production apparatus, and an automatic production apparatus.

近年、接合用又は金属パターン形成用の金属ナノ粒子として、100nm以下の金属核の周囲に種々の有機物からなる有機被覆層を形成した複合ナノ金属粒子の開発が行われている。例えば、前記複合ナノ金属粒子として、特開平10−183207号(特許文献1)の実施例1には、金属銀のコアの周りにステアリン酸基の有機被覆層を有する超微粒子が記載されている。また、本発明者は、国際公開第WO2009/090846号公報(特許文献2)において、銀核の周囲にアルコール分子やアルコール誘導体等の有機被覆層が形成された複合ナノ銀粒子を開示している。これらのナノ粒子は樹脂や溶剤と混錬してペースト化され、このペーストを半導体接合に使用したり、印刷用インクに使用することが行われている。ナノ粒子の粒径の程度や、ナノ粒子の粒径の均一性はペーストの品質に大きく関与している。従って、均一性の良好な微細なナノ粒子を量産する装置の開発が極めて重要である。   In recent years, composite nano metal particles in which organic coating layers made of various organic materials are formed around a metal core of 100 nm or less as metal nanoparticles for bonding or metal pattern formation have been developed. For example, as the composite nanometal particle, Example 1 of JP-A-10-183207 (Patent Document 1) describes ultrafine particles having a stearic acid group organic coating layer around a metal silver core. . The present inventor has disclosed composite nano silver particles in which an organic coating layer such as alcohol molecules or alcohol derivatives is formed around silver nuclei in International Publication No. WO2009 / 090846 (Patent Document 2). . These nanoparticles are kneaded with a resin or a solvent to form a paste, and this paste is used for semiconductor bonding or printing ink. The degree of the particle size of the nanoparticles and the uniformity of the particle size of the nanoparticles greatly contribute to the quality of the paste. Therefore, it is extremely important to develop an apparatus for mass-producing fine nanoparticles with good uniformity.

ナノ粒子を製造する方法には、大きく分けて固相法、液相法、気相法が存在する。固相法では固体を融解してナノ粒子を製造するから、物質量が大きいため得られるナノ粒子量は多いが、粒径が大きくなったり凝集が酷く、また粒径の均一性が困難な場合が多い。気相法では、気体反応によってナノ粒子を製造するから、物質量が少なくなり、ナノ粒子の量産には向かない。そこで、開発されてきたのが液相法である。液相法では、溶媒中に原料物質を分散・溶解して溶液にし、溶液反応としてナノ粒子を製造するから、物質量が多くなり、ナノ粒子の量産性が向上する。しかも濃度を調整すれば、ナノ粒子の粒径の均一性を達成し易いという利点がある。   The methods for producing nanoparticles are roughly classified into a solid phase method, a liquid phase method, and a gas phase method. In the solid-phase method, the solid is melted to produce nanoparticles, so the amount of nanoparticles is large due to the large amount of material, but the particle size is large or the aggregation is severe, and the uniformity of particle size is difficult There are many. In the gas phase method, since nanoparticles are produced by a gas reaction, the amount of the substance is reduced and it is not suitable for mass production of nanoparticles. Therefore, the liquid phase method has been developed. In the liquid phase method, since the raw material is dispersed and dissolved in a solvent to form a solution and nanoparticles are produced as a solution reaction, the amount of the substance is increased and the mass productivity of the nanoparticles is improved. Moreover, if the concentration is adjusted, there is an advantage that it is easy to achieve uniformity of the particle diameter of the nanoparticles.

ナノ粒子を製造する液相法として、特開2005−264199号公報(特許文献3)、特表2006−503790号公報(特許文献4)及び特開2008−285749号公報(特許文献5)が知られている。   As liquid phase methods for producing nanoparticles, JP 2005-264199 A (Patent Document 3), JP 2006-503790 A (Patent Document 4) and JP 2008-28549 A (Patent Document 5) are known. It has been.

特許文献3のナノ粒子製造装置は、本件特許出願の図20に示されている。図20において、101はマイクロリアクター、102は超音波発生装置、103はウォーターバス、104は反応器、105は底板、106は中間積層薄板、107は天板、108は流入路、109はマイクロチャンネル、110は流出口、124は連結ボルト、126は超音波、126aは超音波干渉で強め合う部分、126bは超音波干渉で弱め合う部分である。
このマイクロリアクター101の機能は、金属塩水溶液を流入路108に流入させ、超音波が照射された数μm〜数百μm径のマイクロチャンネル109(109a、109b)の中で、超音波エネルギーを利用して前記金属塩から水溶液中に金属超微粒子(ナノ粒子)を生成することである。
The nanoparticle production apparatus of Patent Document 3 is shown in FIG. 20 of the present patent application. In FIG. 20, 101 is a microreactor, 102 is an ultrasonic generator, 103 is a water bath, 104 is a reactor, 105 is a bottom plate, 106 is an intermediate laminated thin plate, 107 is a top plate, 108 is an inflow channel, 109 is a microchannel. , 110 is an outlet, 124 is a connecting bolt, 126 is an ultrasonic wave, 126 a is a portion that is strengthened by ultrasonic interference, and 126 b is a portion that is weakened by ultrasonic interference.
The function of the microreactor 101 is to use ultrasonic energy in a microchannel 109 (109a, 109b) having a diameter of several μm to several hundreds of μm that is irradiated with ultrasonic waves by flowing an aqueous metal salt solution into the inflow path 108. Then, metal ultrafine particles (nanoparticles) are produced from the metal salt in an aqueous solution.

特許文献4のナノ粒子製造装置は、本件特許出願の図21に示されている。(21A)は直管型のナノ粒子製造装置で、201は反応器、202は反応管、203aはジルコニウム塩水溶液(原料水溶液)、203bは懸濁液、204は沈殿粒子、205は反応混合物(沈殿溶液)、206はジルコニア水和物ゾル、207は加熱媒体、207aは入口、207bは出口、208は反応管内部に形成される速度勾配、212はpH調整剤、213は混合器である。
この反応器201の機能は、加熱媒体207を入口207aから出口207bに流して反応管202の中の原料水溶液203aを加熱して沈殿粒子204(ジルコニア水和物ナノ粒子)を生成し、ジルコニア水和物ゾル206を送出するものである。しかし、ナノ粒子の生成条件として、 [0052]では、反応管の断面直径は0.01cm〜5cmが好ましく、[0041]ではジルコニウム塩水溶液は反応管内で渦流の無い状態、即ち層流である方が良く、[0049]では、ジルコニウム塩水溶液の平均流速uは、反応管内での平均滞留時間が1〜60秒になるように決めるのが良い、と記載されている。しかし、層流状態では衝突確率が小さくなるからナノ粒子の量産は困難であり、また、反応管内で1〜60秒という極めて短時間にナノ粒子を製造するから、製造装置の制御が難しいという弱点を有する。
The nanoparticle production apparatus of Patent Document 4 is shown in FIG. 21 of the present patent application. (21A) is a straight tube type nanoparticle production apparatus, 201 is a reactor, 202 is a reaction tube, 203a is a zirconium salt aqueous solution (raw material aqueous solution), 203b is a suspension, 204 is a precipitated particle, 205 is a reaction mixture ( (Precipitation solution), 206 is a zirconia hydrate sol, 207 is a heating medium, 207a is an inlet, 207b is an outlet, 208 is a velocity gradient formed inside the reaction tube, 212 is a pH adjuster, and 213 is a mixer.
The function of the reactor 201 is to flow the heating medium 207 from the inlet 207a to the outlet 207b to heat the raw material aqueous solution 203a in the reaction tube 202 to generate precipitated particles 204 (zirconia hydrate nanoparticles). The Japanese sol 206 is sent out. However, as a nanoparticle generation condition, in [0052], the cross-sectional diameter of the reaction tube is preferably 0.01 cm to 5 cm, and in [0041], the zirconium salt aqueous solution has no vortex in the reaction tube, that is, a laminar flow. In [0049], it is described that the average flow rate u of the zirconium salt aqueous solution should be determined so that the average residence time in the reaction tube is 1 to 60 seconds. However, it is difficult to mass-produce nanoparticles because the collision probability is low in a laminar flow state, and it is difficult to control the production apparatus because the nanoparticles are produced in an extremely short time of 1 to 60 seconds in the reaction tube. Have

更に、(21B)は螺旋管型のナノ粒子製造装置であるが、反応時間を長くするために反応管202を螺旋管にしているだけで、他の条件は(21A)と同様である。即ち、反応管内では層流状態で流通させることが望まれ、しかも螺旋管の全長内での滞留時間は1〜60秒という短時間であることに変わりはない。従って、ナノ粒子の量産は不適応であり、生成制御の困難性が弱点として存する。   Furthermore, (21B) is a helical tube type nanoparticle production apparatus, but the reaction tube 202 is merely a helical tube in order to lengthen the reaction time, and the other conditions are the same as (21A). That is, it is desired to flow in a laminar flow state in the reaction tube, and the residence time within the entire length of the helical tube is as short as 1 to 60 seconds. Therefore, the mass production of nanoparticles is inadequate, and the difficulty of production control is a weak point.

特許文献5のナノ粒子製造装置は、本件特許出願の図22に示されている。図22において、310は前駆体供給部、320は第1加熱部、321は第1循環器、330は第2加熱部、331は第2循環器、340は冷却部、350は移送装置である。また請求項8、9に見られるように、第1加熱部320及び第2加熱部330の中には、直径が1〜50mmの螺旋形構造のコンデンサ式の反応器チャンネルが内蔵され、加熱部の熱量により反応器チャンネルのコイル管(螺旋管)が加熱されるようになっている。
このナノ粒子製造装置では、まず前駆体供給部310から移送装置350を介して金属ナノ粒子の前駆体溶液を第1加熱部320に供給し、第1循環器321により保温された第1加熱部320の中でナノ粒子生成が起こらない温度にまで前駆体溶液が予熱される。次に、予熱された前駆体溶液が第2加熱部330に移送され、第2循環器331によりナノ粒子生成が起こる温度に保温された第2加熱部の中で、反応チャンネル内でナノ粒子が生成される。そして生成されたナノ粒子溶液は冷却部340に移送されて冷却され、ナノ粒子生成が停止される。
The nanoparticle production apparatus of Patent Document 5 is shown in FIG. 22 of the present patent application. In FIG. 22, 310 is a precursor supply unit, 320 is a first heating unit, 321 is a first circulator, 330 is a second heating unit, 331 is a second circulator, 340 is a cooling unit, and 350 is a transfer device. . In addition, as seen in claims 8 and 9, the first heating unit 320 and the second heating unit 330 incorporate a helical reactor-type reactor channel having a diameter of 1 to 50 mm, and the heating unit The coil tube (spiral tube) of the reactor channel is heated by the amount of heat.
In this nanoparticle manufacturing apparatus, first, a precursor solution of metal nanoparticles is supplied to the first heating unit 320 from the precursor supply unit 310 via the transfer device 350, and the first heating unit kept warm by the first circulator 321. The precursor solution is preheated to a temperature within 320 where no nanoparticle formation occurs. Next, the preheated precursor solution is transferred to the second heating unit 330, and in the second heating unit that is kept at a temperature at which nanoparticle generation occurs by the second circulator 331, the nanoparticles are reacted in the reaction channel. Generated. And the produced | generated nanoparticle solution is transferred to the cooling part 340, is cooled, and nanoparticle production | generation is stopped.

特開平10−183207号JP-A-10-183207 国際公開第WO2009/090846号公報International Publication No. WO2009 / 090846 特開2005−264199号公報JP 2005-264199 A 特表2006−503790号公報JP-T-2006-503790 特開2008−285749号公報JP 2008-285749 A

特許文献3のナノ粒子製造装置では、マイクロチャンネル9のサイズが数μm〜数百μm径と極めて狭く、生成されたナノ粒子によって目詰まりを起こし易い欠点がある。金属塩水溶液を連続的に供給できても、一旦目詰まりを生起すると、金属塩水溶液の通水が不可能になり、ナノ粒子の製造がストップしてしまう弱点を有する。   In the nanoparticle manufacturing apparatus of Patent Document 3, the size of the microchannel 9 is extremely narrow, such as a diameter of several μm to several hundreds of μm, and there is a defect that clogging is likely to occur due to the generated nanoparticles. Even if the metal salt aqueous solution can be continuously supplied, once clogging occurs, the metal salt aqueous solution cannot be passed, and the production of nanoparticles is stopped.

特許文献4のナノ粒子製造装置では、反応液は層流状態にあるから、ナノ粒子を生成させる粒子間の衝突確率が小さくなるためナノ粒子の量産は困難であり、また反応管内で1〜60秒という極めて短時間にナノ粒子を製造する必要があるから、そのような短時間に流量制御や温度制御が難しく、装置全体の制御性能が低下する弱点を有する。   In the nanoparticle production apparatus of Patent Document 4, since the reaction liquid is in a laminar flow state, it is difficult to mass-produce nanoparticles because the collision probability between particles that generate nanoparticles is small, and 1 to 60 in the reaction tube. Since it is necessary to produce nanoparticles in an extremely short time of seconds, it is difficult to control the flow rate and temperature in such a short time, and the control performance of the entire apparatus is weak.

特許文献5のナノ粒子製造装置では、第2加熱部330の内部に直管又はコイル管からなる反応チャンネルが配置され、この反応チャンネルに前駆体溶液を流通させてナノ粒子を生成する方式をとっている。従って、構造的には特許文献2と酷似しており、特許文献2と同様の欠点、即ちチャンネル内の流れが層流のときには衝突確率が低下するからナノ粒子の量産に適さず、またチャンネルを短時間で流通するから反応時間が短く、ナノ粒子の量産には困難がある。   In the nanoparticle production apparatus of Patent Document 5, a reaction channel composed of a straight tube or a coiled tube is arranged inside the second heating unit 330, and a method of generating nanoparticles by circulating a precursor solution in the reaction channel is adopted. ing. Therefore, it is structurally very similar to Patent Document 2, and is not suitable for mass production of nanoparticles because the collision probability is low when the flow in the channel is laminar, as in Patent Document 2, and the channel is not suitable. Since it circulates in a short time, the reaction time is short and it is difficult to mass-produce nanoparticles.

従って、本発明は、微細径で均一なナノ粒子を製造できるだけでなく、同時にナノ粒子を連続的に量産でき、しかもナノ粒子の生成時間を短時間化又は長時間化することが可能なナノ粒子の製造方法及び製造装置を提供することを第1目的とし、しかも原料液製造・ナノ粒子生成・生成液の濃縮及び濃縮液の乾燥までをコンピュータ制御により一貫処理する自動製造装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention can not only produce nanoparticles having a small diameter, but can simultaneously mass-produce nanoparticles at the same time, and can also shorten or shorten the generation time of nanoparticles. The first object of the present invention is to provide an automatic manufacturing apparatus that performs integrated processing by computer control from raw material liquid production, nanoparticle generation, concentration of the produced liquid, and drying of the concentrated liquid. Objective.

本発明は上記課題を解決するために完成されたものであり、本発明の第1の形態は、溶媒に原料物質を混合したナノ粒子製造用の原料液を用意し、前記原料液が流通する反応管を配置し、前記反応管の内部に前記原料液と同一の溶媒及び/又は前記原料液を充填し、前記反応管の前記溶媒をナノ粒子の合成温度に温度制御し、前記原料液を前記反応管の流入端に供給し、供給された前記原料液と前記反応管の溶媒とが混合されながら又は前記原料液が撹拌されながら前記反応管の外周壁内面の周方向に沿って周回しつつ前記流入端から流出端へと流通する螺旋流を形成し、前記螺旋流の中で前記原料物質からナノ粒子を形成し、前記反応管の流出端から前記ナノ粒子を含んだ生成液を送出するナノ粒子の製造方法である。   The present invention has been completed in order to solve the above-mentioned problems. In the first embodiment of the present invention, a raw material liquid for preparing nanoparticles in which a raw material is mixed in a solvent is prepared, and the raw material liquid is distributed. A reaction tube is arranged, the inside of the reaction tube is filled with the same solvent as the raw material liquid and / or the raw material liquid, the temperature of the solvent in the reaction tube is controlled to the nanoparticle synthesis temperature, and the raw material liquid is Supplied to the inflow end of the reaction tube and circulates along the circumferential direction of the inner surface of the outer peripheral wall of the reaction tube while mixing the supplied raw material solution and the solvent of the reaction tube or stirring the raw material solution. While forming a spiral flow that flows from the inflow end to the outflow end, forming nanoparticles from the source material in the spiral flow, and delivering the product liquid containing the nanoparticles from the outflow end of the reaction tube This is a method for producing nanoparticles.

本発明の第2の形態は、前記第1形態において、前記反応管が前記原料液の流通方向に沿って一つ以上の区画に区分され、前記区画の入口側には前記外周壁内面に沿って周方向に開口した環状開口部が形成され、前記螺旋流は前記環状開口部を通過して環状螺旋流となって一つ以上の前記区画を流通してゆき、前記環状螺旋流の中で前記ナノ粒子が形成されるナノ粒子の製造方法である。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the reaction tube is divided into one or more sections along a flow direction of the raw material liquid, and the inlet side of the section is along the inner surface of the outer peripheral wall. An annular opening that is open in the circumferential direction is formed, and the spiral flow passes through the annular opening to become an annular spiral flow and flows through one or more of the compartments. It is a manufacturing method of the nanoparticle in which the said nanoparticle is formed.

本発明の第3の形態は、前記第1又は第2形態において、前記原料液はナノ粒子が合成されない温度範囲内で予熱されているナノ粒子の製造方法である。   A third aspect of the present invention is the method for producing nanoparticles according to the first or second aspect, wherein the raw material liquid is preheated within a temperature range where nanoparticles are not synthesized.

本発明の第4の形態は、前記第1、第2又は第3形態において、1段以上の前記反応管が直列及び/又は並列して構成され、各反応管の内部の前記螺旋流は下降流、上昇流、傾斜流又は水平流から選択されるナノ粒子の製造方法である。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second, or third aspect, one or more stages of the reaction tubes are configured in series and / or in parallel, and the spiral flow inside each reaction tube is lowered. It is a method for producing nanoparticles selected from a flow, an upward flow, a gradient flow or a horizontal flow.

本発明の第5の形態は、前記第1〜第4形態のいずれかにおいて、前記溶媒と前記原料物質が前記合成温度で反応して前記ナノ粒子が製造されるナノ粒子の製造方法である。   According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the nanoparticle is produced by reacting the solvent and the raw material at the synthesis temperature.

本発明の第6の形態は、前記第1〜第4形態のいずれかにおいて、前記原料物質には直接原料物質と還元剤が含まれ、前記溶媒の中で前記直接原料物質が前記還元剤により還元されて前記ナノ粒子が製造されるナノ粒子の製造方法である。   According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the raw material includes a direct raw material and a reducing agent, and the direct raw material is contained in the solvent by the reducing agent. This is a method for producing nanoparticles in which the nanoparticles are produced by reduction.

本発明の第7の形態は、前記第1〜第6形態のいずれかにおいて、前記原料液の製造工程、前記生成液を製造した後に前記生成液を濃縮して前記ナノ粒子の濃度を増大させる濃縮液の製造工程、及び前記濃縮液を更に乾燥させる濃縮液の乾燥工程のいずれか一つ以上の工程を付加するナノ粒子の製造方法である。   According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the raw material liquid manufacturing step, after the production liquid is produced, the production liquid is concentrated to increase the concentration of the nanoparticles. It is a method for producing nanoparticles by adding at least one of a concentrated liquid manufacturing process and a concentrated liquid drying process for further drying the concentrated liquid.

本発明の第8の形態は、前記第7形態において、前記濃縮液の製造工程では、前記生成液を減圧容器の中に噴霧して前記生成液から溶媒を蒸発させ、流下した前記ナノ粒子の濃度が増大した濃縮液を回収するナノ粒子の製造方法である。   According to an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect, in the manufacturing step of the concentrated liquid, the product liquid is sprayed into a vacuum container to evaporate the solvent from the product liquid, and the nanoparticles that have flowed down are used. This is a method for producing nanoparticles in which a concentrated liquid having an increased concentration is recovered.

本発明の第9の形態は、前記第7又は第8形態において、前記濃縮液の乾燥工程では、前記濃縮液を容器の中で真空乾燥させ、少なくともナノ粒子が飛散しない程度以上にまで乾燥させるナノ粒子の製造方法である。   In a ninth aspect of the present invention, in the seventh or eighth aspect, in the drying step of the concentrated liquid, the concentrated liquid is vacuum-dried in a container and is dried to an extent that at least nanoparticles are not scattered. This is a method for producing nanoparticles.

本発明の第10の形態は、溶媒に原料物質を混合したナノ粒子製造用の原料液と同一の溶媒及び/又は前記原料液が充填される反応管と、前記反応管の前記溶媒及び/又は前記原料液をナノ粒子の合成温度に温度制御する温度制御器と、前記原料液が供給される前記反応管の流入端と、供給された前記原料液と前記反応管の前記溶媒を混合しながら又は前記原料液を撹拌しながら前記反応管の外周壁内面に沿って螺旋流を形成する回転子と、前記螺旋流の中で前記原料物質からナノ粒子を形成して前記ナノ粒子を含んだ生成液を排出する前記反応管の流出端から構成されるナノ粒子の製造装置である。 The tenth aspect of the present invention is a reaction tube filled with a raw material liquid for nanoparticle production in which a raw material substance is mixed in a solvent and / or the raw material liquid, and the solvent and / or the reaction tube. While mixing the temperature controller for controlling the temperature of the raw material liquid to the synthesis temperature of the nanoparticles, the inflow end of the reaction tube to which the raw material liquid is supplied, and the supplied raw material liquid and the solvent of the reaction tube Or a rotor that forms a spiral flow along the inner surface of the outer peripheral wall of the reaction tube while stirring the raw material liquid, and a nanoparticle is formed from the raw material in the spiral flow and includes the nanoparticles. It is a manufacturing apparatus of the nanoparticle comprised from the outflow end of the said reaction tube which discharges a liquid.

本発明の第11の形態は、前記第10形態において、前記反応管の軸芯位置に配置される回転軸と、前記回転軸に相互に離間して固定される1個以上のセパレータと、隣り合うセパレータの間に、又はセパレータと前記反応管の管端との間に形成される区画と、前記区画内の前記回転軸に固定される前記回転子と、前記セパレータの外周縁と前記反応管の前記外周壁内面との間に形成される環状開口部からなり、前記螺旋流は前記環状開口部を通過して環状螺旋流となって前記区画を流通してゆき、前記環状螺旋流の中で前記ナノ粒子が形成されるナノ粒子の製造装置である。   According to an eleventh aspect of the present invention, in the tenth aspect, a rotating shaft arranged at an axial center position of the reaction tube, one or more separators fixed to the rotating shaft so as to be spaced apart from each other, A partition formed between the matching separators or between the separator and the tube end of the reaction tube, the rotor fixed to the rotating shaft in the partition, the outer peripheral edge of the separator, and the reaction tube An annular opening formed between the inner surface of the outer peripheral wall and the spiral flow passes through the annular opening to form an annular spiral flow and flows through the compartment. In the apparatus for producing nanoparticles, the nanoparticles are formed.

本発明の第12の形態は、前記第11形態において、前記セパレータは、天板部に一個以上のガス抜孔を開口したナノ粒子の製造装置である。   A twelfth aspect of the present invention is the nanoparticle manufacturing apparatus according to the eleventh aspect, wherein the separator has one or more gas vent holes opened in the top plate portion.

本発明の第13の形態は、前記第10、第11又は第12形態において、前記反応管に供給される前に、前記原料液をナノ粒子が合成されない温度範囲内で事前に予熱する予熱装置が配置されているナノ粒子の製造装置である。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in the tenth, eleventh or twelfth aspect, the preheating apparatus preheats the raw material liquid in a temperature range in which nanoparticles are not synthesized before being supplied to the reaction tube. Is an apparatus for producing nanoparticles.

本発明の第14の形態は、前記第10〜第13のいずれかにおいて、1段以上の前記反応管が直列及び/又は並列して構成され、各反応管の内部の前記螺旋流は下降流、上昇流、傾斜流又は水平流に選択されるナノ粒子の製造装置である。   In a fourteenth aspect of the present invention, in any one of the tenth to thirteenth aspects, one or more stages of the reaction tubes are configured in series and / or in parallel, and the spiral flow inside each reaction tube is a downward flow , A nanoparticle production device selected for upward flow, inclined flow or horizontal flow.

本発明の第15の形態は、前記第10〜第14のいずれかにおいて、前記原料液の製造装置、前記生成液を製造した後に前記生成液を濃縮して前記ナノ粒子の濃度を増大させる濃縮液の製造装置、及び前記濃縮液を更に乾燥させる濃縮液の乾燥装置のいずれか一つ以上の装置を付加するナノ粒子の製造装置である。   According to a fifteenth aspect of the present invention, in any one of the tenth to fourteenth aspects, the raw material liquid manufacturing apparatus, the concentration that increases the concentration of the nanoparticles by concentrating the generated liquid after manufacturing the generated liquid A nanoparticle production apparatus to which at least one of a liquid production apparatus and a concentrated liquid drying apparatus for further drying the concentrated liquid is added.

本発明の第16の形態は、第10〜第15形態のいずれかのナノ粒子の製造装置と、前記ナノ粒子の製造装置を電気信号により制御するコンピュータ制御装置と、前記コンピュータ制御装置に保存されたプログラムに従って動作し、前記ナノ粒子の製造装置を自動制御するナノ粒子の自動製造装置である。 A sixteenth aspect of the present invention is stored in the nanoparticle production apparatus according to any one of the tenth to fifteenth aspects, a computer control apparatus that controls the nanoparticle production apparatus using an electrical signal, and the computer control apparatus. The automatic nanoparticle production apparatus operates according to a program and automatically controls the nanoparticle production apparatus.

本発明の第1の形態によれば、溶媒に原料物質を混合したナノ粒子製造用の原料液を用意するから、溶媒が原料物質を溶解・分散させる単なる溶媒であり、溶媒中で原料物質同士からナノ粒子が合成される場合と、溶媒が液体原料物質の一種になり、溶媒と原料物質が反応してナノ粒子が合成される場合を包含する。前者の一例としては、溶媒が水で、原料物質が硝酸金属塩・有機物・還元剤のとき、還元剤で硝酸金属塩が還元され、有機物で有機被覆された金属ナノ粒子がある。また、後者の一例として、特許文献2にあるように、溶媒がアルコールで、原料物質が炭酸銀の場合に、アルコールが溶媒であると同時に還元剤・有機物として作用し、アルコールで炭酸銀が還元された銀微粒子がアルコール由来有機被覆を有した金属ナノ粒子がある。このように広範囲のナノ粒子の液相製造法を与える発明である。
また、前記原料液が流通する反応管を配置し、前記反応管の内部に前記原料液と同一の溶媒及び/又は前記原料液を充填し、前記反応管の前記溶媒をナノ粒子の合成温度に温度制御し、前記原料液を前記反応管の流入端に供給し、供給された前記原料液と前記反応管の溶媒とを混合するから、反応管内の溶媒と原料液の溶媒とが同一溶媒であり、原料液と溶媒とが混合しても全く支障はない。また、前記反応管の内部に前記原料液を充填する場合、前記原料液を撹拌することができる。しかも反応管内の溶媒及び/又は原料液は合成温度に温度制御(加熱・加温・恒温・冷却をも含む)されているから、供給された原料液は直ちに反応状態に遷移し、反応管内でナノ粒子の合成が開始する。合成温度が高い程、ナノ粒子の合成速度が速くなり、原料液の温度を合成が開始しない程度の高温度に設定しておけば、混合時点で直ちに合成を開始することができる。
更に、混合液又は原料液は前記反応管の外周壁内面の周方向に沿って周回しつつ前記流入端から流出端へと流通する螺旋流を形成するから、遠心力によって原料液は反応管の外周壁内面に近接し、また重い原料物質も遠心力によって外周壁内面に近接するから、外周壁内面近傍でナノ粒子が合成され易い。反応管の外周壁外面にテープヒータ等の温度制御手段(加熱器、温熱器、恒温器、冷却器などを含む)を配置しておけば、温度制御された合成効率の高い外周壁内面近傍で効率的にナノ粒子の合成を行うことができる。また、螺旋流を構成するから、流入端から流出端に到達する時間、即ち反応時間を調節することができ、特に反応管長にも依存するが、螺旋流のピッチ(一回転に進む距離)を調節することによって反応時間を数秒〜数十分にまで可変調整することができる。また、螺旋流は乱流又はやや乱流に近く、粒子同士の衝突確率が増大してナノ反応が活発化し、種々のナノ粒子生成反応を効率的に実現することができる。従来例で説明した様な、層流の直管方式や層流の螺旋管方式とは全く異なるものである。
しかも、原料液を供給した分だけ、生成液が流出端から押し出され原料液の供給を連続的に行えば、生成液も連続的に精製できる利点があり、ナノ粒子の大量合成を実現するものである。
According to the first aspect of the present invention, since a raw material solution for producing nanoparticles in which a raw material is mixed in a solvent is prepared, the solvent is simply a solvent for dissolving and dispersing the raw material, and the raw materials are mixed in the solvent. The case where the nanoparticles are synthesized from the above and the case where the solvent is a kind of liquid raw material and the solvent and the raw material react to synthesize the nanoparticles are included. As an example of the former, when the solvent is water and the raw material is a nitrate metal salt / organic substance / reducing agent, there is metal nanoparticles in which the nitrate metal salt is reduced with the reducing agent and organically coated with the organic substance. As an example of the latter, as disclosed in Patent Document 2, when the solvent is alcohol and the raw material is silver carbonate, the alcohol is the solvent and simultaneously acts as a reducing agent / organic substance. There are metal nanoparticles in which the fine silver particles have an organic coating derived from alcohol. Thus, the invention provides a liquid phase production method for a wide range of nanoparticles.
In addition, a reaction tube through which the raw material liquid flows is arranged, the inside of the reaction tube is filled with the same solvent and / or the raw material liquid as the raw material liquid, and the solvent in the reaction tube is set to the nanoparticle synthesis temperature. The temperature is controlled, the raw material liquid is supplied to the inflow end of the reaction tube, and the supplied raw material liquid and the solvent of the reaction tube are mixed. Therefore, the solvent in the reaction tube and the solvent of the raw material liquid are the same solvent. There is no problem even if the raw material liquid and the solvent are mixed. In addition, when the raw material liquid is filled in the reaction tube, the raw material liquid can be stirred. Moreover, since the solvent and / or raw material liquid in the reaction tube is temperature controlled to the synthesis temperature (including heating, heating, constant temperature, and cooling), the supplied raw material liquid immediately transitions to the reaction state, and in the reaction tube Nanoparticle synthesis begins. The higher the synthesis temperature, the faster the nanoparticle synthesis rate, and the synthesis can be started immediately at the time of mixing if the temperature of the raw material liquid is set to a high temperature at which synthesis does not start.
Further, the mixed liquid or the raw material liquid forms a spiral flow that circulates along the circumferential direction of the inner surface of the outer peripheral wall of the reaction tube while flowing from the inflow end to the outflow end. Since the raw material is close to the inner surface of the outer peripheral wall and the heavy raw material is also close to the inner surface of the outer peripheral wall by centrifugal force, nanoparticles are easily synthesized near the inner surface of the outer peripheral wall. If temperature control means such as a tape heater (including heaters, heaters, thermostats, coolers, etc.) are placed on the outer surface of the outer peripheral wall of the reaction tube, the temperature is controlled near the inner surface of the outer peripheral wall with high synthesis efficiency. Nanoparticles can be efficiently synthesized. In addition, since the spiral flow is configured, the time to reach from the inflow end to the outflow end, that is, the reaction time can be adjusted, and the pitch of the spiral flow (distance to advance in one rotation) depends on the length of the reaction tube. By adjusting the reaction time, the reaction time can be variably adjusted from several seconds to several tens of minutes. Further, the spiral flow is close to turbulent flow or somewhat turbulent flow, the probability of collision between particles increases, and the nano reaction is activated, and various nano particle generation reactions can be efficiently realized. This is completely different from the laminar straight pipe system and laminar spiral pipe system as described in the prior art.
In addition, if the product liquid is pushed out from the outflow end by the amount that the raw material liquid is supplied and the raw material liquid is continuously supplied, there is an advantage that the product liquid can also be continuously purified, which realizes mass synthesis of nanoparticles. It is.

本発明の第2の形態によれば、前記反応管が前記原料液の流通方向に沿って一つ以上の区画に区分され、前記区画の入口側には前記外周壁内面に沿って周方向に開口した環状開口部が形成され、前記螺旋流は前記環状開口部を通過して環状螺旋流となって一つ以上の前記区画を流通してゆくから、最初の区画の入力側で原料液と反応管内の溶媒は一部混合するが、原料液の殆どは前記環状開口部を通過して最初の区画内に入り、また次の環状開口部から第2の区画に入ると云った手順で、原料液は環状螺旋流となって最後の区画から流出端へと向かう。従って、比較的厚みの薄い連続的な環状螺旋流の中でナノ粒子の合成が起こり、原料液の拡散を抑制できるからほぼ原料液の濃度に従ってナノ粒子が生成されることになる。
また、最初の環状開口部を通過すると、螺旋流は最初の区画内で一時的に回転しながら滞在し、また次の環状開口部を通過すると、螺旋流は次の区画内を回転しながら一時滞在するから、区画の無い螺旋流よりも反応管内の滞在時間が長くなり、ナノ粒子の生成反応時間を一層延長することが可能になる。従って、反応時間は、区画が全く無い場合が最短で、区画の設置個数の増大に連れて長く設定することが可能になる。
更に、重量の重い原料物質は螺旋遠心力により前記環状螺旋流の中にとどまり、反応管の外周壁外面に取り付けられた温度制御手段により外周壁内面に位置する環状螺旋流は効率的に加熱され、ナノ粒子反応が環状螺旋流内で活発に起こり、ナノ粒子の連続的な大量合成が可能になる。
According to the second aspect of the present invention, the reaction tube is divided into one or more compartments along the flow direction of the raw material liquid, and the entrance side of the compartment is circumferentially along the inner surface of the outer peripheral wall. An open annular opening is formed, and the spiral flow passes through the annular opening to form an annular spiral flow and flows through one or more of the compartments. A part of the solvent in the reaction tube is mixed, but most of the raw material liquid passes through the annular opening and enters the first compartment, and enters the second compartment from the next annular opening. The raw material liquid flows in an annular spiral flow from the last section to the outflow end. Therefore, synthesis of nanoparticles occurs in a continuous annular spiral flow having a relatively small thickness, and diffusion of the raw material liquid can be suppressed, so that nanoparticles are generated almost according to the concentration of the raw material liquid.
In addition, when passing through the first annular opening, the spiral flow stays while temporarily rotating in the first section, and when passing through the next annular opening, the spiral flow temporarily rotates while rotating in the next section. Since the staying time is longer than that of the spiral flow without compartments, the staying time in the reaction tube becomes longer, and the reaction time for generating nanoparticles can be further extended. Accordingly, the reaction time is the shortest when there are no sections, and can be set longer as the number of sections installed increases.
Further, the heavy material material remains in the annular spiral flow by the helical centrifugal force, and the annular spiral flow located on the inner surface of the outer peripheral wall is efficiently heated by the temperature control means attached to the outer peripheral wall of the reaction tube. The nanoparticle reaction takes place actively in the annular spiral flow, enabling continuous mass synthesis of nanoparticles.

本発明の第3の形態によれば、前記原料液はナノ粒子が合成されない温度範囲内で予熱されているから、合成温度に加熱された反応管内の溶媒と、やや温度的には低いがナノ粒子が合成されない程度の高温に設定された原料液とは、原料液の供給により両液の混合が生じても、温度低下は比較的小さく、混合液内でナノ粒子が即時に生成されてゆき、ナノ粒子の生成効率が増大する。予熱温度はナノ粒子反応に依存し、原料液に応じて調整できる。   According to the third aspect of the present invention, since the raw material liquid is preheated within a temperature range in which nanoparticles are not synthesized, it is slightly lower in temperature than the solvent in the reaction tube heated to the synthesis temperature. The raw material liquid set to a high temperature that does not synthesize particles is relatively small in temperature drop even if both liquids are mixed by supplying the raw material liquid, and nanoparticles are immediately generated in the mixed liquid. The production efficiency of nanoparticles increases. The preheating temperature depends on the nanoparticle reaction and can be adjusted according to the raw material liquid.

本発明の第4の形態によれば、1段以上の前記反応管が直列及び/又は並列して構成され、各反応管の内部の前記螺旋流は下降流、上昇流、傾斜流又は水平流から選択できる。ナノ粒子の合成密度が1段目の反応管だけでは不十分な場合には、2段目の反応管を直列し、3段目・4段目と直列段数を増加することが可能である。また、ナノ粒子の大量合成では、1段目に複数の反応管を並列し、各反応管で同時並行的にナノ粒子を製造し、2段目に複数の反応管を直列することが可能である。このように、量産目的に応じて、並列数と直列数を調整することができる。一段ではナノ粒子の合成時間を短時間にでき、多段にすればナノ粒子の合成時間を長時間化でき、ナノ粒子の合成時間を長短自在に調整することができる。
また、直列する場合には、1段目が下降流とすると、2段目は上昇流といったように、下降流と上昇流を適宜調整して直列し易い形態を採用できる。また、鉛直方向を縦型、水平方向を横型と定義すると、反応管には、縦型反応管、横型反応管、傾斜型反応管の3形態が存し、配置形態は適宜調整することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, one or more stages of the reaction tubes are configured in series and / or in parallel, and the spiral flow inside each reaction tube is a downward flow, an upward flow, an inclined flow, or a horizontal flow. You can choose from. When the synthesis density of the nanoparticles is not sufficient only with the first stage reaction tube, the second stage reaction tube can be connected in series to increase the number of series stages with the third and fourth stages. In mass synthesis of nanoparticles, multiple reaction tubes can be arranged in parallel in the first stage, nanoparticles can be produced in parallel in each reaction tube, and multiple reaction tubes can be connected in series in the second stage. is there. Thus, the number of parallel and the number of series can be adjusted according to the purpose of mass production. In one stage, the nanoparticle synthesis time can be shortened, and in multistage, the nanoparticle synthesis time can be lengthened, and the nanoparticle synthesis time can be adjusted freely.
Further, in the case of serial connection, it is possible to adopt a mode in which the downward flow and the upward flow are appropriately adjusted so that the first step is a downward flow and the second step is an upward flow so that the serial flow is easily adjusted. If the vertical direction is defined as the vertical type and the horizontal direction is defined as the horizontal type, the reaction tube has three types of a vertical reaction tube, a horizontal reaction tube, and an inclined reaction tube, and the arrangement can be adjusted as appropriate. .

本発明の第5の形態によれば、前記溶媒と前記原料物質が前記合成温度で反応して前記ナノ粒子が製造されるナノ粒子の製造方法が提供できる。本発明で定義されるナノ粒子とは、粒径が1nm〜1000nmの範囲にある粒子であり、粒子の表面が修飾物質(例えば有機物質)で被覆されているかどうかを問わない。本形態では、加熱状態で、溶媒と原料物質が反応してナノ粒子が生成される場合を主張している。例えば、特許文献2に示されるように、アルコールと炭酸銀とが加熱状態で反応すると、アルコールの還元力で炭酸銀から銀核が析出し、銀核の周囲にアルコール由来有機物が被覆する。このとき、アルコールは、溶媒であると同時に、還元剤であり、且つ有機物である。本形態では、溶媒と原料物質が反応してナノ粒子を生成する全ての場合を包含する。   According to the fifth aspect of the present invention, there can be provided a method for producing nanoparticles in which the nanoparticles are produced by the reaction of the solvent and the raw material at the synthesis temperature. Nanoparticles as defined in the present invention are particles having a particle size in the range of 1 nm to 1000 nm, regardless of whether the surface of the particles is coated with a modifying substance (for example, an organic substance). In this embodiment, the case where a solvent and a raw material react with each other to produce nanoparticles in a heated state is claimed. For example, as shown in Patent Document 2, when alcohol and silver carbonate react in a heated state, silver nuclei are precipitated from the silver carbonate by the reducing power of the alcohol, and the alcohol-derived organic matter is coated around the silver nuclei. At this time, the alcohol is not only a solvent but also a reducing agent and an organic substance. In this embodiment, all cases where a solvent and a raw material react to generate nanoparticles are included.

本発明の第6の形態によれば、前記原料物質には直接原料物質と還元剤が含まれ、前記溶媒の中で前記直接原料物質が前記還元剤により還元されて前記ナノ粒子が製造されるナノ粒子の製造方法が提供される。本形態は、溶媒はナノ粒子生成反応には直接寄与せず、反応浴を与えるのみの場合に相当する。このような反応系は多く、例えば、溶媒として水、直接原料物質として硝酸銀と有機物、そして還元剤が含まれる例がある。具体的には、水中で硝酸銀は溶解し、還元剤により銀が析出して銀核を形成し、銀核の周囲に有機物が被覆したナノ粒子が生成される。本形態では、溶媒の中で直接原料物質と還元剤が反応してナノ粒子を生成する全ての場合を包含する。前記有機物を水に溶解させるために溶解促進物質を添加する場合もある。   According to the sixth aspect of the present invention, the raw material includes a direct raw material and a reducing agent, and the direct raw material is reduced by the reducing agent in the solvent to produce the nanoparticles. A method for producing nanoparticles is provided. This form corresponds to the case where the solvent does not directly contribute to the nanoparticle formation reaction but only provides a reaction bath. There are many such reaction systems. For example, there is an example in which water is used as a solvent, silver nitrate and an organic substance are directly used as raw materials, and a reducing agent is included. Specifically, silver nitrate is dissolved in water, silver is precipitated by a reducing agent to form a silver nucleus, and nanoparticles in which organic substances are coated around the silver nucleus are generated. In this embodiment, all cases in which the raw material and the reducing agent react directly in the solvent to form nanoparticles are included. A dissolution promoting substance may be added to dissolve the organic substance in water.

本発明の第7の形態によれば、前記原料液の製造工程、前記生成液を製造した後に前記生成液を濃縮して前記ナノ粒子の濃度を増大させる濃縮液の製造工程、及び前記濃縮液を更に乾燥させる濃縮液の乾燥工程のいずれか一つ以上の工程を付加するナノ粒子の製造方法が提供できる。本発明では、ナノ粒子を液相法で生成するから、ナノ粒子が分散した生成液が製造され、ナノ粒子の生成工程とは生成液製造工程のことを意味する。液相法でナノ粒子を利用できる形態にするには、原料液製造工程→生成液製造工程→生成液濃縮工程→濃縮液乾燥工程の4工程を経なければならない。本発明の要点は生成液製造工程(つまりナノ粒子製造工程)にあり、本形態では、生成液製造工程に原料液製造工程、生成液濃縮工程、濃縮液乾燥工程から一つ以上を付加した連続製造法が提供される。   According to a seventh aspect of the present invention, a manufacturing process of the raw material liquid, a manufacturing process of the concentrated liquid that increases the concentration of the nanoparticles by concentrating the generated liquid after manufacturing the generated liquid, and the concentrated liquid The manufacturing method of the nanoparticle which adds any one or more process of the drying process of the concentrate which further dries can be provided. In the present invention, since the nanoparticles are produced by the liquid phase method, a production liquid in which the nanoparticles are dispersed is produced, and the nanoparticle production process means a production liquid production process. In order to obtain a form in which nanoparticles can be used in the liquid phase method, four steps of a raw material liquid production process → a production liquid production process → a production liquid concentration process → a concentrated liquid drying process must be performed. The gist of the present invention lies in the product liquid production process (that is, the nanoparticle production process). In this embodiment, the product liquid production process is continuously added with one or more from the raw material liquid production process, the product liquid concentration process, and the concentrate liquid drying process. A manufacturing method is provided.

本発明の第8の形態によれば、前記濃縮液の製造工程では、前記生成液を減圧容器の中に噴霧して前記生成液から溶媒を蒸発させ、流下した前記ナノ粒子の濃度が増大した濃縮液を回収するナノ粒子の製造方法が提供される。本形態の濃縮液製造工程とは、つまるところナノ粒子が分散した生成液の濃縮工程を意味している。結局は、生成液から溶媒を蒸発して、生成液のナノ粒子の濃度を増加させればよい。本形態では、減圧容器の中に生成液を噴霧すれば、噴霧液滴中の溶媒が減圧によって蒸発し、濃度の増大した噴霧液滴が流下し、これを集めると濃縮液が得られる。濃度を上昇させるには、噴霧液滴を小さくするだけでなく、噴霧操作を複数段設けることによって達成できる。   According to the eighth aspect of the present invention, in the manufacturing process of the concentrated liquid, the product liquid is sprayed into a vacuum container to evaporate the solvent from the product liquid, and the concentration of the flowing down nanoparticles increases. A method of producing nanoparticles for recovering a concentrate is provided. The concentrated liquid production process of this embodiment means a concentrated process of the product liquid in which nanoparticles are dispersed. Eventually, the solvent may be evaporated from the product solution to increase the concentration of nanoparticles in the product solution. In this embodiment, when the product liquid is sprayed into the decompression vessel, the solvent in the spray droplets evaporates due to the decompression, and the spray droplets having an increased concentration flow down, and when this is collected, a concentrated liquid is obtained. Increasing the concentration can be achieved not only by reducing the spray droplets but also by providing a plurality of spray operations.

本発明の第9の形態によれば、前記濃縮液の乾燥工程では、前記濃縮液を容器の中で真空乾燥させ、少なくともナノ粒子が飛散しない程度以上にまで乾燥させるナノ粒子の製造方法が提供される。濃縮液を真空乾燥すれば、更に溶媒を除去できるから、濃縮液の濃度を一層に増加できる。但し、完全に溶媒を除去すると、ナノ粒子は飛散するから、健康には良くない。本形態では、ナノ粒子を飛散しない程度まで乾燥させ、ナノ粒子を湿式状態で提供できる。やや湿潤したナノ粒子を密封容器に保管すれば、ナノ粒子は大気中に飛散せず、取扱に注意は必要であるが、比較的に安全に処置できる。   According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method for producing nanoparticles, wherein in the drying step of the concentrated solution, the concentrated solution is dried in a vacuum in a container and dried to a degree that at least nanoparticles do not scatter. Is done. If the concentrate is vacuum-dried, the solvent can be further removed, so that the concentration of the concentrate can be further increased. However, if the solvent is completely removed, the nanoparticles are scattered, which is not good for health. In this embodiment, the nanoparticles can be dried to the extent that they do not scatter and the nanoparticles can be provided in a wet state. If the slightly wet nanoparticles are stored in a sealed container, the nanoparticles do not scatter in the atmosphere, and care is required for handling, but they can be treated relatively safely.

本発明の第10の形態によれば、溶媒に原料物質を混合したナノ粒子製造用の原料液と同一の溶媒及び/又は前記原料液が充填される反応管と、前記反応管の前記溶媒及び/又は前記原料液をナノ粒子の合成温度に温度制御する温度制御器と、前記原料液を供給される前記反応管の流入端と、供給された前記原料液と前記反応管の前記溶媒を混合しながら又は前記原料液を撹拌しながら前記反応管の外周壁内面に沿って螺旋流を形成する回転子と、前記螺旋流の中で前記原料物質からナノ粒子を形成して前記ナノ粒子を含んだ生成液を排出する前記反応管の流出端から構成されるナノ粒子の製造装置が提供できる。
第1形態で説明したナノ粒子の製造方法を実現するために本形態の装置が開発された。まず、溶媒に原料物質を混合したナノ粒子製造用の原料液と同一の溶媒充填される反応管を設けたから、原料液を反応管に供給しても、溶媒と原料物質の組合せは全く変化せず、ナノ粒子の製造を行うことができる。また、前記反応管の内部に前記原料液を充填する場合、前記原料液を撹拌して螺旋流を形成し、ナノ粒子の製造を行うことができる。この装置では、溶媒は単なる溶媒で、溶媒中で原料物質同士からナノ粒子が合成される場合と、溶媒が液体原料物質の一種になり、溶媒と原料物質が反応してナノ粒子が合成される場合の両反応を実現することができる。前者の一例としては、溶媒が水で、原料物質が硝酸金属塩・有機物・還元剤のとき、還元剤で硝酸金属塩が還元され、有機物で有機被覆された金属ナノ粒子がある。また、後者の一例として、特許文献2にあるように、溶媒がアルコールで、原料物質が炭酸銀の場合に、アルコールが溶媒であると同時に還元剤・有機物として作用し、アルコールで炭酸銀が還元された銀微粒子がアルコール由来有機被覆を有した金属ナノ粒子がある。このように広範囲のナノ粒子の液相製造装置を実現する装置の発明である。
また、前記反応管の前記溶媒及び/又は前記原料液をナノ粒子の合成温度にまで加熱する温度制御器を設けているから、反応管内部の温度は合成温度にまで到達している。従って、流入端から供給された前記原料液と前記反応管の溶媒を混合すると、又は、流入端から原料液を供給すると、原料液は直ちに合成温度に到達し、ナノ粒子が生成される条件が成立する。合成温度が高い程、ナノ粒子の合成速度が速くなり、原料液の温度を合成が開始しない高温度に設定しておけば、混合時点で直ちに合成を開始することができる。
更に、回転子の回転により、混合液は前記反応管の外周壁内面の周方向に沿って周回しつつ前記流入端から流出端へと流通する螺旋流を形成する。螺旋流の遠心力によって原料液は反応管の外周壁内面に近接し、また重い原料物質も遠心力によって外周壁内面に近接するから、外周壁内面近傍でナノ粒子が合成され易い。反応管の外周壁外面にテープヒータ等の加熱手段を配置しておけば、加熱効率の高い外周壁内面近傍で効率的にナノ粒子の合成を行うことができる。また、螺旋流を構成するから、流入端から流出端に到達する時間、即ち反応時間を調節することができ、特に反応管長にも依存するが、螺旋流のピッチ(一回転に進む距離)を調節することによって反応時間を数秒〜数十分にまで可変調整することができる。また、螺旋流は乱流又はやや乱流に近く、物質同士の衝突確率が増大してナノ反応が活発化し、種々のナノ粒子生成反応を効率的に実現することができる。従来例で説明した様な、層流の直管方式や層流の螺旋管方式とは全く異なるものである。
しかも、原料液を供給した分だけ、生成液が流出端から押し出され原料液の供給を連続的に行えば、生成液も連続的に精製できる利点があり、ナノ粒子の大量合成を実現するものである。
According to the tenth aspect of the present invention, a reaction tube filled with a raw material liquid for nanoparticle production in which a raw material substance is mixed in a solvent and / or the raw material liquid is filled, the solvent in the reaction tube, and / Or a temperature controller for controlling the temperature of the raw material liquid to the nanoparticle synthesis temperature; an inflow end of the reaction tube to which the raw material liquid is supplied; and the supplied raw material liquid and the solvent of the reaction tube are mixed. A rotor that forms a spiral flow along the inner surface of the outer peripheral wall of the reaction tube while stirring the raw material liquid, and the nanoparticles are formed by forming nanoparticles from the raw material in the spiral flow. An apparatus for producing nanoparticles can be provided which is constituted from the outflow end of the reaction tube for discharging the product liquid.
The apparatus of this embodiment has been developed in order to realize the method for producing nanoparticles described in the first embodiment. First, a reaction tube filled with the same solvent as the raw material liquid for nanoparticle production in which the raw material is mixed in a solvent is provided, so even if the raw material liquid is supplied to the reaction tube, the combination of the solvent and the raw material does not change at all. First, nanoparticles can be produced. Moreover, when filling the said raw material liquid in the inside of the said reaction tube, the said raw material liquid can be stirred and a spiral flow can be formed and a nanoparticle can be manufactured. In this apparatus, the solvent is simply a solvent, and nanoparticles are synthesized from raw materials in the solvent, and the solvent becomes a kind of liquid raw material, and the solvent and the raw material react to synthesize nanoparticles. Both reactions can be realized. As an example of the former, when the solvent is water and the raw material is a nitrate metal salt / organic substance / reducing agent, there is metal nanoparticles in which the nitrate metal salt is reduced with the reducing agent and organically coated with the organic substance. As an example of the latter, as disclosed in Patent Document 2, when the solvent is alcohol and the raw material is silver carbonate, the alcohol is the solvent and simultaneously acts as a reducing agent / organic substance. There are metal nanoparticles in which the fine silver particles have an organic coating derived from alcohol. Thus, it is an invention of an apparatus that realizes a liquid phase production apparatus for a wide range of nanoparticles.
Moreover, since the temperature controller which heats the said solvent of the said reaction tube and / or the said raw material liquid to the synthesis temperature of a nanoparticle is provided, the temperature inside reaction tube has reached the synthesis temperature. Therefore, when the raw material liquid supplied from the inflow end and the solvent of the reaction tube are mixed, or when the raw material liquid is supplied from the inflow end, the raw material liquid immediately reaches the synthesis temperature, and the conditions under which nanoparticles are generated are To establish. The higher the synthesis temperature, the faster the nanoparticle synthesis rate. If the temperature of the raw material liquid is set to a high temperature at which synthesis does not start, synthesis can be started immediately at the time of mixing.
Further, by the rotation of the rotor, the mixed liquid forms a spiral flow that circulates from the inflow end to the outflow end while circling along the circumferential direction of the inner surface of the outer peripheral wall of the reaction tube. The raw material liquid is brought close to the inner surface of the outer peripheral wall of the reaction tube by the centrifugal force of the spiral flow, and the heavy raw material substance is also brought closer to the inner surface of the outer peripheral wall by the centrifugal force. If heating means such as a tape heater is arranged on the outer peripheral wall outer surface of the reaction tube, nanoparticles can be efficiently synthesized in the vicinity of the inner surface of the outer peripheral wall with high heating efficiency. In addition, since the spiral flow is configured, the time to reach from the inflow end to the outflow end, that is, the reaction time can be adjusted, and the pitch of the spiral flow (distance to advance in one rotation) depends on the length of the reaction tube. By adjusting the reaction time, the reaction time can be variably adjusted from several seconds to several tens of minutes. Further, the spiral flow is close to turbulent flow or somewhat turbulent flow, the probability of collision between substances is increased, and nanoreaction is activated, and various nanoparticle generation reactions can be efficiently realized. This is completely different from the laminar straight pipe system and laminar spiral pipe system as described in the prior art.
In addition, if the product liquid is pushed out from the outflow end by the amount that the raw material liquid is supplied and the raw material liquid is continuously supplied, there is an advantage that the product liquid can also be continuously purified, which realizes mass synthesis of nanoparticles. It is.

本発明の第11の形態によれば、前記反応管の軸芯位置に配置される回転軸と、前記回転軸に相互に離間して固定される1個以上のセパレータと、隣り合うセパレータの間に、又はセパレータと前記反応管の管端との間に形成される区画と、前記区画内の前記回転軸に固定される前記回転子と、前記セパレータの外周縁と前記反応管の前記外周壁内面との間に形成される環状開口部からなり、前記螺旋流は前記環状開口部を通過して環状螺旋流となって前記区画を流通してゆき、前記環状螺旋流の中で前記ナノ粒子が形成されるナノ粒子の製造装置が提供される。
第11形態によれば、前記反応管が前記原料液の流通方向に沿って一つ以上の区画に区分され、各区画はセパレータから次のセパレータまでを範囲とする領域であり、各区画ごとに回転軸には回転子が固定されている。セパレータの外周縁には環状開口部が形成されるから、回転子により駆動される螺旋流は前記環状開口部を通過して環状螺旋流となって前記区画を流通してゆく。即ち、最初の区画の入力側で原料液と反応管内の溶媒は一部混合するが、原料液の殆どは前記環状開口部を通過して最初の区画内に入り、また次の環状開口部から第2の区画に入ると云った手順で、原料液は環状螺旋流となって最後の区画から流出端へと向かう。従って、比較的厚みの薄い連続的な環状螺旋流の中でナノ粒子の合成が起こり、原料液の拡散を抑制できるからほぼ原料液の濃度に従ってナノ粒子が生成されることになる。
最初の環状開口部を通過すると、螺旋流は最初の区画内で一時的に回転しながら滞在し、次の環状開口部を通過すると、螺旋流は次の区画内を回転しながら一時滞在するから、区画の無い螺旋流よりも反応管内の滞在時間が長くなり、ナノ粒子の生成反応時間を一層延長することが可能になる。従って、反応時間は、区画が全く無い場合が最短で、区画の設置個数の増大に連れて長く設定することが可能になる。更に、環状螺旋流を駆動することによって、重量の重い原料物質は螺旋遠心力により前記環状螺旋流の中にとどまり、反応管の外周壁外面に取り付けられた加熱手段により外周壁内面に位置する環状螺旋流は効率的に加熱され、ナノ粒子反応が環状螺旋流内で活発に起こり、ナノ粒子の連続的な大量合成が可能になる。
According to an eleventh aspect of the present invention, a rotating shaft disposed at the axial center position of the reaction tube, one or more separators fixed to the rotating shaft so as to be spaced apart from each other, and adjacent separators Or a partition formed between the separator and the tube end of the reaction tube, the rotor fixed to the rotating shaft in the partition, the outer peripheral edge of the separator, and the outer peripheral wall of the reaction tube An annular opening formed between the inner surface, the spiral flow passes through the annular opening to form an annular spiral flow and flows through the compartment, and the nanoparticles are included in the annular spiral flow. An apparatus for producing nanoparticles in which is formed is provided.
According to the eleventh embodiment, the reaction tube is divided into one or more compartments along the flow direction of the raw material liquid, and each compartment is a region extending from the separator to the next separator, and for each compartment A rotor is fixed to the rotation shaft. Since an annular opening is formed in the outer peripheral edge of the separator, the spiral flow driven by the rotor passes through the annular opening and becomes an annular spiral flow and flows through the compartment. That is, the raw material liquid and the solvent in the reaction tube partially mix on the input side of the first compartment, but most of the raw material liquid passes through the annular opening and enters the first compartment, and from the next annular opening. In the procedure of entering the second section, the raw material liquid becomes an annular spiral flow and travels from the last section to the outflow end. Therefore, synthesis of nanoparticles occurs in a continuous annular spiral flow having a relatively small thickness, and diffusion of the raw material liquid can be suppressed, so that nanoparticles are generated almost according to the concentration of the raw material liquid.
When passing through the first annular opening, the spiral flow stays while temporarily rotating in the first compartment, and when passing through the second annular opening, the spiral flow temporarily stays while rotating within the next compartment. The residence time in the reaction tube is longer than that of the spiral flow without compartments, and it is possible to further extend the nanoparticle production reaction time. Accordingly, the reaction time is the shortest when there are no sections, and can be set longer as the number of sections installed increases. Further, by driving the annular spiral flow, the heavy material material stays in the annular spiral flow by the helical centrifugal force, and the annular member located on the inner surface of the outer peripheral wall by the heating means attached to the outer peripheral wall outer surface of the reaction tube. The spiral flow is heated efficiently, and nanoparticle reactions occur actively in the annular spiral flow, allowing continuous mass synthesis of nanoparticles.

本発明の第12の形態によれば、前記セパレータは、天板部に一個以上のガス抜孔を開口したナノ粒子の製造装置を提供できる。反応管が縦型反応管又は傾斜型反応管の場合に、螺旋流又は環状螺旋流の中でナノ粒子が生成されるときに、生成ガスが発生したり、溶媒が蒸発することがある。これらの生成ガスや蒸発ガスが上昇すると天板部に誘導され、生成ガスや蒸発ガスはガス抜孔から上方に抜けてゆき、最終的には反応管の上部にある冷却装置により液化され、液化しない安全なガスは排気装置により外部に排気されてゆく。前記天板部を傘状に形成し、天板部の中心近傍にガス抜孔を形成すれば、ガスは傘状の天板部の内面に沿って上昇し、ガス抜孔からガスは上方へ抜けやすくなる。   According to the 12th form of this invention, the said separator can provide the manufacturing apparatus of the nanoparticle which opened the 1 or more gas vent hole in the top-plate part. When the reaction tube is a vertical reaction tube or an inclined reaction tube, when nanoparticles are generated in the spiral flow or the annular spiral flow, a generated gas may be generated or the solvent may be evaporated. When these product gas or evaporative gas rises, they are guided to the top plate, and the product gas or evaporative gas escapes upward from the gas vent hole and is finally liquefied by the cooling device at the top of the reaction tube and does not liquefy. Safe gas is exhausted to the outside by the exhaust device. If the top plate portion is formed in an umbrella shape and a gas vent hole is formed near the center of the top plate portion, the gas rises along the inner surface of the umbrella-shaped top plate portion, and the gas easily escapes upward from the gas vent hole. Become.

本発明の第13の形態によれば、前記反応管に供給される前に、前記原料液をナノ粒子が合成されない温度範囲内で事前に予熱する予熱装置が配置されているナノ粒子の製造装置が提供される。この第3の形態によれば、前記原料液はナノ粒子が合成されない温度範囲内で予熱されているから、合成温度に加熱された反応管内の溶媒と、やや温度的には低いがナノ粒子が合成されない程度の高温に設定された原料液とは、原料液の供給により両液の混合が生じても、温度低下は比較的小さく、混合液内でナノ粒子が即時に生成されてゆき、ナノ粒子の生成効率が増大する。予熱温度はナノ粒子反応に依存し、原料液に応じて調整できる。   According to a thirteenth aspect of the present invention, the nanoparticle manufacturing apparatus is provided with a preheating device that preheats the raw material liquid in advance within a temperature range in which the nanoparticles are not synthesized before being supplied to the reaction tube. Is provided. According to the third embodiment, since the raw material liquid is preheated within a temperature range in which nanoparticles are not synthesized, the solvent in the reaction tube heated to the synthesis temperature and the nanoparticles are slightly lower in temperature. The raw material liquid set at a high temperature that is not synthesized is relatively low in temperature even when both liquids are mixed due to the supply of the raw material liquid, and nanoparticles are generated immediately in the mixed liquid, Particle generation efficiency increases. The preheating temperature depends on the nanoparticle reaction and can be adjusted according to the raw material liquid.

本発明の第14の形態によれば、1段以上の前記反応管が直列及び/又は並列して構成され、各反応管の内部の前記螺旋流は下降流、上昇流、傾斜流又は水平流に選択されるナノ粒子の製造装置が提供できる。ナノ粒子の合成密度が1段目の反応管だけでは不十分な場合には、2段目の反応管を直列し、3段目・4段目と直列段数を増加することが可能である。また、ナノ粒子の大量合成では、1段目に複数の反応管を並列し、各反応管で同時並行的にナノ粒子を製造し、2段目に複数の反応管を直列することが可能である。このように、量産目的に応じて、並列数と直列数を調整することができる。また、直列する場合には、1段目が下降流とすると、2段目は上昇流といったように、下降流と上昇流を適宜調整して直列し易い形態を採用できる。また、鉛直方向を縦型、水平方向を横型と定義すると、反応管には、縦型反応管、横型反応管、傾斜型反応管の3形態が存し、配置形態は適宜調整することができる。   According to the fourteenth aspect of the present invention, one or more stages of the reaction tubes are configured in series and / or in parallel, and the spiral flow inside each reaction tube is a downward flow, an upward flow, an inclined flow, or a horizontal flow. An apparatus for producing nanoparticles selected from the above can be provided. When the synthesis density of the nanoparticles is not sufficient only with the first stage reaction tube, the second stage reaction tube can be connected in series to increase the number of series stages with the third and fourth stages. In mass synthesis of nanoparticles, multiple reaction tubes can be arranged in parallel in the first stage, nanoparticles can be produced in parallel in each reaction tube, and multiple reaction tubes can be connected in series in the second stage. is there. Thus, the number of parallel and the number of series can be adjusted according to the purpose of mass production. Further, in the case of serial connection, it is possible to adopt a mode in which the downward flow and the upward flow are appropriately adjusted so that the first step is a downward flow and the second step is an upward flow so that the serial flow is easily adjusted. If the vertical direction is defined as the vertical type and the horizontal direction is defined as the horizontal type, the reaction tube has three types of a vertical reaction tube, a horizontal reaction tube, and an inclined reaction tube, and the arrangement can be adjusted as appropriate. .

本発明の第15の形態によれば、前記原料液の製造装置、前記生成液を製造した後に前記生成液を濃縮して前記ナノ粒子の濃度を増大させる濃縮液の製造装置、及び前記濃縮液を更に乾燥させる濃縮液の乾燥装置のいずれか一つ以上の装置を付加するナノ粒子の連続製造装置が提供できる。本発明では、ナノ粒子を液相法で生成するから、ナノ粒子が分散した生成液が製造され、ナノ粒子の合成装置とは生成液製造装置のことを意味する。液相法でナノ粒子を利用できる形態にするには、原料液製造装置→生成液製造装置→濃縮液製造装置→濃縮液乾燥装置の4装置が必要になる。本発明の要点は生成液製造装置(つまりナノ粒子製造装置)にあり、本形態では、生成液製造装置に原料液製造装置、濃縮液製造装置、濃縮液乾燥装置から一つ以上を付加した連続製造装置が提供される。   According to a fifteenth aspect of the present invention, the raw material liquid manufacturing apparatus, the concentrated liquid manufacturing apparatus that concentrates the generated liquid and increases the concentration of the nanoparticles after manufacturing the generated liquid, and the concentrated liquid An apparatus for continuously producing nanoparticles can be provided to which any one or more of the apparatus for drying a concentrated solution for further drying is added. In the present invention, since the nanoparticles are produced by the liquid phase method, a production liquid in which the nanoparticles are dispersed is produced, and the nanoparticle synthesis apparatus means a production liquid production apparatus. In order to make nanoparticles usable in the liquid phase method, four devices of raw material liquid production apparatus → product liquid production apparatus → concentrated liquid production apparatus → concentrated liquid drying apparatus are required. The gist of the present invention resides in a product liquid production apparatus (that is, a nanoparticle production apparatus). In this embodiment, the production liquid production apparatus is continuously added with at least one of a raw material liquid production apparatus, a concentrate production apparatus, and a concentrated liquid drying apparatus. A manufacturing apparatus is provided.

本発明の第16の形態によれば、第10〜第15形態のいずれかのナノ粒子の製造装置と、前記ナノ粒子の製造装置を電気信号により制御するコンピュータ制御装置と、前記コンピュータ制御装置に保存されたプログラムに従って動作し、前記ナノ粒子の製造装置を自動制御するナノ粒子の自動製造装置が提供できる。第15形態で述べたように、本製造装置の完成形は、原料液製造装置→生成液製造装置→濃縮液製造装置→濃縮液乾燥装置の4装置組合体である。この他に、原料液製造装置→生成液製造装置、生成液製造装置→濃縮液製造装置、生成液製造装置→濃縮液乾燥装置の2装置組合体、原料液製造装置→生成液製造装置→濃縮液製造装置、原料液製造装置→生成液製造装置→濃縮液乾燥装置、生成液製造装置→濃縮液製造装置→濃縮液乾燥装置の3装置組合体が存在する。これらの装置組合体を連続電子制御するために、コンピュータ制御装置を使用する。   According to a sixteenth aspect of the present invention, the nanoparticle production apparatus according to any one of the tenth to fifteenth aspects, a computer control apparatus that controls the nanoparticle production apparatus using an electrical signal, and the computer control apparatus An automatic nanoparticle production apparatus that operates according to a stored program and automatically controls the nanoparticle production apparatus can be provided. As described in the fifteenth embodiment, the completed form of the present manufacturing apparatus is a four-device combination of raw material liquid manufacturing apparatus → product liquid manufacturing apparatus → concentrated liquid manufacturing apparatus → concentrated liquid drying apparatus. In addition to this, a raw material liquid manufacturing apparatus → product liquid manufacturing apparatus, product liquid manufacturing apparatus → concentrated liquid manufacturing apparatus, product liquid manufacturing apparatus → concentrated liquid drying apparatus, two device combination, raw material liquid manufacturing apparatus → product liquid manufacturing apparatus → concentration There are three device combinations: liquid production device, raw material liquid production device → product liquid production device → concentrated liquid drying device, product liquid production device → concentrated liquid production device → concentrated liquid drying device. Computer controllers are used to provide continuous electronic control of these device combinations.

図1は、本発明に係るナノ粒子製造装置の第1実施例の正面図であり、第1反応管(下降流)と第2反応管(上昇流)の直列型ナノ粒子製造装置を示す。FIG. 1 is a front view of a first embodiment of a nanoparticle production apparatus according to the present invention, and shows a series-type nanoparticle production apparatus having a first reaction tube (downflow) and a second reaction tube (upflow). 図2は、本発明に係るナノ粒子製造装置の第2実施例の正面図であり、単一の反応管(下降流)のナノ粒子製造装置を示す。FIG. 2 is a front view of a second embodiment of the nanoparticle production apparatus according to the present invention, and shows a single reaction tube (downflow) nanoparticle production apparatus. 図3は、本発明に係るナノ粒子製造装置の第3実施例の正面図であり、単一の反応管(上昇流)のナノ粒子製造装置を示す。FIG. 3 is a front view of a third embodiment of the nanoparticle production apparatus according to the present invention, and shows a single reaction tube (upflow) nanoparticle production apparatus. 図4は、本発明に係るナノ粒子製造装置に使用されるセパレータの概略図で、(4A)は縦断面図、(4B)は平面図である。FIG. 4 is a schematic view of a separator used in the nanoparticle production apparatus according to the present invention, in which (4A) is a longitudinal sectional view and (4B) is a plan view. 図5は、本発明に係るナノ粒子製造装置に使用される回転子の概略図で、(5A)は縦断面図、(5B)は平面図である。FIG. 5 is a schematic view of a rotor used in the nanoparticle production apparatus according to the present invention, in which (5A) is a longitudinal sectional view and (5B) is a plan view. 図6は、本発明に係るナノ粒子製造装置の第4実施例のブロック図であり、コンピュータ制御された第1反応管と第2反応管を直列したナノ粒子自動製造装置を示す。FIG. 6 is a block diagram of a fourth embodiment of the nanoparticle production apparatus according to the present invention, showing a computer-controlled automatic nanoparticle production apparatus in which a first reaction tube and a second reaction tube are connected in series. 図7は、本発明に係るナノ粒子製造装置の第5実施例のブロック図であり、コンピュータ制御された単一の反応管のナノ粒子自動製造装置を示す。FIG. 7 is a block diagram of a fifth embodiment of the nanoparticle production apparatus according to the present invention, and shows a computer-controlled single-particle nanoparticle automatic production apparatus controlled by a computer. 図8は、図6の第1反応管と第2反応管を示したナノ粒子自動製造装置のブロック図を示す。FIG. 8 shows a block diagram of an automatic nanoparticle production apparatus showing the first reaction tube and the second reaction tube of FIG. 図9は、図7の第1反応管を示したナノ粒子自動製造装置のブロック図を示す。FIG. 9 is a block diagram of the automatic nanoparticle manufacturing apparatus showing the first reaction tube of FIG. 図10は、図7の第2反応管を示したナノ粒子自動製造装置のブロック図を示す。FIG. 10 is a block diagram of the automatic nanoparticle manufacturing apparatus showing the second reaction tube of FIG. 図11は、図6及び図7のナノ粒子自動製造装置に示される原料液製造部の概略説明図である。FIG. 11 is a schematic explanatory diagram of a raw material liquid production unit shown in the nanoparticle automatic production apparatus of FIGS. 6 and 7. 図12は、図6及び図7のナノ粒子自動製造装置に示される生成液濃縮部の概略説明図である。FIG. 12 is a schematic explanatory diagram of a product liquid concentrating unit shown in the nanoparticle automatic manufacturing apparatus of FIGS. 6 and 7. 図13は、図6及び図7のナノ粒子自動製造装置に示される濃縮液乾燥部の概略説明図である。FIG. 13 is a schematic explanatory diagram of the concentrated solution drying unit shown in the automatic nanoparticle production apparatus of FIGS. 6 and 7. 図14は、コンピュータ制御装置の基本制御フロー図である。FIG. 14 is a basic control flowchart of the computer control apparatus. 図15は、コンピュータ制御装置の原料液製造プロセスを示す原料液製造サブルーチンフロー図である。FIG. 15 is a raw material liquid manufacturing subroutine flow chart showing the raw material liquid manufacturing process of the computer controller. 図16は、コンピュータ制御装置の第1反応管におけるナノ粒子合成プロセスを示すナノ粒子合成サブルーチンフロー図である。FIG. 16 is a nanoparticle synthesis subroutine flow chart showing the nanoparticle synthesis process in the first reaction tube of the computer controller. 図17は、コンピュータ制御装置の第2反応管におけるナノ粒子合成プロセスを示すナノ粒子合成サブルーチンフロー図である。FIG. 17 is a nanoparticle synthesis subroutine flow chart showing the nanoparticle synthesis process in the second reaction tube of the computer controller. 図18は、コンピュータ制御装置の生成液濃縮プロセスを示す生成液濃縮サブルーチンフロー図である。FIG. 18 is a product solution concentration subroutine flow chart showing a product solution concentration process of the computer control device. 図19は、コンピュータ制御装置の濃縮液乾燥プロセスを示す濃縮液乾燥サブルーチンフロー図である。FIG. 19 is a concentrate drying subroutine flowchart showing the concentrate drying process of the computer controller. 図20は、従来装置である特許文献1の概略説明図である。FIG. 20 is a schematic explanatory diagram of Patent Document 1 which is a conventional device. 図21(A)・(B)は、従来装置である特許文献2の概略説明図である。FIGS. 21A and 21B are schematic explanatory diagrams of Patent Document 2 which is a conventional device. 図22は、従来装置である特許文献3の概略説明図である。FIG. 22 is a schematic explanatory diagram of Patent Document 3 which is a conventional device.

<第1実施例>
図1は、本発明に係るナノ粒子製造装置の第1実施例の正面図であり、第1反応管30(下降流f)と第2反応管40(上昇流k)の直列型ナノ粒子製造装置を示す。以下の説明では、第1実施例の構成に関する概略を説明した後、各部材の機能を原料液貯留槽14にある原料液18の流通過程に沿って説明する。尚、第1反応管30と第2反応管40において、同一部材又は同様の機能を有する部材には、同じ符号を付しており、一部説明を省略する。また、ナノ粒子は、被覆層の無いナノ粒子のみならず、金属核の周囲に有機被覆層が形成された複合ナノ金属粒子を含み、以下では、複合ナノ金属粒子も単に「ナノ粒子」と称する。
図1に示した第1実施例は、第1反応管30と第2反応管40が直列に接続され、連通する流出端30fと流入端40eを介して、矢印hで示した第1反応管30から第2反応管40の方向にナノ粒子26を含む第1生成液25が流入するよう配設されている。第1反応管30は、連通する反応管頭部30aと反応管胴部30gからなり、この反応管胴部30gの周囲に一個以上の温度制御器22が設けられ、所定の反応温度(合成温度)まで反応管胴部30gに供給される溶媒11や原料液18を加熱することができる。更に、反応管胴部30gは、その上部に電磁バルブ17、ポンプ21及び流入端30eを介して原料液貯留槽14が接続され、この原料液貯留槽14からポンプ21により矢印aの方向に原料液18を流通させて、反応管胴部30gの内部に原料液18を供給する。
第2反応管40は、第1反応管30と同様に、連通する反応管頭部40aと反応管胴部40gからなり、この反応管胴部40gの周囲に一個以上の温度制御器22が設けられ、所定の反応温度(合成温度)まで溶媒11や流入端40eから供給される第1生成液25を加熱することができる。更に、反応管胴部40gは、その上部に接続される流出端40fを介して生成液貯留槽68に連通しており、矢印nの方向に生成液65が流通し、第1反応管30と第2反応管40で生成された生成液65が生成液貯留槽68の内部に貯留される。即ち、第1実施例のナノ粒子製造装置では、原料液貯留槽14の原料液18が直列に接続された第1反応管30と第2反応管40の内部で反応し、その生成液65が生成液貯留槽68の内部に供給されて貯留されるよう構成される。本発明に係るナノ粒子製造装置の第1実施例では、第1反応管30と第2反応管40の各々が回転連結部51を介して回転装置50に連結された回転軸52を具備している。この回転軸52に取付けられたセパレータ31、41と回転子35、45により、第1反応管30に供給される原料液18や第2反応管40に供給される第1生成液25の各螺旋流e、jが形成されることが特徴であり、この点については後述する。
<First embodiment>
FIG. 1 is a front view of a first embodiment of a nanoparticle production apparatus according to the present invention, in which a series of nanoparticle production of a first reaction tube 30 (downflow f) and a second reaction tube 40 (upflow k) is performed. Indicates the device. In the following description, after explaining the outline about the structure of 1st Example, the function of each member is demonstrated along the distribution | circulation process of the raw material liquid 18 in the raw material liquid storage tank 14. FIG. In addition, in the 1st reaction tube 30 and the 2nd reaction tube 40, the same code | symbol is attached | subjected to the same member or the member which has the same function, and a part description is abbreviate | omitted. Further, the nanoparticles include not only nanoparticles without a coating layer but also composite nanometal particles in which an organic coating layer is formed around a metal nucleus. Hereinafter, the composite nanometal particles are also simply referred to as “nanoparticles”. .
In the first embodiment shown in FIG. 1, a first reaction tube 30 and a second reaction tube 40 are connected in series, and a first reaction tube indicated by an arrow h via an outflow end 30f and an inflow end 40e communicating with each other. The first product liquid 25 containing the nanoparticles 26 flows in the direction from 30 to the second reaction tube 40. The first reaction tube 30 is composed of a reaction tube head portion 30a and a reaction tube body portion 30g, and one or more temperature controllers 22 are provided around the reaction tube body portion 30g, and a predetermined reaction temperature (synthesis temperature). The solvent 11 and the raw material liquid 18 which are supplied to the reaction tube body 30g can be heated. Furthermore, the raw material liquid storage tank 14 is connected to the upper part of the reaction tube body 30g via the electromagnetic valve 17, the pump 21 and the inflow end 30e, and the raw material liquid is supplied from the raw material liquid storage tank 14 to the direction of the arrow a by the pump 21. The liquid 18 is circulated, and the raw material liquid 18 is supplied into the reaction tube body 30g.
Similar to the first reaction tube 30, the second reaction tube 40 includes a reaction tube head portion 40a and a reaction tube body portion 40g, and one or more temperature controllers 22 are provided around the reaction tube body portion 40g. Thus, the first product liquid 25 supplied from the solvent 11 or the inflow end 40e can be heated to a predetermined reaction temperature (synthesis temperature). Furthermore, the reaction tube body portion 40g communicates with the product liquid storage tank 68 through an outflow end 40f connected to the upper portion thereof, and the product liquid 65 flows in the direction of the arrow n. The product liquid 65 generated in the second reaction tube 40 is stored in the product liquid storage tank 68. That is, in the nanoparticle production apparatus of the first embodiment, the raw material liquid 18 in the raw material liquid storage tank 14 reacts inside the first reaction tube 30 and the second reaction tube 40 connected in series, and the product liquid 65 is produced. The product liquid storage tank 68 is configured to be supplied and stored. In the first embodiment of the nanoparticle production apparatus according to the present invention, each of the first reaction tube 30 and the second reaction tube 40 includes a rotation shaft 52 connected to the rotation device 50 via a rotation connection portion 51. Yes. Each spiral of the raw material liquid 18 supplied to the first reaction tube 30 and the first product liquid 25 supplied to the second reaction tube 40 by the separators 31 and 41 and the rotors 35 and 45 attached to the rotary shaft 52. A feature is that the streams e and j are formed, which will be described later.

以下、図1に示したナノ粒子製造装置の第1実施例に関し、排気系等、他の部材の説明と共に、各部材の機能を原料液貯留槽14にある原料液18の流通過程に沿って説明する。原料液18は、原料物質を分散及び/又は溶解させた溶媒からなり、原料液18が供給される前に、原料液18に用いられる溶媒と同一の溶媒11が第1反応管30の反応管胴部30gと第2反応管40の反応管胴部40gの内部に充填されている。この溶媒11は、温度制御器22により所定の反応温度まで加熱保持される。温度制御器22による合成温度(加熱温度)は、第1反応管30と第2反応管40で異なっていても良い。例えば、第1反応管30では、原料液18が供給されることから、第2反応管40より加熱温度を高く設定し、原料液18の殆どが反応を終了し、ナノ粒子26が生成され、ナノ粒子26と共に未反応の原料物質を含む第1生成液25が第2反応管に供給される。よって、第2反応管40の温度制御器22による加熱温度は、反応可能であるが、第1反応管30より低く設定され、前記第1生成液25の僅かな未反応部分が反応してナノ粒子が生成されるよう設定される。尚、原料液18は、前述のように、原料物質を溶解・分散させる溶媒が前記溶媒11と同一であり、例えば、原料物質が硝酸金属塩・有機物・還元剤からなる場合、溶媒11として水を用いることができる。また、特許文献2に記載されるように、原料物質が炭酸銀である場合、溶媒11としてアルコールが用いられる。   Hereinafter, regarding the first embodiment of the nanoparticle production apparatus shown in FIG. 1, along with the explanation of other members such as the exhaust system, the function of each member is along the flow process of the raw material liquid 18 in the raw material liquid storage tank 14. explain. The raw material liquid 18 is made of a solvent in which the raw material is dispersed and / or dissolved, and before the raw material liquid 18 is supplied, the same solvent 11 as the solvent used for the raw material liquid 18 is the reaction tube of the first reaction tube 30. The body 30g and the reaction tube body 40g of the second reaction tube 40 are filled inside. The solvent 11 is heated and held up to a predetermined reaction temperature by the temperature controller 22. The synthesis temperature (heating temperature) by the temperature controller 22 may be different between the first reaction tube 30 and the second reaction tube 40. For example, in the first reaction tube 30, since the raw material liquid 18 is supplied, the heating temperature is set higher than in the second reaction tube 40, most of the raw material liquid 18 finishes the reaction, and nanoparticles 26 are generated, A first product liquid 25 containing unreacted raw material together with the nanoparticles 26 is supplied to the second reaction tube. Therefore, although the heating temperature by the temperature controller 22 of the second reaction tube 40 can be reacted, it is set lower than the first reaction tube 30, and a slight unreacted portion of the first product liquid 25 reacts to become nano. Set to generate particles. As described above, in the raw material liquid 18, the solvent for dissolving and dispersing the raw material is the same as the solvent 11. For example, when the raw material is composed of a metal nitrate, an organic substance, and a reducing agent, water is used as the solvent 11. Can be used. Further, as described in Patent Document 2, when the raw material is silver carbonate, alcohol is used as the solvent 11.

次に第1反応管30における原料液18の反応過程について詳細に説明する。先ず、図1に示すように、第1反応管30の反応管胴部30gの内部に溶媒11が充填され、複数の回転子35の羽根36により撹拌されながら、温度制御器22によって所定の反応温度まで均一に加熱される。この反応温度は、原料物質が溶媒と反応を開始する反応開始温度以上であれば良く、原料液18の流下速度に応じて適宜に調整される。また、前記温度制御器22は、反応管胴部30gの周囲に配設されるバンドヒータ等からなる。前記複数の回転子35は、回転装置50に回転接続部51を介して接続された回転軸52に取付けられ、回転装置50の駆動により所定の回転速度で矢印dの方向又は逆方向に回転させることができる。尚、前記回転軸50は、ベアリングやシール等からなる軸受53によって安定に取付けられ、回転接続部51もベアリングやシール等から構成され、第1反応管30の回転機構における密封性が保持される。
原料液18は、原料液貯留槽14で反応開始温度より低い予熱温度まで予熱されると、上述のように、電磁バルブ17が開状態となり、ポンプ21によって流入端30eを矢印a方向に流通し、前記反応温度の溶媒11が撹拌される反応管胴部30gに供給される。反応管胴部30gにおいて、セパレータ31とその下方のセパレータ31の間にある領域を区画39と称し、反応管胴部30gの内部に複数設けられ、この区画39に1つの羽根36を有する回転子35が配設されている。反応管胴部30gの最下部にある区画39は、セパレータ31と反応管胴部30gの底面の間にある領域を区画39としている。従って、原料液18に含まれる原料物質は、反応管胴部30gの下方に直ぐに拡散せず、原料液18は、セパレータ31の外周縁32bと反応管胴部30gの内面との間に形成される環状開口部32dを通過する。原料液18は、溶媒11共に撹拌され、混合されながら環状の螺旋流eを形成することにより前記環状開口部32dを通過する。よって、原料液は、区画39を通過するとき、回転子35により撹拌されて混合され、環状の螺旋流eを形成し、下降流fとして反応温度にある溶媒11と反応しながら流下していく。環状の螺旋流eが形成されるから、遠心力によって重い原料物質が反応管胴部30gの内面に近接し、この内面近傍でナノ粒子が高効率に合成される。更に、環状の螺旋流eを形成することにより、流入端30eから流出端30fに到達する時間、即ち反応時間を調節することができる。反応管胴部30gの長さにも依存するが、区画39の数や回転子35の回転速度等により、螺旋流eのピッチ(一回転に進む距離)を調節することによって反応時間を数秒〜数十分まで可変調整することができる。原料液18は、最初の区画39の入力側で溶媒11と一部混合するが、原料液18の殆どは最初の区画18に入り、下方にある第2の区画39に入り、環状の螺旋流eを保持しながら、流出端30fへと向かう。従って、原料液18の拡散を抑制することができ、ほぼ原料液18の濃度に従ってナノ粒子が生成されることになる。尚、原料物質と溶媒の反応によって発生する生成ガスgは、反応管胴部30gの各区画39において、セパレータ35のガス抜孔32aを通過して上昇し、前記反応管頭部30aで冷却される。冷却機構につては後述する。
Next, the reaction process of the raw material liquid 18 in the first reaction tube 30 will be described in detail. First, as shown in FIG. 1, the solvent 11 is filled in the reaction tube body 30g of the first reaction tube 30, and a predetermined reaction is performed by the temperature controller 22 while being stirred by the blades 36 of the plurality of rotors 35. Heated uniformly to temperature. This reaction temperature only needs to be equal to or higher than the reaction start temperature at which the raw material starts to react with the solvent, and is appropriately adjusted according to the flow rate of the raw material liquid 18. The temperature controller 22 includes a band heater disposed around the reaction tube body 30g. The plurality of rotors 35 are attached to a rotating shaft 52 connected to a rotating device 50 via a rotation connecting portion 51, and are rotated in a direction indicated by an arrow d or a reverse direction at a predetermined rotational speed by driving the rotating device 50. be able to. The rotating shaft 50 is stably attached by a bearing 53 made of a bearing, a seal, and the like, and the rotary connecting portion 51 is also made of a bearing, a seal, etc., and the sealing performance in the rotating mechanism of the first reaction tube 30 is maintained. .
When the raw material liquid 18 is preheated to a preheating temperature lower than the reaction start temperature in the raw material liquid storage tank 14, as described above, the electromagnetic valve 17 is opened, and the pump 21 circulates the inflow end 30e in the direction of arrow a. The solvent 11 at the reaction temperature is supplied to the reaction tube body 30g to be stirred. In the reaction tube body 30g, a region between the separator 31 and the separator 31 below the partition 31 is referred to as a section 39. A plurality of rotors are provided inside the reaction tube body 30g, and each section 39 has one blade 36. 35 is disposed. The section 39 at the lowermost part of the reaction tube body 30g has a region 39 between the separator 31 and the bottom surface of the reaction tube body 30g. Therefore, the raw material contained in the raw material liquid 18 does not diffuse immediately below the reaction tube body 30g, and the raw material liquid 18 is formed between the outer peripheral edge 32b of the separator 31 and the inner surface of the reaction tube body 30g. Pass through the annular opening 32d. The raw material liquid 18 is stirred together with the solvent 11 and passes through the annular opening 32d by forming an annular spiral flow e while being mixed. Therefore, when the raw material liquid passes through the section 39, it is stirred and mixed by the rotor 35 to form an annular spiral flow e, and flows down while reacting with the solvent 11 at the reaction temperature as the downward flow f. . Since the annular spiral flow e is formed, a heavy raw material is brought close to the inner surface of the reaction tube body 30g by centrifugal force, and nanoparticles are synthesized with high efficiency in the vicinity of the inner surface. Furthermore, by forming the annular spiral flow e, the time to reach the outflow end 30f from the inflow end 30e, that is, the reaction time can be adjusted. Although depending on the length of the reaction tube body 30g, the reaction time can be set to several seconds by adjusting the pitch of the spiral flow e (distance to advance in one rotation) according to the number of sections 39, the rotation speed of the rotor 35, and the like. Variable adjustment up to several tens of minutes is possible. The raw material liquid 18 partially mixes with the solvent 11 on the input side of the first compartment 39, but most of the raw material liquid 18 enters the first compartment 18 and enters the second compartment 39 below, and the annular spiral flow While holding e, head toward the outflow end 30f. Therefore, the diffusion of the raw material liquid 18 can be suppressed, and nanoparticles are generated almost according to the concentration of the raw material liquid 18. The product gas g generated by the reaction between the raw material and the solvent rises through the gas vents 32a of the separator 35 in each section 39 of the reaction tube body 30g, and is cooled by the reaction tube head 30a. . The cooling mechanism will be described later.

図1に示した第1実施例では、前述のように、第2反応管40の反応管胴部40gの下部に接続された流入端40eから第1反応液25が供給される。第1反応管30の反応では、ナノ粒子26が生成されるが、第1反応液25に未反応の原料物質が含まれ、第2反応管40で原料物質の反応が完全に又は略完全に終了し、ナノ粒子26を含む生成液65が第2反応管40から生成液貯留槽68に供給されて貯留される。第2反応管40の反応管胴部40gにおいても、反応管胴部40gの底面から中間のセパレータ41までの領域である区画49が形成され、その上方にセパレータ41からセパレータ41までの領域である区画49が形成される。上方の区画49には、撹拌用の羽根46を有する回転子45が回転軸52に取付けられ、矢印rの方向又は逆方向に回転軸45を回転させ、取付けられた回転子45により溶媒11及び第1生成液25を撹拌・混合する。初期の段階で反応管胴部40gには、合成温度(反応温度)まで加熱された溶媒11が充填されており、流入端40eから第1生成液25が供給される。図示していないが、流出端30fと流入端40eの間には、電磁バルブや流量制御装置を配設することができ、より適量の第1生成液25を適宜に供給することが可能である。第2反応管40の反応管胴部40gでは、上昇流kが形成されるが、第1反応管30と同様の機構により環状の螺旋流jが形成される。第2反応管40における回転子45の回転機構は、第1反応管30と同様であり、詳細な説明は省略する。
第2反応管40における反応管胴部40gの内面と、天板部42を有するセパレータ41の外周縁との間に環状開口部42dを有し、この環状開口部42dを通過し、第1反応管30と同様に、上昇流kが区画49において撹拌・混合されることにより、環状の螺旋流jが形成される。よって、遠心力によって重い原料物質が加熱される反応管胴部40gの内面に近接し、この内面近傍でナノ粒子26が高効率に合成され、第1反応管30と第2反応管40において、原料液18がほぼ完全に反応し、ナノ粒子26が生成された生成液65が生成液貯留槽68に供給される。
In the first embodiment shown in FIG. 1, as described above, the first reaction liquid 25 is supplied from the inflow end 40e connected to the lower portion of the reaction tube body 40g of the second reaction tube 40. In the reaction of the first reaction tube 30, nanoparticles 26 are generated, but the unreacted raw material is contained in the first reaction liquid 25, and the reaction of the raw material is completely or almost completely performed in the second reaction tube 40. Then, the product liquid 65 containing the nanoparticles 26 is supplied from the second reaction tube 40 to the product liquid storage tank 68 and stored. Also in the reaction tube body 40g of the second reaction tube 40, a section 49 that is a region from the bottom surface of the reaction tube body 40g to the intermediate separator 41 is formed, and above that is a region from the separator 41 to the separator 41. A compartment 49 is formed. In the upper section 49, a rotor 45 having a stirring blade 46 is attached to a rotating shaft 52, and the rotating shaft 45 is rotated in the direction of arrow r or in the reverse direction. The first product liquid 25 is stirred and mixed. In the initial stage, the reaction tube body 40g is filled with the solvent 11 heated to the synthesis temperature (reaction temperature), and the first product liquid 25 is supplied from the inflow end 40e. Although not shown, an electromagnetic valve and a flow rate control device can be disposed between the outflow end 30f and the inflow end 40e, and a more appropriate amount of the first product liquid 25 can be appropriately supplied. . In the reaction tube body 40g of the second reaction tube 40, an upward flow k is formed, but an annular spiral flow j is formed by the same mechanism as that of the first reaction tube 30. The rotation mechanism of the rotor 45 in the second reaction tube 40 is the same as that of the first reaction tube 30, and detailed description thereof is omitted.
An annular opening 42d is provided between the inner surface of the reaction tube body 40g in the second reaction tube 40 and the outer peripheral edge of the separator 41 having the top plate 42, and passes through the annular opening 42d for the first reaction. Similar to the tube 30, the upward flow k is stirred and mixed in the section 49, thereby forming an annular spiral flow j. Therefore, it is close to the inner surface of the reaction tube body 40g where the heavy raw material is heated by centrifugal force, and the nanoparticles 26 are synthesized with high efficiency in the vicinity of the inner surface. In the first reaction tube 30 and the second reaction tube 40, The raw material liquid 18 reacts almost completely, and the generated liquid 65 in which the nanoparticles 26 are generated is supplied to the generated liquid storage tank 68.

ここでは、前記反応管頭部30a、40aにおける冷却手段について説明する。図1において、上述のように、第1反応管30及び第2反応管40では、溶媒11と同一の溶媒を含む原料液18及び第1生成液25が加熱されるから、前記反応管頭部30a、40aには、蒸発した溶媒11の冷却手段が設けられている。この冷却手段には、生成ガス冷却装置23から入力管23aを介して供給された冷水を流通し、出力管23cから生成ガス冷却装置23に回収する点線で表示される螺旋管23bが配設される。冷却水が循環して螺旋管23bが冷却されるから、反応管胴部30g、40gで蒸発した溶媒11は、螺旋管23bの周囲やその近傍に到達し、熱交換によりその一部が環状受部30b、40bに液化されて滴下する。環状受部30b、40bに貯留された溶媒11は、適宜にドレインバルブ30c、40cから放出・回収される。反応管胴部30g、40gからは、反応に伴って発生する前記生成ガスg、mが反応管頭部30a、40aの内部まで上昇し、この生成ガスg、mも冷却される。例えば、原料物質が炭酸銀であり、溶媒11がアルコールの場合、生成ガスg、mとして炭酸ガスが発生して反応管頭部30a、40aの内部まで上昇する。
第1反応管30及び第2反応管40の各反応管頭部30a、40aでは、圧力計(図示せず)により各圧力P1、P2がモニターされ、且つ排気管24aに接続される排気装置24により各圧力P1、P2が独立に調整可能である。第1反応管30と第2反応管40には、各々、液面計64が設けられ、前記各圧力P1、P2によって液面の高さが制御される。即ち、矢印bで示した各液面計64までの距離が測定され、所定の液面の高さに保つよう排気装置24により各圧力P1、P2が独立に調整され、矢印cの方向に加圧される。液面計64としては、超音波液面計等が用いられ、排気装置24には、圧力制御可能な保圧弁等が用いられる。排気装置24から排気されるガスには、生成ガスgと共に、溶媒11の蒸気が微量に含まれている場合があり、熱交換器等により完全に液化され、除去されることが好ましい。
Here, the cooling means in the reaction tube heads 30a and 40a will be described. In FIG. 1, as described above, in the first reaction tube 30 and the second reaction tube 40, the raw material liquid 18 and the first product liquid 25 containing the same solvent as the solvent 11 are heated. 30a and 40a are provided with a cooling means for the evaporated solvent 11. This cooling means is provided with a spiral tube 23b indicated by a dotted line that circulates cold water supplied from the product gas cooling device 23 through the input tube 23a and collects it from the output tube 23c to the product gas cooling device 23. The Since the cooling water circulates and the spiral tube 23b is cooled, the solvent 11 evaporated in the reaction tube barrels 30g and 40g reaches the periphery of the spiral tube 23b or the vicinity thereof, and a part of the solvent 11 is circularly received by heat exchange. It is liquefied and dripped at the parts 30b and 40b. The solvent 11 stored in the annular receiving portions 30b and 40b is appropriately discharged and collected from the drain valves 30c and 40c. From the reaction tube barrels 30g and 40g, the generated gases g and m generated with the reaction rise to the inside of the reaction tube heads 30a and 40a, and the generated gases g and m are also cooled. For example, when the raw material is silver carbonate and the solvent 11 is alcohol, carbon dioxide gas is generated as the product gas g and m and rises to the inside of the reaction tube heads 30a and 40a.
In each reaction tube head 30a, 40a of the first reaction tube 30 and the second reaction tube 40, each pressure P1, P2 is monitored by a pressure gauge (not shown), and an exhaust device 24 connected to the exhaust tube 24a. Thus, the pressures P1 and P2 can be adjusted independently. The first reaction tube 30 and the second reaction tube 40 are each provided with a liquid level gauge 64, and the height of the liquid level is controlled by the pressures P1 and P2. That is, the distances to the liquid level gauges 64 indicated by arrows b are measured, and the pressures P1 and P2 are independently adjusted by the exhaust device 24 so as to keep the predetermined liquid level, and applied in the direction of the arrow c. Pressed. An ultrasonic liquid level gauge or the like is used as the liquid level gauge 64, and a pressure holding valve or the like that can control the pressure is used as the exhaust device 24. The gas exhausted from the exhaust device 24 may contain a small amount of the vapor of the solvent 11 together with the product gas g, and is preferably completely liquefied and removed by a heat exchanger or the like.

<第2実施例>
図2は、本発明に係るナノ粒子製造装置の第2実施例の正面図であり、単一の反応管(下降流)のナノ粒子製造装置を示す。第2実施例は、反応管が図1に示した第1反応管30のみから構成され、第1実施例との違いは、流出端30fに生成液貯留槽68が接続され、生成液65が貯留される点にある。よって、同一部材には、同一符号を付しており、特別な相違点が無い限り、詳細な説明を省略する。
図2の第2実施例において、原料液18における原料物質と溶媒11の反応は、第1反応管30で完了又はほぼ完了し、ナノ粒子26が生成される。ポンプ21による原料液18の供給流量、回転装置50の回転速度による撹拌状態の調整、温度制御器22による合成温度(加熱温度)の調整、排気装置24による圧力P1の調整等により反応時間を適宜に設定することができ、第1反応管30のみによって原料液18からナノ粒子26が生成され、生成液65が生成液貯留槽68に貯留される。原料液18の下降流が環状の螺旋流e(下降螺旋流ともいう)として撹拌・混合されて流下しながら反応することは、図1に示した第1反応管30と同じであり、これ以上の説明は省略する。
<Second embodiment>
FIG. 2 is a front view of a second embodiment of the nanoparticle production apparatus according to the present invention, and shows a single reaction tube (downflow) nanoparticle production apparatus. In the second embodiment, the reaction tube is composed only of the first reaction tube 30 shown in FIG. 1, and the difference from the first embodiment is that the product liquid storage tank 68 is connected to the outflow end 30f, and the product liquid 65 is It is in the point where it is stored. Therefore, the same reference numerals are given to the same members, and detailed description is omitted unless there is a special difference.
In the second example of FIG. 2, the reaction between the raw material and the solvent 11 in the raw material liquid 18 is completed or almost completed in the first reaction tube 30, and nanoparticles 26 are generated. The reaction time is appropriately determined by adjusting the supply flow rate of the raw material liquid 18 by the pump 21, adjusting the stirring state by the rotation speed of the rotating device 50, adjusting the synthesis temperature (heating temperature) by the temperature controller 22, adjusting the pressure P 1 by the exhaust device 24, etc. The nanoparticles 26 are generated from the raw material liquid 18 only by the first reaction tube 30, and the product liquid 65 is stored in the product liquid storage tank 68. It is the same as that of the first reaction tube 30 shown in FIG. 1 that the downward flow of the raw material liquid 18 is stirred and mixed as an annular spiral flow e (also referred to as a downward spiral flow) and flows down. Description of is omitted.

<第3実施例>
図3は、本発明に係るナノ粒子製造装置の第3実施例の正面図であり、単一の反応管(上昇流)のナノ粒子製造装置を示す。第3実施例は、反応管が図1に示した第2反応管40のみから構成され、第1実施例との違いは、第2反応管40の底面に、電磁バルブ17とポンプ21を介して原料液貯留槽14が接続され、この原料液貯留槽14から原料液18が第2反応管40の下部から供給される点にある。同様に、同一部材には同一符号を付しており、詳細な説明は省略する。
図3の第3実施例において、原料液18は、直接、第2反応管40に供給され、ポンプによって上昇流k(上昇環状螺旋流ともいう)が形成されるが、図1に示した第2反応管40と同様に、各区画49において上昇する環状の螺旋流j(上昇螺旋流)が形成される。第3実施例では、原料液18における原料物質と溶媒11の反応が第2反応管40で完了又はほぼ完了し、ナノ粒子26が生成される。第2実施例と同様に、ポンプ21による原料液18の供給流量、回転装置50の回転速度による撹拌状態の調整、温度制御器22による合成温度(加熱温度)の調整、排気装置24による圧力P1の調整等により反応時間を適宜に設定することができ、第1反応管30のみよって原料液18に含まれる原料物質からナノ粒子26が生成され、このナノ粒子26を含む生成液65が生成液貯留槽に供給されて貯留される。原料液18の上昇流kが環状の螺旋流j(上昇螺旋流ともいう)として撹拌・混合されて上昇しながら反応することは、図1に示した第2反応管40と同じであり、これ以上の説明は省略する。
<Third embodiment>
FIG. 3 is a front view of a third embodiment of the nanoparticle production apparatus according to the present invention, and shows a single reaction tube (upflow) nanoparticle production apparatus. In the third embodiment, the reaction tube is composed only of the second reaction tube 40 shown in FIG. 1, and the difference from the first embodiment is that the bottom of the second reaction tube 40 is connected to the bottom of the second reaction tube 40 via the electromagnetic valve 17 and the pump 21. The raw material liquid storage tank 14 is connected, and the raw material liquid 18 is supplied from the lower part of the second reaction tube 40 from the raw material liquid storage tank 14. Similarly, the same members are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In the third embodiment of FIG. 3, the raw material liquid 18 is directly supplied to the second reaction tube 40, and an upward flow k (also referred to as an upward annular spiral flow) is formed by the pump. As in the case of the two reaction tubes 40, an annular spiral flow j (ascending spiral flow) that rises in each section 49 is formed. In the third embodiment, the reaction between the raw material and the solvent 11 in the raw material liquid 18 is completed or almost completed in the second reaction tube 40, and the nanoparticles 26 are generated. Similar to the second embodiment, the supply flow rate of the raw material liquid 18 by the pump 21, the adjustment of the stirring state by the rotation speed of the rotating device 50, the adjustment of the synthesis temperature (heating temperature) by the temperature controller 22, the pressure P1 by the exhaust device 24 The reaction time can be appropriately set by adjusting the amount of the liquid, and the nanoparticles 26 are generated from the raw material contained in the raw material liquid 18 only by the first reaction tube 30, and the generated liquid 65 containing the nanoparticles 26 is generated as the generated liquid. It is supplied to the storage tank and stored. It is the same as the second reaction tube 40 shown in FIG. 1 that the upward flow k of the raw material liquid 18 is stirred and mixed as an annular spiral flow j (also referred to as upward spiral flow) and reacted while rising. The above description is omitted.

図4は、本発明に係るナノ粒子製造装置に使用されるセパレータ31(41)の概略図で、(4A)は縦断面図、(4B)は平面図である。図1〜図3に示したセパレータ31、41は同じ構造を有し、「セパレータ」には、符号31(41)を付し、同様に、図1の第1反応管30と第2反応管40とで同一であることから、括弧内に第2反応管40の符号を示している。セパレータ31(41)は、天板部32(42)と環状部33(43)からなり、環状部33(43)が締付けボルト34(44)によって回転軸52に固定され、セパレータ31(41)が回転軸52と共に矢印d(r)の方向に回転する。前述のように、天板部32には、ガス抜孔32a(42a)が設けられ、反応において発生する生成ガスを上方に放出することが可能である。発生する生成ガスの量や供給される原料液に応じて、ガス抜孔32a(42a)の大きさと個数が調節される。また、天板部32(42)の外周縁32b(42b)と反応管30(40)の外周壁30h(40h)の間には環状開口部32d(42d)が形成されており、この環状開口部部32d(42d)を通過して上昇流k(又は上昇環状螺旋流ともいう)又は下降流f(又は下降環状螺旋流)が流通する。   FIG. 4 is a schematic view of a separator 31 (41) used in the nanoparticle production apparatus according to the present invention, (4A) is a longitudinal sectional view, and (4B) is a plan view. The separators 31 and 41 shown in FIGS. 1 to 3 have the same structure, and the “separator” is denoted by reference numeral 31 (41). Similarly, the first reaction tube 30 and the second reaction tube in FIG. 40, the symbol of the second reaction tube 40 is shown in parentheses. The separator 31 (41) includes a top plate portion 32 (42) and an annular portion 33 (43). The annular portion 33 (43) is fixed to the rotating shaft 52 by a fastening bolt 34 (44), and the separator 31 (41). Rotates together with the rotating shaft 52 in the direction of the arrow d (r). As described above, the top plate portion 32 is provided with the gas vent holes 32a (42a), and the generated gas generated in the reaction can be discharged upward. The size and number of the gas vent holes 32a (42a) are adjusted according to the amount of generated gas generated and the raw material liquid to be supplied. An annular opening 32d (42d) is formed between the outer peripheral edge 32b (42b) of the top plate 32 (42) and the outer peripheral wall 30h (40h) of the reaction tube 30 (40). The upward flow k (or ascending annular spiral flow) or the downward flow f (or downward annular spiral flow) flows through the portion 32d (42d).

図5は、本発明に係るナノ粒子製造装置に使用される回転子35(45)の概略図で、(5A)は縦断面図、(5B)は平面図である。図4と同様に、図1〜3に示した第1反応管30と第2反応管40で回転子35、45は同じ構造を有し、括弧内に第2反応管40の符号を示している。回転子35(45)は、羽根36(46)と環状部37(47)からなり、環状部37(47)が締付けボルト38(48)によって回転軸52に固定され、羽根36(46)が回転軸52と共に回転し、溶媒や原料液等が撹拌・混合される。   FIG. 5 is a schematic view of a rotor 35 (45) used in the nanoparticle production apparatus according to the present invention, in which (5A) is a longitudinal sectional view and (5B) is a plan view. 4, the rotors 35 and 45 have the same structure in the first reaction tube 30 and the second reaction tube 40 shown in FIGS. 1 to 3, and the reference numerals of the second reaction tube 40 are shown in parentheses. Yes. The rotor 35 (45) includes a blade 36 (46) and an annular portion 37 (47). The annular portion 37 (47) is fixed to the rotating shaft 52 by a fastening bolt 38 (48), and the blade 36 (46) is provided. It rotates with the rotating shaft 52, and a solvent, a raw material liquid, etc. are stirred and mixed.

<第4実施例>
図6は、本発明に係るナノ粒子製造装置の第4実施例のブロック図であり、コンピュータ制御された第1反応管30と第2反応管40を直列したナノ粒子自動製造装置1を示す。ナノ粒子自動製造装置1は、コンピュータ制御装置2、原料液製造部10、ナノ粒子製造部20、生成液濃縮部70及び濃縮液乾燥部90からなり、コンピュータ制御装置2と端子Q1〜Q4によって接続されている。即ち、原料液製造部10、ナノ粒子製造部20、生成液濃縮部70及び濃縮液乾燥部90の端子Q1〜Q4の夫々は、I/Oポート8の端子Q1〜Q4の夫々に対応して接続されており、コンピュータ制御装置2によって自動制御され、ナノ粒子を自動的に且つ連続的又は断続的に製造することができる。
コンピュータ制御装置2は、プログラムが記録されたROM3、演算を行うCPU4、演算された結果を入出力するRAM5、外部より設定値や運転モード等を入力するINPUT6、計測データや運転状態を出力するOUTPUT7及びCPU4に対してデータを入出力し、INPUT6されたデータをデジタル信号に変換し、各計測データをOUTPUT7に出力するI/Oポート8から構成される。このI/Oポート8に接続された端子Q1〜Q4を介して、コンピュータ制御装置2の端子Q1〜Q4の夫々が、原料液製造部10の端子Q1、ナノ粒子製造部20の端子Q2、生成液濃縮部70の端子Q3及び濃縮液乾燥部90の端子Q4に接続される。外部より設定値や運転モードをOUTPUT7から入力すると、CPU4の演算によりI/Oポート8から各端子Q1〜Q4を介して命令が出力され、各部から各端子Q1〜Q4を介してI/Oポート8にフィードバックされ、CPU4に出力される。従って、INPUT6から設定値や運転モードを入力すれば、自動的にナノ粒子が製造され、OUTPUT7によりナノ粒子自動製造装置1の運転状況をモニターすることができる。コンピュータ制御装置2には、市販のパーソナルコンピュータとI/OポートやPID制御装置又はそれらを組み合わせて使用することができる。
<Fourth embodiment>
FIG. 6 is a block diagram of a fourth embodiment of the nanoparticle production apparatus according to the present invention, and shows a nanoparticle automatic production apparatus 1 in which a computer-controlled first reaction tube 30 and second reaction tube 40 are connected in series. The nanoparticle automatic manufacturing apparatus 1 includes a computer control device 2, a raw material liquid manufacturing unit 10, a nanoparticle manufacturing unit 20, a product liquid concentrating unit 70, and a concentrated liquid drying unit 90, and is connected to the computer control device 2 by terminals Q1 to Q4. Has been. That is, the terminals Q1 to Q4 of the raw material liquid production unit 10, the nanoparticle production unit 20, the product liquid concentration unit 70, and the concentrated liquid drying unit 90 correspond to the terminals Q1 to Q4 of the I / O port 8, respectively. Connected and automatically controlled by the computer controller 2, the nanoparticles can be manufactured automatically and continuously or intermittently.
The computer control device 2 includes a ROM 3 in which a program is recorded, a CPU 4 that performs calculation, a RAM 5 that inputs and outputs a calculation result, an INPUT 6 that inputs a set value and an operation mode from the outside, and an OUTPUT 7 that outputs measurement data and an operation state. And an I / O port 8 that inputs / outputs data to / from the CPU 4, converts INPUT 6 data into digital signals, and outputs each measurement data to the OUTPUT 7. Via the terminals Q1 to Q4 connected to the I / O port 8, the terminals Q1 to Q4 of the computer control device 2 are generated as a terminal Q1 of the raw material liquid manufacturing unit 10 and a terminal Q2 of the nanoparticle manufacturing unit 20, respectively. It is connected to the terminal Q3 of the liquid concentrating unit 70 and the terminal Q4 of the concentrated liquid drying unit 90. When a set value or operation mode is input from the OUTPUT 7 from the outside, a command is output from the I / O port 8 via the terminals Q1 to Q4 by calculation of the CPU 4, and from each part the I / O port via the terminals Q1 to Q4 Is fed back to 8 and output to the CPU 4. Therefore, if a set value or an operation mode is input from INPUT 6, nanoparticles are automatically manufactured, and the operation status of the automatic nanoparticle manufacturing apparatus 1 can be monitored by OUTPUT 7. The computer control device 2 can be a commercially available personal computer, an I / O port, a PID control device, or a combination thereof.

図6の原料液製造部10は、溶媒11と原料物質12が供給されて原料液を製造する原料液製造機13と、この原料液製造装置13の原料液を冷却する冷却装置15と、この原料液を貯留し、予熱装置16によって反応開始温度以下の所定温度まで原料液が予熱される原料液貯留槽14から構成される。この原料液貯留槽14は、図1〜3に記載されており、同様の機能を有する。前記原料液製造機13は、溶媒11に原料物質12を分散・混合・溶解させる。前記原料液製造機13は、ビーズミル装置やミキサ等からなり、例えば、ビーズミル装置では、凝集した原料物質が溶媒中で微小なビーズ粒子により一様に粉砕され、溶媒に分散される。
コンピュータ制御装置2からの指令により、原料液製造機13が駆動し、自動的に溶媒11と原料物質12が設定された所定流量で原料液製造機13に供給され、溶媒11に原料物質12が分散・混合・溶解された原料液が製造される。同時に、冷却装置15が駆動されており、原料液が反応を起こさないよう冷却されながら、原料液が製造される。所定時間で生成された原料液は、原料貯留槽18に供給され、予熱装置16により反応開始温度以下の所定温度に保持される。例えば、原料物質が炭酸銀、溶媒がアルコールの場合、約60℃に保持される。所定の予熱温度の原料液が所定量貯留され、原料液が供給可能であることがコンピュータ制御装置2に送信される。
The raw material liquid production unit 10 in FIG. 6 is supplied with a solvent 11 and a raw material substance 12 to produce a raw material liquid, a raw material liquid production machine 13, a cooling device 15 that cools the raw material liquid of the raw material liquid production apparatus 13, The raw material liquid is stored, and is constituted by a raw material liquid storage tank 14 in which the raw material liquid is preheated to a predetermined temperature not higher than the reaction start temperature by the preheating device 16. This raw material liquid storage tank 14 is described in FIGS. 1 to 3 and has a similar function. The raw material liquid production machine 13 disperses, mixes and dissolves the raw material 12 in the solvent 11. The raw material liquid production machine 13 includes a bead mill device, a mixer, and the like. For example, in the bead mill device, the aggregated raw material is uniformly pulverized with fine bead particles in a solvent and dispersed in the solvent.
In response to a command from the computer control device 2, the raw material liquid production machine 13 is driven, and the solvent 11 and the raw material substance 12 are automatically supplied to the raw material liquid production machine 13 at a predetermined flow rate, and the raw material substance 12 is supplied to the solvent 11. Dispersed / mixed / dissolved raw material liquid is produced. At the same time, the cooling device 15 is driven, and the raw material liquid is manufactured while being cooled so that the raw material liquid does not react. The raw material liquid generated in a predetermined time is supplied to the raw material storage tank 18 and is held at a predetermined temperature below the reaction start temperature by the preheating device 16. For example, when the raw material is silver carbonate and the solvent is alcohol, the temperature is maintained at about 60 ° C. A predetermined amount of a raw material liquid having a predetermined preheating temperature is stored, and the fact that the raw material liquid can be supplied is transmitted to the computer control device 2.

図6において、ナノ粒子製造部20は、図1に示した第1実施例の構成の殆どを含んでおり、第1反応管30、第2反応管40及び生成液貯留槽68と、これらに付設されるポンプ21、加熱装置(温度制御器)22、生成ガス冷却装置23、排気装置24、回転装置50及び電磁バルブ69については、図1で説明しており、その詳細については、説明を省略する。
第1反応管30及び第2反応管40に溶媒11が事前に充填されており、加熱装置(温度制御器)22、生成ガス冷却装置23、排気装置24及び回転装置50が駆動される。第1反応管30及び第2反応管40の溶媒11の温度が反応温度に到達し、液面が所定の高さにあり、保圧弁を有する排気装置24により圧力が所定値以下に保持されていることがQ2からコンピュータ制御装置2に送信される。即ち、ナノ粒子製造部20に原料液を供給することが可能であることがコンピュータ制御装置2に送信され、ポンプ21が駆動し、原料液製造部10の電磁バルブ17を開状態とする信号が送信される。尚、連続運転では、原料液が連続的に製造され、第1反応菅30への供給量と同量の原料液が製造されるから、電磁バルブ17は連続運転において、ほぼ常時開状態が保持され、原料液の供給量はポンプ21により所定値に保持される。ナノ粒子製造部20における反応過程は、図1の説明に記載したように、第1反応管30と第2反応管で環状螺旋流が形成されて加熱されることによって、ナノ粒子が生成され、ナノ粒子を含む溶媒からなる生成液が生成液貯留槽68に貯留される。
ここで、第1反応管と第2反応管の温度、蒸気圧、液面の高さが計測され、Q2を介してコンピュータ制御装置2に送信され、フィードバック制御により、加熱装置22、生成ガス冷却装置23、排気装置24に制御信号が送信され、前記温度、蒸気圧及び液面の高さが自動的に調整され、常時、OUTPUT7により管理者がモニターすることができる。
更に、ナノ粒子製造部20には液化装置60が設けられており、コンピュータ制御装置2により制御される。排気装置24から排気されるガスは、反応によって発生した生成ガスと共に、生成ガス冷却装置23によって完全には除去されなかった溶媒11の蒸気を含んでおり、この蒸気が熱交換器等からなる液化装置60により液化される。例えば、溶媒11は、アルコールや水などからなり、これらの物質は、完全に液化可能である。従って、排気装置34から排気されるガスは、溶媒11と生成ガスに分離され、安全ガス大気放出66により生成ガスが放出され、溶媒回収67により溶媒11が回収される。
In FIG. 6, the nanoparticle production unit 20 includes most of the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, and includes the first reaction tube 30, the second reaction tube 40, the product liquid storage tank 68, and the like. The attached pump 21, heating device (temperature controller) 22, generated gas cooling device 23, exhaust device 24, rotating device 50 and electromagnetic valve 69 are described in FIG. 1, and the details thereof are described. Omitted.
The first reaction tube 30 and the second reaction tube 40 are filled with the solvent 11 in advance, and the heating device (temperature controller) 22, the product gas cooling device 23, the exhaust device 24, and the rotating device 50 are driven. The temperature of the solvent 11 in the first reaction tube 30 and the second reaction tube 40 reaches the reaction temperature, the liquid level is at a predetermined height, and the pressure is kept below a predetermined value by the exhaust device 24 having a pressure holding valve. Is transmitted from Q2 to the computer controller 2. That is, the fact that it is possible to supply the raw material liquid to the nanoparticle manufacturing unit 20 is transmitted to the computer control device 2, and the pump 21 is driven to generate a signal for opening the electromagnetic valve 17 of the raw material liquid manufacturing unit 10. Sent. In the continuous operation, since the raw material liquid is continuously manufactured and the same amount of raw material liquid as the amount supplied to the first reaction tank 30 is manufactured, the electromagnetic valve 17 is kept almost always open in the continuous operation. The supply amount of the raw material liquid is maintained at a predetermined value by the pump 21. As described in the explanation of FIG. 1, the reaction process in the nanoparticle manufacturing unit 20 is formed by forming an annular spiral flow in the first reaction tube 30 and the second reaction tube and heating, thereby generating nanoparticles. A product liquid composed of a solvent containing nanoparticles is stored in the product liquid storage tank 68.
Here, the temperature, vapor pressure, and liquid level of the first reaction tube and the second reaction tube are measured and transmitted to the computer control device 2 via Q2, and the heating device 22 and product gas cooling are performed by feedback control. A control signal is transmitted to the device 23 and the exhaust device 24, and the temperature, vapor pressure, and liquid level are automatically adjusted, and the administrator can always monitor by the OUTPUT7.
Further, the nanoparticle manufacturing unit 20 is provided with a liquefaction device 60, which is controlled by the computer control device 2. The gas exhausted from the exhaust device 24 contains the vapor of the solvent 11 that has not been completely removed by the product gas cooling device 23 together with the product gas generated by the reaction, and this vapor is liquefied by a heat exchanger or the like. It is liquefied by the device 60. For example, the solvent 11 is made of alcohol or water, and these substances can be completely liquefied. Accordingly, the gas exhausted from the exhaust device 34 is separated into the solvent 11 and the product gas, the product gas is released by the safety gas atmospheric release 66, and the solvent 11 is recovered by the solvent recovery 67.

図6の生成液濃縮部70は、生成液濃縮装置80、濃縮液貯留槽75、排気装置71、液化装置72、溶媒回収73、安全ガス大気放出74及び電磁バルブ76から構成され、端子Q3を介してコンピュータ制御装置2から制御信号が送信され、測定値や運転状態がフィードバックされる。前記ナノ粒子製造部20において、生成液貯留槽68に所定量の生成液が貯留されると電磁バルブ69が開状態となり、生成液濃縮装置80に生成液が供給される。この段階で生成液濃縮装置80は、生成液を供給することが可能な状態に設定されており、生成液から溶媒11が除去されて生成液を濃縮し、ナノ粒子濃度を増加させた濃縮液が得られる。この濃縮液は、生成液濃縮装置80から濃縮液貯留槽75に供給され貯留され、所定量が貯留されると電磁バルブ76が開状態となり、濃縮液乾燥部90に供給される。生成液濃縮装置80の具体例は後述する。この生成液濃縮装置80に接続された排気装置71により、溶媒11を含んだ生成ガスが液化装置72に流通し、液化装置72で溶媒11が液化される。この溶媒11は溶媒回収11で回収され、溶媒11が除去された生成ガスが安全ガス大気放出74により大気放出される。
濃縮液乾燥部90は、濃縮液乾燥装置91、溶媒回収92及びナノ粒子回収93から構成され、端子Q4を介してコンピュータ制御装置2により制御される。濃縮乾燥装置91では、濃縮液に含まれる溶媒11を更に除去して、乾燥状態を形成し、ナノ粒子回収93によりナノ粒子が回収される。乾燥により除去された溶媒11は溶媒回収92により回収される。
The product liquid concentrating unit 70 in FIG. 6 includes a product liquid concentrating device 80, a concentrating liquid storage tank 75, an exhaust device 71, a liquefying device 72, a solvent recovery 73, a safety gas atmospheric discharge 74, and an electromagnetic valve 76, and a terminal Q3 A control signal is transmitted from the computer control device 2 via this, and a measured value and an operating state are fed back. In the nanoparticle manufacturing unit 20, when a predetermined amount of product liquid is stored in the product liquid storage tank 68, the electromagnetic valve 69 is opened, and the product liquid is supplied to the product liquid concentrating device 80. At this stage, the product liquid concentrating device 80 is set in a state in which the product liquid can be supplied, and the solvent 11 is removed from the product liquid to concentrate the product liquid and increase the nanoparticle concentration. Is obtained. This concentrated liquid is supplied and stored from the product liquid concentrating device 80 to the concentrated liquid storage tank 75, and when a predetermined amount is stored, the electromagnetic valve 76 is opened and supplied to the concentrated liquid drying unit 90. A specific example of the product liquid concentrating device 80 will be described later. By the exhaust device 71 connected to the product liquid concentrating device 80, the product gas containing the solvent 11 flows to the liquefying device 72, and the solvent 11 is liquefied by the liquefying device 72. The solvent 11 is recovered by the solvent recovery 11, and the product gas from which the solvent 11 has been removed is released into the atmosphere by a safe gas release 74.
The concentrate drying unit 90 includes a concentrate drying device 91, a solvent recovery 92, and a nanoparticle recovery 93, and is controlled by the computer control device 2 via a terminal Q4. In the concentration drying apparatus 91, the solvent 11 contained in the concentrate is further removed to form a dry state, and the nanoparticles are recovered by the nanoparticle recovery 93. The solvent 11 removed by drying is recovered by a solvent recovery 92.

<第5実施例>
図7は、本発明に係るナノ粒子製造装置の第5実施例のブロック図であり、コンピュータ制御された単一の反応管30(40)のナノ粒子自動製造装置を示す。図7において、図6と同一の部材には、同一の符号を付しており、一部説明を省略する。更に、図7の第5実施例は、ナノ粒子製造部20を除き、図6の第4実施例と同一であり、同一の動作をすることから、ナノ粒子製造部20について説明する。
図7のナノ粒子製造部20では、図2及び図3に示したように、反応菅30(40)が単一であり、図2の第1反応菅30又は図3の第2反応菅40が配設される。よって、反応過程及び反応菅30(40)以外の動作は、図6の第4実施例と同一であり、説明を省略する。図7のナノ粒子製造部20において、反応菅30(40)が単一であるため、図2及び図3の実施例に関して説明したように、単一の反応菅30(40)でナノ粒子の生成が行わる。それに応じて、温度制御器22による合成温度(即ち加熱温度)、ポンプ21による原料液貯留槽14からの供給量及び回転装置50による攪拌速度が調整され、単一の反応菅30(40)でナノ粒子の生成が完了するよう、反応速度及び反応時間がコンピュータ制御装置2により制御される。
<Fifth embodiment>
FIG. 7 is a block diagram of a fifth embodiment of the nanoparticle production apparatus according to the present invention, showing a computer-controlled automatic nanoparticle production apparatus for a single reaction tube 30 (40). In FIG. 7, the same members as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and a part of the description is omitted. Furthermore, since the fifth embodiment of FIG. 7 is the same as the fourth embodiment of FIG. 6 except for the nanoparticle manufacturing section 20, the nanoparticle manufacturing section 20 will be described.
In the nanoparticle production unit 20 of FIG. 7, as shown in FIGS. 2 and 3, the reaction tank 30 (40) is single, and the first reaction tank 30 of FIG. 2 or the second reaction tank 40 of FIG. Is disposed. Therefore, the operations other than the reaction process and the reaction tank 30 (40) are the same as those in the fourth embodiment shown in FIG. In the nanoparticle production unit 20 of FIG. 7, since the reaction basket 30 (40) is single, as described with respect to the embodiment of FIGS. 2 and 3, the single reaction basket 30 (40) Generation takes place. Accordingly, the synthesis temperature (ie, heating temperature) by the temperature controller 22, the supply amount from the raw material liquid storage tank 14 by the pump 21, and the stirring speed by the rotating device 50 are adjusted, and a single reaction tank 30 (40) is used. The reaction rate and reaction time are controlled by the computer controller 2 so that the production of nanoparticles is completed.

図8は、図6の第1反応管と第2反応管を示したナノ粒子自動製造装置のブロック図を示す。図8は、図1に示した第1実施例に基づいて、図6のナノ粒子自動製造装置のブロック図と実質的に同一である。構成及びその動作の説明は、図1及び図6の説明と実質的に同一であるためほぼ省略する。一部説明しておくと、原料液貯留槽14には予熱装置16及び原料液製造機13が付設されており、原料液製造機13に溶媒11と原料物質12が供給される。排気装置24には、液化装置60が付設され、溶媒11と生成ガスを分離し、安全ガス大気放出66により生成ガスを大気放出し、溶媒11を溶媒回収67で回収する。生成液貯留槽68には、電磁バルブ69を介して生成液濃縮装置80が付設され、この生成液濃縮装置80からは、濃縮液が濃縮液貯留槽75に供給され、濃縮液が濃縮液乾燥装置91で乾燥されてナノ粒子回収91により回収される。濃縮液乾燥装置91で除去される溶媒11は、溶媒回収92にて回収される。   FIG. 8 shows a block diagram of an automatic nanoparticle production apparatus showing the first reaction tube and the second reaction tube of FIG. FIG. 8 is substantially the same as the block diagram of the automatic nanoparticle production apparatus of FIG. 6 based on the first embodiment shown in FIG. The description of the configuration and its operation is substantially the same as the description of FIGS. To explain in part, the raw material liquid storage tank 14 is provided with a preheating device 16 and a raw material liquid production machine 13, and the raw material liquid production machine 13 is supplied with the solvent 11 and the raw material substance 12. The exhaust device 24 is provided with a liquefying device 60, which separates the solvent 11 and the generated gas, releases the generated gas to the atmosphere by the safety gas atmospheric release 66, and recovers the solvent 11 by the solvent recovery 67. A product liquid concentrating device 80 is attached to the product liquid storage tank 68 via an electromagnetic valve 69, from which the concentrate is supplied to the concentrate storage tank 75, and the concentrated liquid is concentrated liquid dried. It is dried by the apparatus 91 and recovered by the nanoparticle recovery 91. The solvent 11 removed by the concentrated liquid drying device 91 is recovered by a solvent recovery 92.

図9は、図7の第1反応管を示したナノ粒子自動製造装置のブロック図を示す。図9は、図2に示した第2実施例に基づいて、図7のナノ粒子自動製造装置のブロック図と実質的に同一である。構成及びその動作の説明は、図2、図7及び図8の説明と実質的に同一であるためほぼ省略する。一部説明しておくと、図2の第1反応菅30の流入側では、原料液貯留槽14に予熱装置16及び原料液製造機13が付設され、第1反応菅30の流出側では、生成液貯留槽68に電磁バルブ69を介して生成液濃縮装置80が付設されている。また、排気装置24には、液化装置60が付設され、溶媒11と生成ガスを分離し、安全ガス大気放出66から生成ガスを大気放出し、溶媒11を溶媒回収67で回収する。他の構成や動作は、図8と同一であるため、これ以上の説明は省略する。   FIG. 9 is a block diagram of the automatic nanoparticle manufacturing apparatus showing the first reaction tube of FIG. FIG. 9 is substantially the same as the block diagram of the automatic nanoparticle manufacturing apparatus of FIG. 7 based on the second embodiment shown in FIG. The description of the configuration and the operation thereof is substantially the same as the description of FIG. 2, FIG. 7, and FIG. To explain in part, on the inflow side of the first reaction tank 30 in FIG. 2, the preheating device 16 and the raw material liquid production machine 13 are attached to the raw material liquid storage tank 14, and on the outflow side of the first reaction tank 30, A product liquid concentrating device 80 is attached to the product liquid storage tank 68 via an electromagnetic valve 69. Further, the exhaust device 24 is provided with a liquefying device 60, which separates the solvent 11 and the generated gas, releases the generated gas from the safe gas atmospheric release 66, and recovers the solvent 11 by the solvent recovery 67. Other configurations and operations are the same as those in FIG. 8, and thus further description is omitted.

図10は、図7の第2反応管を示したナノ粒子自動製造装置のブロック図を示す。図10は、図3に示した第3実施例に基づいて、図7のナノ粒子自動製造装置のブロック図と実質的に同一である。構成及びその動作の説明は、図3、図7及び図9の説明と実質的に同一であるためほぼ省略する。一部説明しておくと、図3の第2反応菅30の流入側では、原料液貯留槽14に予熱装置16及び原料液製造機13が付設され、第2反応菅30の流出側では、生成液貯留槽68に電磁バルブ69を介して生成液濃縮装置80が付設されている。また、排気装置24には、液化装置60が付設され、溶媒11と生成ガスを分離し、安全ガス大気放出66から生成ガスを大気放出し、溶媒11を溶媒回収67で回収する。他の構成や動作は、図9と同一であるため、これ以上の説明は省略する。   FIG. 10 is a block diagram of the automatic nanoparticle manufacturing apparatus showing the second reaction tube of FIG. FIG. 10 is substantially the same as the block diagram of the automatic nanoparticle manufacturing apparatus of FIG. 7 based on the third embodiment shown in FIG. The description of the configuration and its operation is substantially the same as the description of FIG. 3, FIG. 7, and FIG. To explain in part, on the inflow side of the second reaction tank 30 of FIG. 3, the preheating device 16 and the raw material liquid production machine 13 are attached to the raw material liquid storage tank 14, and on the outflow side of the second reaction tank 30, A product liquid concentrating device 80 is attached to the product liquid storage tank 68 via an electromagnetic valve 69. Further, the exhaust device 24 is provided with a liquefying device 60, which separates the solvent 11 and the generated gas, releases the generated gas from the safe gas atmospheric release 66, and recovers the solvent 11 by the solvent recovery 67. Other configurations and operations are the same as those in FIG. 9, and thus further description is omitted.

図11は、図6及び図7のナノ粒子自動製造装置に示される原料液製造部10の概略説明図である。原料液製造部10は、溶媒11と原料物質12を混合するミキサ18aと、混合された混合液aaを原料液貯留槽14又はビーズミル19に送出する三方弁18bと、ビーズミル19を駆動するモータMを具備している。原料物質12又は原料物質12に含まれる直接原料物質・還元剤がミキサ18aにより容易に分散・溶解する場合、前記三方弁18aにより、原料液が矢印ccの方向に流通し、原料液貯留槽14に供給されて貯留される。例えば、直接原料物質が硝酸銀の場合、溶媒11である水に容易に溶解する。
原料物質12が比較的大きな粒子状に凝集している場合には、ミキサ18aにより溶媒11と混合された後、三方弁18bをビーズミル19側に流通するよう開放し、ミキサ18aで混合された混合液aaがビーズミル19に供給される。ビーズミル19は、分散部13a、遠心分離部13b及び冷水配管13cからなり、分散部13aと遠心分離部13bは、前記モータMの駆動により矢印rrの方向又は逆方向に回転される。混合液aaがビーズミル19に供給され、分散部13bが回転するとビーズ粒子が衝突し、凝集した原料物質12が粉砕されて溶媒11中に分散され、好適な分散液が生成される。凝集した原料物質12は、数十ミクロン〜サブミクロン程度の大きさまで粉砕される。この分散液は、ビーズ粒子を含み、矢印bbの方向に流通し、遠心分離部13bに供給される。ここで、ビーズ粒子が遠心分離により回収され、矢印ddで示したように分散部13aにフィードバックされる。ビーズミル19が稼働している間、溶媒11と原料物質12の反応が進行しないよう、冷却装置15から冷水配管13cに冷却水が供給され、分散部13bの分散液や遠心分離部13bでビーズ粒子が除去される原料液を冷却し続ける。遠心分離部13bから原料液が矢印ccの方向に流通し、原料液貯留槽14に供給されて所定量貯留される。前述のように、原料液貯留槽14に貯留された原料液は、予熱装置16によって、反応開始温度より低い予熱温度まで加熱制御される。更に、前記ナノ粒子製造部の反応準備が完了すると、電磁バルブ17が開状態となり、ポンプによってナノ粒子製造部に原料液が供給される。
FIG. 11 is a schematic explanatory diagram of the raw material liquid production unit 10 shown in the automatic nanoparticle production apparatus of FIGS. 6 and 7. The raw material liquid production unit 10 includes a mixer 18 a that mixes the solvent 11 and the raw material substance 12, a three-way valve 18 b that sends the mixed liquid aa to the raw material liquid storage tank 14 or the bead mill 19, and a motor M that drives the bead mill 19. It has. When the raw material 12 or the direct raw material / reducing agent contained in the raw material 12 is easily dispersed / dissolved by the mixer 18a, the three-way valve 18a causes the raw material liquid to flow in the direction of the arrow cc and the raw material liquid storage tank 14 To be stored. For example, when the raw material is silver nitrate directly, it is easily dissolved in water as the solvent 11.
When the raw material 12 is agglomerated into relatively large particles, after mixing with the solvent 11 by the mixer 18a, the three-way valve 18b is opened to flow to the bead mill 19 side, and the mixing is performed by the mixer 18a. The liquid aa is supplied to the bead mill 19. The bead mill 19 includes a dispersion unit 13a, a centrifuge unit 13b, and a chilled water pipe 13c. The dispersion unit 13a and the centrifuge unit 13b are rotated in the direction of the arrow rr or in the reverse direction by driving the motor M. When the mixed liquid aa is supplied to the bead mill 19 and the dispersion unit 13b rotates, the bead particles collide, and the aggregated raw material 12 is pulverized and dispersed in the solvent 11 to produce a suitable dispersion. The aggregated raw material 12 is pulverized to a size of about several tens of microns to submicrons. This dispersion contains bead particles, circulates in the direction of the arrow bb, and is supplied to the centrifugal separator 13b. Here, the bead particles are collected by centrifugation and fed back to the dispersion unit 13a as indicated by an arrow dd. While the bead mill 19 is in operation, cooling water is supplied from the cooling device 15 to the chilled water pipe 13c so that the reaction between the solvent 11 and the raw material 12 does not proceed, and the bead particles are dispersed in the dispersion unit 13b or the centrifuge unit 13b. Continue to cool the raw material liquid from which water is removed. The raw material liquid flows from the centrifugal separator 13b in the direction of the arrow cc, is supplied to the raw material liquid storage tank 14, and is stored in a predetermined amount. As described above, the raw material liquid stored in the raw material liquid storage tank 14 is heated and controlled by the preheating device 16 to a preheating temperature lower than the reaction start temperature. Further, when the preparation for the reaction of the nanoparticle production unit is completed, the electromagnetic valve 17 is opened, and the raw material liquid is supplied to the nanoparticle production unit by a pump.

図12は、図6及び図7のナノ粒子自動製造装置に示される生成液濃縮部80の概略説明図である。生成液濃縮部80は、吹付管81と、減圧大容器85と、この減圧大容器85を支持する支持部材89からなり、吹付管の出口端81bには、噴霧孔83aを有するスプレー器83が取付けられている。吹付管81には、入口端81aからナノ粒子26を含む生成液65が供給され、入口端81aは、ポンプPと電磁バルブ69を介して生成液貯留槽68に接続されている。よって、電磁バルブ69が開状態となり、ポンプPが駆動することにより矢印sの方向に生成液65が圧送供給される。前記減圧大容器85の底部には、大容器テーパ部87が設けられ、この大容器テーパ部87に排出口88が設けられる。この排出口88を電磁バルブ等により閉鎖すれば、減圧大容器85の上部に設けられた排出口86を除き、減圧大容器85を密封状態に保持することができる。前記吹付管81と減圧大容器85は、出口端81b及びスプレー器83の噴霧孔83aを介して流通可能であるが、図示しない電磁バルブなどにより閉状態とすると、前記吹付管81と減圧大容器85の流通が遮断される。よって、吹付管81の出口端81bと減圧大容器85の排出口88が閉状態のとき、真空ポンプからなる排気装置71によって排出口86から排気されると、大容器85の内部が真空状態となる。
更に、吹付管81の出口端81bと大容器85の排出口88が閉状態のとき、生成液65はポンプPにより吹付管81の内部に供給されない。減圧大容器85の内部の真空度が所定値以下に到達すると、出口端81bが開状態となり、ポンプPが作動する。従って、吹付管81から生成液65は、真空である減圧大容器81の内部に、スプレー器83の噴霧孔83aから噴霧される。このとき、減圧大容器81の内部では、溶媒が揮発し、排気装置71によって液化装置72に排気される。この液化装置72では、熱交換器等により揮発した溶媒が液化され、その溶媒が溶媒回収73にて回収される。更に、液化により溶媒が除去された生成ガスが安全ガス大気放出74にて大気中に放出される。よって、生成液65は濃縮され、大容器テーパ部87によって矢印w方向に集められ、濃縮液78が貯留される。濃縮液78が所定量になると、吹付管81の出口端81bが閉状態となり、排気装置71が停止して、濃縮液78が減圧大容器85の排出口88から矢印X方向に流通し、濃縮液貯留槽75に貯留される。この濃縮液78では、生成液に比べて、ナノ粒子が高密度に存在する。
FIG. 12 is a schematic explanatory diagram of the product liquid concentrating unit 80 shown in the automatic nanoparticle manufacturing apparatus of FIGS. 6 and 7. The product liquid concentrating unit 80 includes a spray tube 81, a decompression large container 85, and a support member 89 that supports the decompression large container 85. A spray device 83 having a spray hole 83a is provided at the outlet end 81b of the spray tube. Installed. The spray pipe 81 is supplied with the product liquid 65 containing the nanoparticles 26 from the inlet end 81 a, and the inlet end 81 a is connected to the product liquid storage tank 68 via the pump P and the electromagnetic valve 69. Accordingly, the electromagnetic valve 69 is opened, and the pump 65 is driven, so that the generated liquid 65 is pumped and supplied in the direction of the arrow s. A large container taper portion 87 is provided at the bottom of the decompression large container 85, and a discharge port 88 is provided in the large container taper portion 87. If this discharge port 88 is closed by an electromagnetic valve or the like, the large pressure reduction container 85 can be kept sealed except for the discharge port 86 provided in the upper part of the pressure reduction large container 85. The spray tube 81 and the large decompression container 85 can be circulated through the outlet end 81b and the spray hole 83a of the spray device 83. However, when the spray tube 81 and the decompression large container 85 are closed by an electromagnetic valve or the like (not shown), The distribution of 85 is blocked. Therefore, when the outlet end 81b of the spray pipe 81 and the discharge port 88 of the decompression large container 85 are in the closed state, if the exhaust device 71 composed of a vacuum pump exhausts from the discharge port 86, the inside of the large container 85 becomes a vacuum state. Become.
Further, when the outlet end 81 b of the spray pipe 81 and the discharge port 88 of the large container 85 are closed, the product liquid 65 is not supplied into the spray pipe 81 by the pump P. When the degree of vacuum inside the decompression large container 85 reaches a predetermined value or less, the outlet end 81b is opened and the pump P is activated. Accordingly, the product liquid 65 from the spray pipe 81 is sprayed from the spray hole 83a of the sprayer 83 into the vacuum large container 81 which is a vacuum. At this time, the solvent is volatilized inside the decompression large container 81 and is exhausted to the liquefying device 72 by the exhaust device 71. In the liquefying device 72, the solvent volatilized by a heat exchanger or the like is liquefied and the solvent is recovered by the solvent recovery 73. Further, the product gas from which the solvent has been removed by liquefaction is released into the atmosphere by a safe gas atmosphere release 74. Therefore, the product liquid 65 is concentrated, collected in the direction of the arrow w by the large container taper 87, and the concentrated liquid 78 is stored. When the concentrated liquid 78 reaches a predetermined amount, the outlet end 81b of the spray tube 81 is closed, the exhaust device 71 stops, and the concentrated liquid 78 flows from the discharge port 88 of the decompression large container 85 in the direction of the arrow X to concentrate. It is stored in the liquid storage tank 75. In this concentrated liquid 78, the nanoparticles are present at a higher density than in the produced liquid.

図13は、図6及び図7のナノ粒子自動製造装置に示される濃縮液乾燥部90の概略説明図である。前述のように、濃縮液乾燥部90は、濃縮液乾燥装置91、溶媒回収92及びナノ粒子回収93から構成され、更に、濃縮液乾燥装置91と溶媒回収92の間には、真空排気装置98、液化装置99及び安全ガス大気放出99aが設けられている。ポンプPにより、前記濃縮液貯留槽75から電磁バルブ76を介して濃縮液乾燥装置91のホッパー94に濃縮液78が供給される。濃縮液乾燥装置91には、回転テーブル95と、この回転テーブル95を加熱する温度制御装置96が設けられている。ホッパー94から所定量、回転テーブル95上に滴下された濃縮液78は、加熱された回転テーブル95の上で乾燥し、乾燥ナノ粒子97が形成される。この乾燥ナノ粒子97は、吸引等により、自動的にナノ粒子回収93にて回収される。
また、乾燥により蒸発した溶媒は、真空排気装置98によって排気され、液化装置99により冷却されて液化され、溶媒回収92に溶媒が回収され、溶媒が除去された生成ガスは安全ガス大気放出99aにより大気放出される。
FIG. 13 is a schematic explanatory view of the concentrated solution drying unit 90 shown in the nanoparticle automatic manufacturing apparatus of FIGS. 6 and 7. As described above, the concentrate drying unit 90 includes the concentrate drying device 91, the solvent recovery 92, and the nanoparticle recovery 93, and further, a vacuum exhaust device 98 is provided between the concentrate drying device 91 and the solvent recovery 92. A liquefaction device 99 and a safe gas atmosphere release 99a are provided. The concentrated liquid 78 is supplied from the concentrated liquid storage tank 75 to the hopper 94 of the concentrated liquid drying apparatus 91 by the pump P through the electromagnetic valve 76. The concentrated liquid drying device 91 is provided with a rotary table 95 and a temperature control device 96 for heating the rotary table 95. The concentrated liquid 78 dropped on the turntable 95 by a predetermined amount from the hopper 94 is dried on the heated turntable 95 to form dry nanoparticles 97. The dried nanoparticles 97 are automatically recovered by the nanoparticle recovery 93 by suction or the like.
The solvent evaporated by drying is exhausted by the vacuum exhaust device 98, cooled and liquefied by the liquefying device 99, the solvent is recovered in the solvent recovery 92, and the product gas from which the solvent has been removed is discharged by the safe gas atmospheric release 99a. Released into the atmosphere.

図14は、コンピュータ制御装置の基本制御フロー図である。以下、基本フロー図では、上述の装置説明及びブロック図に示した装置や部材と同一のものに同一の符号を付している。図14〜図19の各フローにおいては、Nは「No」、Yは「Yes」を意味する。基本制御フローがスタートすると、ステップS1において、反応温度、反応量、運転時間等の初期設定が設定済みかどうか判断され、Nの場合は、ステップS1の前段に戻る。ステップS1において、Yの場合は、ステップS2に進み、原料液を製造するかどうか判断する。既に、原料液が所定量存在する場合、Noとなり、ステップS3に進む。原料液が無い場合や所定量に満たない場合、ステップS2がYesとなり、サブルーチンSUB1に進み、原料液製造プロセスに移行する。この原料液製造プロセスで原料液が所定量製造されると、ステップS3に進む。ステップS3では、ナノ粒子を製造するかどうか判断し、同様に、既にナノ粒子を含む生成液が所定量存在する場合、Nとなり、ステップS4に進む。ステップS3がYの場合、サブルーチンSUB2に進む。サブルーチンSUB2では、ナノ粒子合成プロセスに移行し、ナノ粒子を含む生成液が所定量生成され、ステップS4に進む。ステップS4では、生成液を濃縮するかどうか判断し、既に濃縮液が所定量存在する場合には、Nとなり、ステップS5に進む。ステップS4がYの場合、サブルーチンSUB3に進み、生成液濃縮プロセスに移行して濃縮液が所定量製造され、ステップS5に進む。ステップS5では、濃縮液を乾燥するかどうか判断され、乾燥ナノ粒子が既に所定量製造されている場合、Nとなり、ステップS6に進む。乾燥ナノ粒子が所定量製造されていない場合、ステップS5がYとなり、サブルーチンSUB4に進み、濃縮液乾燥プロセスに移行して濃縮液が乾燥され、乾燥後、ステップS6に進む。ステップS6では、ナノ粒子の製造を終了するかどうか判断する。ナノ粒子が所定量製造されていない場合、Nとなり、ステップS2に戻る。ナノ粒子が所定量製造された場合、Yとなって製造が終了し、ENDにてフローが終了する。   FIG. 14 is a basic control flowchart of the computer control apparatus. Hereinafter, in the basic flowchart, the same reference numerals are given to the same devices and members as those shown in the above-described device description and block diagram. 14 to 19, N means “No” and Y means “Yes”. When the basic control flow starts, it is determined in step S1 whether or not initial settings such as reaction temperature, reaction amount, and operation time have been set. If N, the process returns to the previous stage of step S1. In step S1, in the case of Y, the process proceeds to step S2, and it is determined whether or not the raw material liquid is manufactured. If the predetermined amount of the raw material liquid is already present, the answer is No and the process proceeds to step S3. When there is no raw material liquid or when the predetermined amount is not reached, Step S2 becomes Yes, the process proceeds to a subroutine SUB1, and the process proceeds to the raw material liquid manufacturing process. When a predetermined amount of the raw material liquid is manufactured in this raw material liquid manufacturing process, the process proceeds to step S3. In step S3, it is determined whether or not nanoparticles are to be manufactured. Similarly, if a predetermined amount of product liquid containing nanoparticles already exists, N is determined, and the process proceeds to step S4. If step S3 is Y, the process proceeds to subroutine SUB2. In the subroutine SUB2, the process proceeds to the nanoparticle synthesis process, a predetermined amount of a production liquid containing nanoparticles is generated, and the process proceeds to step S4. In step S4, it is determined whether or not the product liquid is to be concentrated. If a predetermined amount of the concentrated liquid already exists, N is determined and the process proceeds to step S5. If step S4 is Y, the process proceeds to a subroutine SUB3, where the process proceeds to the production liquid concentration process to produce a predetermined amount of the concentrated liquid, and the process proceeds to step S5. In step S5, it is determined whether or not the concentrate is to be dried. If a predetermined amount of dry nanoparticles has already been produced, the result is N, and the process proceeds to step S6. If the predetermined amount of dry nanoparticles has not been produced, step S5 becomes Y, and the process proceeds to subroutine SUB4 where the concentrated liquid drying process is performed to dry the concentrated liquid, and after drying, the process proceeds to step S6. In step S6, it is determined whether or not to end the production of nanoparticles. When the predetermined amount of nanoparticles is not manufactured, the value is N, and the process returns to step S2. When a predetermined amount of nanoparticles are produced, the production is finished as Y, and the flow is finished at END.

図15は、コンピュータ制御装置の原料液製造プロセスを示す原料液製造サブルーチンフロー図である。図15は、図14に示したサブルーチンSUB1のフロー図である。サブルーチンSUB1がスタートすると、ステップS10は、溶媒量・原料物質量・混合温度に関する初期条件設定が行われる。初期条件は、運転毎に変更することも可能であるが、同一のナノ粒子を製造する場合、事前に入力した値に従って初期条件設定が自動的に行われ、ステップS11に進む。ステップS11では、溶媒11と原料物質12をミキサ18aで混合することが指令される。ステップS11の混合が終了すると、ステップS12に進む。ステップS12では、ビーズミル19を使用するかどうか判断する。原料物質12が溶媒11に対して非溶解性を有する場合又は凝集して好適に分散させることが困難な場合、ビーズミルが使用され、ステップS12がYとなり、ステップS13に進む。原料物質12が溶媒11に容易に分散・溶解する場合、Nとなり、ステップS18に進む。ステップS18では、ミキサによって混合された混合液(ミキサ混合液)を原料液18とし、ステップS19に進む。ステップS19では、三方弁18bによりミキサ混合液からなる原料液が原料液貯留槽14に送出され、ステップS16に進む。ステップS13では、三方弁より前記ミキサ混合液をビーズミルに送出し、ステップS14に進む。ステップS14では、分散部13aにおいて、ビーズ粒子により原料物質12が粉砕されて微細化処理され、ステップS15に進む。ステップS15では、遠心分離部13bにおいて、ビーズ粒子を原料液18から分離して分散部13aにフィードバックして、原料液18を原料液貯留槽14に送出し、ステップS16に進む。ステップS16では、予熱装置16によりナノ粒子が生成しない温度まで原料液18を予熱し、ステップS17に進む。ステップS17では、原料液製造が終了かどうか判断し、原料液が所定量貯留された場合、Yとなり、Returnとなる。Nの場合、ステップS11に戻り、溶媒11と原料物質12の混合を行い、これまでのステップを繰り返す。   FIG. 15 is a raw material liquid manufacturing subroutine flow chart showing the raw material liquid manufacturing process of the computer controller. FIG. 15 is a flowchart of the subroutine SUB1 shown in FIG. When the subroutine SUB1 starts, in step S10, initial conditions regarding the amount of solvent, the amount of raw material, and the mixing temperature are set. The initial conditions can be changed for each operation, but when the same nanoparticles are manufactured, the initial conditions are automatically set according to the values input in advance, and the process proceeds to step S11. In step S11, it is instructed to mix the solvent 11 and the raw material 12 with the mixer 18a. When the mixing in step S11 ends, the process proceeds to step S12. In step S12, it is determined whether or not the bead mill 19 is used. When the raw material 12 is insoluble in the solvent 11 or when it is difficult to aggregate and disperse suitably, a bead mill is used, step S12 becomes Y, and the process proceeds to step S13. If the source material 12 is easily dispersed / dissolved in the solvent 11, the result is N, and the process proceeds to step S 18. In step S18, the mixed liquid (mixer mixed liquid) mixed by the mixer is used as the raw material liquid 18, and the process proceeds to step S19. In step S19, the raw material liquid which consists of a mixer liquid mixture is sent to the raw material liquid storage tank 14 by the three-way valve 18b, and it progresses to step S16. In step S13, the mixer mixed solution is sent from the three-way valve to the bead mill, and the process proceeds to step S14. In step S14, the raw material 12 is pulverized and refined by the bead particles in the dispersion unit 13a, and the process proceeds to step S15. In step S15, the bead particles are separated from the raw material liquid 18 in the centrifugal separator 13b and fed back to the dispersion unit 13a, and the raw material liquid 18 is sent to the raw material liquid storage tank 14, and the process proceeds to step S16. In step S16, the raw material liquid 18 is preheated to a temperature at which nanoparticles are not generated by the preheating device 16, and the process proceeds to step S17. In step S17, it is determined whether or not the raw material liquid production is completed. When a predetermined amount of the raw material liquid is stored, Y is set and Return is set. In the case of N, the process returns to step S11, the solvent 11 and the raw material 12 are mixed, and the steps so far are repeated.

図16は、コンピュータ制御装置の第1反応管におけるナノ粒子合成プロセスを示すナノ粒子合成サブルーチンフロー図である。図16は、図14に示したサブルーチンSUB2のフロー図である。ステップS20では、ナノ粒子合成プロセスの初期条件設定が行われる。設定される初期条件は、原料液供給速度・合成温度・第1反応管流下速度・第2反応管上昇速度などである。初期条件設定が終了すると、ステップS21に進み、第1反応管30でのナノ粒子生成が行われ、ステップS22に進む。ステップS22では、第1反応管30に溶媒11が充填済みかどうか判断され、溶媒11が充填されていない場合、Nとなり、ステップS22に戻る。溶媒11が充填されている場合、ステップS22はYとなり、ステップS23に進んで、生成ガス冷却装置23が稼働中かどうか判断する。ステップS23では、生成ガス冷却装置23が稼働中の場合、YとなってステップS24に進み、生成ガス冷却装置23が稼働してないな場合はNとなり、ステップS23に戻り、生成ガス冷却装置23が稼働するまでステップS23を繰り返す。ステップS24では、排気装置24が稼働中かどうか判断し、Yの場合、ステップS25に進む。Nの場合、ステップS24に戻り、排気装置24が稼働するまでステップS24を繰り返す。ステップS25では、第1反応管30の回転子35が撹拌中かどうか判断し、Yの場合、ステップS26に進む。撹拌中でない場合、NとなってステップS25に戻り、回転子35により所定の回転速度で撹拌されるまで、ステップS25を繰り返す。ステップS26では、第1反応管30が合成温度に適正かどうか判断され、Yの場合、ステップS27に進む。第1反応管30が適正な合成温度まで加熱されていない場合、NとなってステップS26に戻り、適正な合成温度に達するまで、ステップS26が繰り返される。ステップS27では、ポンプ21により原料液18を第1反応管30に供給し、ステップS28に進む。このステップS28では、第1反応管の30における原料液18の流下速度が適正かどうか判断され、Yの場合、ステップS29に進む。流下速度が適正でない場合、NとなってステップS28に戻り、回転子35の回転速度や原料液18の流量等が調整され、流下速度が適正になるまでステップS28が繰り返される。ステップS29では、最下段の区画39におけるナノ粒子生成液色が適正かどうか判断され、Yの場合、次の図17に示したステップS30に進む。図16と図17とは一体で進行するサブルーチンである。ナノ粒子生成液色は、第1反応管30から流出する第1生成液の一部をサンプリングすること、又はナノ粒子生成液色確認用の透明管に微量の第1生成液を流入させることにより観察される。ナノ粒子生成液色が適正でない場合、未反応量が多いことを意味しており、ステップS29に戻ってこのステップを繰り返す。このとき、流出路に設けられた電磁バルブ等により第1生成液の流出が遮断されると共に、原料液18の供給を一時停止しても良い。   FIG. 16 is a nanoparticle synthesis subroutine flow chart showing the nanoparticle synthesis process in the first reaction tube of the computer controller. FIG. 16 is a flowchart of the subroutine SUB2 shown in FIG. In step S20, initial conditions for the nanoparticle synthesis process are set. The initial conditions to be set are the raw material liquid supply rate, the synthesis temperature, the first reaction tube flow rate, the second reaction tube rise rate, and the like. When the initial condition setting is completed, the process proceeds to step S21, where nanoparticles are generated in the first reaction tube 30, and the process proceeds to step S22. In step S22, it is determined whether or not the solvent 11 is filled in the first reaction tube 30, and if the solvent 11 is not filled, the result is N, and the process returns to step S22. When the solvent 11 is filled, step S22 becomes Y and the process proceeds to step S23 to determine whether the product gas cooling device 23 is in operation. In step S23, if the product gas cooling device 23 is in operation, the result is Y, and the process proceeds to step S24. If the product gas cooling device 23 is not in operation, the process returns to N, and the process returns to step S23 to generate the product gas cooling device 23. Step S23 is repeated until. In step S24, it is determined whether the exhaust device 24 is in operation. If Y, the process proceeds to step S25. In the case of N, the process returns to step S24, and step S24 is repeated until the exhaust device 24 operates. In step S25, it is determined whether the rotor 35 of the first reaction tube 30 is being stirred. If Y, the process proceeds to step S26. When not stirring, it becomes N and returns to step S25, and step S25 is repeated until it agitates at the predetermined rotational speed by the rotor 35. In step S26, it is determined whether or not the first reaction tube 30 is appropriate for the synthesis temperature. If Y, the process proceeds to step S27. When the 1st reaction tube 30 is not heated to the appropriate synthesis temperature, it returns to N and returns to step S26, and step S26 is repeated until it reaches an appropriate synthesis temperature. In step S27, the raw material liquid 18 is supplied to the 1st reaction tube 30 with the pump 21, and it progresses to step S28. In this step S28, it is determined whether or not the flow rate of the raw material liquid 18 in the first reaction tube 30 is appropriate. If Y, the process proceeds to step S29. If the flow-down speed is not appropriate, N is returned to Step S28, the rotation speed of the rotor 35, the flow rate of the raw material liquid 18 and the like are adjusted, and Step S28 is repeated until the flow-down speed is appropriate. In step S29, it is determined whether or not the color of the nanoparticle generation liquid in the lowermost section 39 is appropriate. If Y, the process proceeds to step S30 shown in FIG. 16 and 17 are subroutines that proceed together. The nanoparticle production liquid color is obtained by sampling a part of the first production liquid flowing out from the first reaction tube 30 or by flowing a small amount of the first production liquid into the transparent tube for confirming the nanoparticle production liquid color. Observed. If the nanoparticle production liquid color is not appropriate, it means that there is a large amount of unreacted, and the process returns to step S29 and this step is repeated. At this time, the outflow of the first product liquid may be blocked by an electromagnetic valve or the like provided in the outflow path, and the supply of the raw material liquid 18 may be temporarily stopped.

図17は、図16と「R」によって一体に接続されるフローで、コンピュータ制御装置の第2反応管におけるナノ粒子合成プロセスを示すナノ粒子合成サブルーチンフロー図である。ステップS30では、第2反応管40でのナノ粒子生成が開始され、ステップS31に進む。ステップS31では、第2反応管40に溶媒11が充填済みかどうか判断し、Yの場合、ステップS32に進む。Nの場合、ステップS31に戻り、溶媒11が第2反応管40に充填されるまでステップS31を繰り返す。ステップS32では、生成ガス冷却装置23が稼働中かどうか判断し、Yの場合、ステップS33に進む。Nの場合、ステップS32に戻り、第1反応管30と同様に、生成ガス冷却装置23が稼働するまでステップS32を繰り返す。ステップS33では、排気装置24が稼働中かどうか判断し、Yの場合、ステップS34に進む。Nの場合、ステップS33に戻り、排気装置24が稼働するまでステップS33を繰り返す。同様に、ステップS34では、第2反応管40の回転子45が撹拌中かどうか判断し、Yの場合、ステップS35に進む。Nの場合、ステップS34に戻り、回転子45により所定の回転速度で撹拌されるまで、ステップS34を繰り返す。ステップS35では、第2反応管40の液温が合成温度に適正かどうか判断され、Yの場合、ステップS36に進む。同様に、第2反応管40の液温が適正な合成温度まで加熱されていない場合、NとなってステップS35に戻り、適正な合成温度に達するまで、ステップS35が繰り返される。ステップS36では、第1反応管30の第1生成液を第2反応管40に供給し、ステップS37に進む。このステップS37では、第2反応管の40における第1生成液の上昇速度が適正かどうか判断され、Yの場合、ステップS38に進む。Nの場合、ステップS37に戻り、回転子35の回転速度と共に、第1生成液の流量等が第2反応管40や第1反応管30の圧力及び生成液の供給量等により調整され、上昇速度が適正になるまでステップS37が繰り返される。ステップS38では、最上段の区画49におけるナノ粒子生成液色が適正かどうか判断され、Yの場合、ステップS39に進む。ナノ粒子生成液色は、第1反応管30と同様に、流出する生成液の一部をサンプリングする又はナノ粒子生成液色確認用の透明管に微量の生成液を流入させることなどにより観察される。ナノ粒子生成液色が適正でない場合、反応量が完全反応を生じる所定量に達していないことを示しており、ステップS38に戻ってこのステップを繰り返す。このとき、流出路に設けられた電磁バルブ等により生成液の流出が遮断されると共に、第1反応管30からの第1生成液の供給を一時停止しても良い。ステップS39では、生成液の製造が終了かどうか判断され、Yの場合、「Return」となり、サブルーチンSUB2が終了する。生成液の製造量が所定量に達していない場合、Nとなり、ステップS31に戻る。   FIG. 17 is a flowchart of a nanoparticle synthesis subroutine showing a nanoparticle synthesis process in the second reaction tube of the computer control device in a flow integrally connected to FIG. 16 by “R”. In step S30, nanoparticle generation in the second reaction tube 40 is started, and the process proceeds to step S31. In step S31, it is determined whether or not the second reaction tube 40 is filled with the solvent 11. If Y, the process proceeds to step S32. In the case of N, the process returns to Step S31, and Step S31 is repeated until the solvent 11 is filled in the second reaction tube 40. In step S32, it is determined whether or not the product gas cooling device 23 is in operation. If Y, the process proceeds to step S33. In the case of N, the process returns to step S32, and step S32 is repeated until the product gas cooling device 23 is operated, similarly to the first reaction tube 30. In step S33, it is determined whether the exhaust device 24 is in operation. If Y, the process proceeds to step S34. In the case of N, the process returns to step S33, and step S33 is repeated until the exhaust device 24 operates. Similarly, in step S34, it is determined whether the rotor 45 of the second reaction tube 40 is being stirred. If Y, the process proceeds to step S35. In the case of N, the process returns to step S34, and step S34 is repeated until the rotor 45 is stirred at a predetermined rotation speed. In step S35, it is determined whether the liquid temperature in the second reaction tube 40 is appropriate for the synthesis temperature. If Y, the process proceeds to step S36. Similarly, when the liquid temperature of the second reaction tube 40 is not heated to an appropriate synthesis temperature, the process returns to step S35, and step S35 is repeated until the appropriate synthesis temperature is reached. In step S36, the first product solution in the first reaction tube 30 is supplied to the second reaction tube 40, and the process proceeds to step S37. In this step S37, it is determined whether or not the rising speed of the first product liquid in the second reaction tube 40 is appropriate. If Y, the process proceeds to step S38. In the case of N, the process returns to step S37, and the flow rate of the first product liquid and the like are adjusted by the pressure of the second reaction tube 40 and the first reaction tube 30 and the supply amount of the product liquid, etc. Step S37 is repeated until the speed is appropriate. In step S38, it is determined whether or not the nanoparticle production liquid color in the uppermost section 49 is appropriate. If Y, the process proceeds to step S39. Similar to the first reaction tube 30, the nanoparticle production liquid color is observed by sampling a part of the outflowing production liquid or by allowing a small amount of production liquid to flow into the transparent tube for confirming the nanoparticle production liquid color. The If the nanoparticle generation liquid color is not appropriate, it indicates that the reaction amount has not reached the predetermined amount that causes a complete reaction, and the process returns to step S38 and this step is repeated. At this time, the outflow of the product liquid may be blocked by an electromagnetic valve or the like provided in the outflow path, and the supply of the first product liquid from the first reaction tube 30 may be temporarily stopped. In step S39, it is determined whether or not the production of the product liquid is finished. If the result is Y, “Return” is set and the subroutine SUB2 is finished. If the production amount of the product liquid has not reached the predetermined amount, the result is N, and the process returns to step S31.

図18は、コンピュータ制御装置の生成液濃縮プロセスを示す生成液濃縮サブルーチンフロー図である。サブルーチンSUB3において、ステップS40では、真空乾燥法等からなる生成液濃縮プロセスの初期条件設定が行われ、初期条件としては生成液供給速度や真空度等がある。初期条件設定が終了すると、ステップS41に進み、排気装置71(真空ポンプ)が駆動し、ステップS42に進む。ステップS42では、減圧大容器85を所定真空度に保持し、次のステップS43では、ポンプPにより生成液65を生成液貯留槽68から小容器81内に供給し、ステップS44に進む。ステップS44では、スプレー容器83から生成液68を減圧大容器85内に真空噴霧し、次のステップS45では、溶媒が気化して排気装置71により排気され、その排気(気体)に含まれる溶媒が液化装置72で液化され、溶媒回収73で回収され、溶媒11が除去された安全なガスは大気放出74され、ステップS47に進む。ステップS47では、濃縮液貯留槽75内に濃縮液78を貯留し、次のステップS48では、濃縮液製造が終了かどうか判断される。ステップS48でYの場合、「Return」となり、サブルーチンSUB3が終了する。濃縮液製造が所定量に満たない場合、Nとなり、ステップS41に戻る。   FIG. 18 is a product solution concentration subroutine flow chart showing a product solution concentration process of the computer control device. In the subroutine SUB3, in step S40, initial conditions of the product liquid concentration process including a vacuum drying method are set, and the initial conditions include the product liquid supply speed and the degree of vacuum. When the initial condition setting is completed, the process proceeds to step S41, the exhaust device 71 (vacuum pump) is driven, and the process proceeds to step S42. In step S42, the reduced pressure large container 85 is maintained at a predetermined degree of vacuum, and in the next step S43, the product liquid 65 is supplied from the product liquid storage tank 68 into the small container 81 by the pump P, and the process proceeds to step S44. In step S44, the generated liquid 68 is sprayed from the spray container 83 into the vacuum large container 85, and in the next step S45, the solvent is vaporized and exhausted by the exhaust device 71, and the solvent contained in the exhaust (gas) is removed. The safe gas which has been liquefied by the liquefier 72, recovered by the solvent recovery 73 and from which the solvent 11 has been removed is released into the atmosphere 74, and the process proceeds to step S47. In step S47, the concentrate 78 is stored in the concentrate storage tank 75, and in the next step S48, it is determined whether or not the concentrate production is completed. In the case of Y in step S48, “Return” is set, and the subroutine SUB3 ends. If the concentrated liquid production is less than the predetermined amount, the result is N, and the process returns to step S41.

図19は、コンピュータ制御装置の濃縮液乾燥プロセスを示す濃縮液乾燥サブルーチンフロー図である。サブルーチンSUB4において、ステップS50では、真空乾燥法からなる濃縮液乾燥プロセスの初期条件が設定され、初期条件として、濃縮液供給速度や真空度等がある。次のステップS51では、真空排気装置98(真空ポンプ)が駆動し、ステップS52に進む。ステップS52では、濃縮液乾燥装置91を所定真空度に保持し、次のステップS53では、ポンプPにより濃縮液78を濃縮液貯留槽75からホッパー94に供給し、ステップS54に進む。ステップS54では、ホッパー94から回転テーブル95上に濃縮液78を吐出し、次のステップS55では、濃縮液78から溶媒が気化して排気装置98により排気され、液化装置99で気体を液化して溶媒回収92により溶媒11を回収し、安全なガスは大気放出99a、即ち大気中に放出される。次のステップS56では、温度制御装置96により回転テーブル95の温度調節が行われ、その次のステップS57では、回転テーブル95上で濃縮液78が乾燥して乾燥ナノ粒子97になる。次のステップS58では、乾燥ナノ粒子97を適宜に装置外に回収(93)し、ステップS59に進む。ステップS59では、乾燥工程が終了かどうか判断され、Yの場合、「Return」となり、サブルーチンSUB4が終了し、Nの場合、ステップS51に戻る。   FIG. 19 is a concentrate drying subroutine flowchart showing the concentrate drying process of the computer controller. In the subroutine SUB4, in step S50, initial conditions of the concentrated liquid drying process including the vacuum drying method are set, and the initial conditions include the concentrated liquid supply speed and the degree of vacuum. In the next step S51, the vacuum exhaust device 98 (vacuum pump) is driven, and the process proceeds to step S52. In step S52, the concentrated liquid drying device 91 is maintained at a predetermined degree of vacuum. In the next step S53, the concentrated liquid 78 is supplied from the concentrated liquid storage tank 75 to the hopper 94 by the pump P, and the process proceeds to step S54. In step S54, the concentrated liquid 78 is discharged from the hopper 94 onto the rotary table 95. In the next step S55, the solvent is vaporized from the concentrated liquid 78 and exhausted by the exhaust device 98, and the gas is liquefied by the liquefier 99. The solvent 11 is recovered by the solvent recovery 92, and a safe gas is released into the atmosphere 99a, that is, into the atmosphere. In the next step S56, the temperature control device 96 adjusts the temperature of the turntable 95. In the next step S57, the concentrated solution 78 is dried on the turntable 95 to become dry nanoparticles 97. In the next step S58, the dried nanoparticles 97 are appropriately recovered outside the apparatus (93), and the process proceeds to step S59. In step S59, it is determined whether or not the drying process is completed. If “Y”, “Return” is set, and the subroutine SUB4 is completed. If “N”, the process returns to step S51.

[炭酸銀・n−ヘキサノール:C6AgAL−MPのナノ粒子の生成実験1〜5]
本生成実験1〜5では、n−ヘキサノール(C数が6)を用いている。C6AgAL−MPの意味は、C6はC数が6であることを意味し、Agは銀核であることを意味し、ALはアルコールを意味する。MPは、例えば、図1や図2に示したナノ粒子製造装置からなる量産化連続製造システムを用いていることに対する表記であり、従来のポット法による記述C6AgALとは区別している。C数が6のアルコールとは、n−ヘキサノールのことである。
まず、2kgの炭酸銀(Ag2CO3)を12.7L(リットルを示す)のn−ヘキサノールと混合し、炭酸銀1モルに対してn−ヘキサノール14モルの混合比の希薄分散液を用意した。以後、リットルはL、ミリリットルはmLにより表示する。この希薄分散液を図11に示すビーズミル19に供給してビーズにより炭酸銀を微細微粒子にした。このビーズミル処理を20回反復して、炭酸銀を均一な微細微粒子にして原料液18を製造し、原料液貯留槽14に収容した。
[Production Experiments 1-5 of Silver Carbonate / n-Hexanol: C6AgAL-MP Nanoparticles]
In the production experiments 1 to 5, n-hexanol (C number is 6) is used. The meaning of C6AgAL-MP means that C6 has a C number of 6, Ag means a silver nucleus, and AL means an alcohol. MP is a notation for using the mass production continuous production system including the nanoparticle production apparatus shown in FIGS. 1 and 2, for example, and is distinguished from the description C6AgAL by the conventional pot method. The alcohol having 6 carbon atoms is n-hexanol.
First, 2 kg of silver carbonate (Ag2CO3) was mixed with 12.7 L (showing a liter) of n-hexanol to prepare a dilute dispersion having a mixing ratio of 14 mol of n-hexanol to 1 mol of silver carbonate. Hereinafter, the liter is indicated by L, and the milliliter is indicated by mL. This dilute dispersion was supplied to a bead mill 19 shown in FIG. 11, and silver carbonate was made into fine particles using beads. This bead mill treatment was repeated 20 times to produce a raw material liquid 18 by converting silver carbonate into uniform fine particles, and the raw material liquid was stored in the raw material liquid storage tank 14.

次に、図1に示したように第1反応管30と第2反応管40を有するナノ粒子製造装置を用いる場合、電磁バルブ17を開き、第1反応管30、および第2反応管40に0.4L/分の割合で合計15Lのn−ヘキサノールを充填し、電磁バルブ17を閉じ、第1反応管30にさらに1.5Lのn−ヘキサノールを追加充填した。図1に示したナノ粒子製造装置を用いた実験を生成実験3〜5とする。図2に示したような第1反応管30のみを用いる予備実験では、電磁バルブを閉じたまま、8.5Lのn−ヘキサノールを充填する。第1反応管30のみを用いた実験を生成実験1〜2とする。さらに加熱装置22により、生成実験1〜2では、設定温度を110℃に調整した。生成実験3〜4では、第1反応管30内のn−ヘキサノールを100℃に、第2反応管40内のn−ヘキサノールを90℃に調整する。生成実験5では第1反応管30内と第2反応管40内のn−ヘキサノールを共に90℃に設定した。ポンプ21により、原料液貯留槽14の原料液18を400mL/分(生成実験1〜3)、450mL/分(生成実験4)、500mL/分(生成実験5)の流量で連続的に第1反応管30に供給した。第1反応管30では、回転装置50により回転子35を150rpmで回転させ、第2反応管では100rpmとし、第1と第2反応管30、40の内部に環状螺旋流を引き起こした。環状螺旋流の中で、炭酸銀はn−ヘキサノールにより還元されて、銀核の周囲にn−ヘキサノール由来有機物被覆銀ナノ粒子(C6AgAL)が生成される。ナノ粒子が生成されると、液はやや黒色に変化し、約10分間で黒色液が第1反応管30の下部に到達する。第2反応管40の出口に到達する時間は約15分以上である。100%反応済の液が出る時間は、サンプリング液の熱解析結果から、後述する表1の反応時間としてそれぞれ記されている。第1又は第2反応管からは連続的に液が供給量と同量だけ分の流量で抜かれており、各反応管内の液は攪拌を受けて常に一定の温度分布下で反応が進むように制御されている。最初の10分間は黒色ではないからn−ヘキサノールそのものであり、これは別の容器に送出される。20分経過時点から黒色液が生成され、この反応済の黒色液はナノ粒子が生成された生成液65であり、生成液貯留槽68に貯留される。炭酸ガスが発生し、第1反応管30の中はゲージ圧で0.3気圧と一定となるように背圧弁で調整されている。第2反応管40は圧力可変背圧弁を用い、ゲージ圧で0.32気圧と僅かに高くしてある。   Next, when using the nanoparticle production apparatus having the first reaction tube 30 and the second reaction tube 40 as shown in FIG. 1, the electromagnetic valve 17 is opened, and the first reaction tube 30 and the second reaction tube 40 are connected. A total of 15 L of n-hexanol was charged at a rate of 0.4 L / min, the electromagnetic valve 17 was closed, and the first reaction tube 30 was further charged with 1.5 L of n-hexanol. Experiments using the nanoparticle production apparatus shown in FIG. In a preliminary experiment using only the first reaction tube 30 as shown in FIG. 2, 8.5 L of n-hexanol is charged while the electromagnetic valve is closed. Experiments using only the first reaction tube 30 are referred to as generation experiments 1 and 2. Further, in the generation experiments 1 and 2, the set temperature was adjusted to 110 ° C. by the heating device 22. In the generation experiments 3 to 4, the n-hexanol in the first reaction tube 30 is adjusted to 100 ° C., and the n-hexanol in the second reaction tube 40 is adjusted to 90 ° C. In the production experiment 5, both n-hexanol in the first reaction tube 30 and the second reaction tube 40 were set to 90 ° C. The pump 21 continuously feeds the raw material liquid 18 in the raw material liquid storage tank 14 at a flow rate of 400 mL / min (generation experiments 1 to 3), 450 mL / min (generation experiment 4), and 500 mL / min (generation experiment 5). The reaction tube 30 was supplied. In the first reaction tube 30, the rotator 35 was rotated at 150 rpm by the rotating device 50, and the second reaction tube was set to 100 rpm, and an annular spiral flow was caused inside the first and second reaction tubes 30 and 40. In the annular spiral flow, silver carbonate is reduced by n-hexanol, and n-hexanol-derived organic-coated silver nanoparticles (C6AgAL) are generated around the silver core. When the nanoparticles are generated, the liquid turns slightly black, and the black liquid reaches the lower part of the first reaction tube 30 in about 10 minutes. The time to reach the outlet of the second reaction tube 40 is about 15 minutes or more. The time for the 100% reacted solution to appear is described as the reaction time in Table 1 described later from the thermal analysis result of the sampling solution. The liquid is continuously withdrawn from the first or second reaction tube at a flow rate equivalent to the supply amount, and the liquid in each reaction tube is stirred so that the reaction always proceeds under a constant temperature distribution. It is controlled. Since it is not black for the first 10 minutes, it is n-hexanol itself, which is delivered to another container. A black liquid is generated after 20 minutes, and this reacted black liquid is a generated liquid 65 in which nanoparticles are generated and is stored in the generated liquid storage tank 68. Carbon dioxide gas is generated, and the inside of the first reaction tube 30 is adjusted by a back pressure valve so that the gauge pressure is constant at 0.3 atm. The second reaction tube 40 uses a variable pressure back pressure valve, and the gauge pressure is slightly increased to 0.32 atm.

黒色の生成液65を生成ナノ粒子の特性を知る目的でサンプリングし、熱解析用に0.001kg取り出し、10分後に同少量取り出し、更に10分後に同少量取り出し、更に10分後に同少量取り出した。生成液65は生成液貯留槽68から10分毎に抜き取られ、遠心分離と減圧濾過によりn−ヘキサノールを除去し、ナノ粒子だけを抽出した。そのとき、各段階で抽出されたナノ粒子は、段階毎に収量を計測し、熱解析を行いナノ粒子の収量と特性を調べ、後述するように表1、表2に示した。供給液が無くなると、それに代えてn−ヘキサノールを供給し、10分間は反応済液を抜き取り続けるが、それ以後は希薄になるので別容器に移し、透明液が出るまでn−ヘキサノールを投入して容器内の残液洗浄を行い、反応を終了とした。   The black product liquid 65 was sampled for the purpose of knowing the characteristics of the produced nanoparticles, 0.001 kg was taken out for thermal analysis, the same amount was taken out after 10 minutes, the same amount was taken out after 10 minutes, and the same amount was taken out after 10 minutes. . The product liquid 65 was extracted from the product liquid storage tank 68 every 10 minutes, n-hexanol was removed by centrifugation and vacuum filtration, and only nanoparticles were extracted. At that time, the yield of the nanoparticles extracted at each stage was measured for each stage, thermal analysis was performed to examine the yield and characteristics of the nanoparticles, and the results are shown in Tables 1 and 2 as described later. When the supply liquid runs out, n-hexanol is supplied instead, and the reacted liquid continues to be withdrawn for 10 minutes, but after that it dilutes and is transferred to a separate container. The remaining liquid in the container was washed to finish the reaction.

Figure 0006017204
Figure 0006017204

表1には、生成実験5における反応結果の反応液取出経過時間ごとの詳細な分析結果が示されている。反応液サンプリング#1,#2では、初期の生成ナノ粒子ほど粒子径は小さく、それを反映してDTAピーク温度と銀化温度は少し低く、被覆量は高い。サンプリンング液と抽出回収のナノ粒子の熱解析の特性は、抽出条件が異なるので直接的比較は困難である。抽出回収のナノ粒子収量は、総計1.9kgであり、ナノ粒子の特性もほぼ同じであった。被覆量は平均9.2%であり、これより推定平均粒子径は11nmと得られた。
本反応システムを用いた生成実験5の単位時間当たりの最大ナノ粒子生成量は、総収量を、反応液取出しから反応終了までに要した時間0.55時間で除して、3.5Kg/hと求められる。また、表2には、生成実験1〜5におけるC6AgAL−MPの反応結果のまとめを示した。これらの結果から反応設定温度が高く、流量が小さいと平均被覆量は低く、したがってナノ粒子径は大きくなる。反応液の温度が設定温度より約10℃高くなるのは反応生成熱の発生のためである。
Table 1 shows the detailed analysis results for each reaction liquid extraction elapsed time of the reaction results in the generation experiment 5. In the reaction solution samplings # 1 and # 2, the particle size of the initial produced nanoparticles is smaller, and the DTA peak temperature and the silvering temperature are slightly lower, and the coating amount is higher. It is difficult to directly compare the characteristics of thermal analysis of sampling liquid and extraction / recovery nanoparticles because extraction conditions are different. The nanoparticle yield of extraction recovery was 1.9 kg in total, and the characteristics of the nanoparticles were almost the same. The average coating amount was 9.2%, and the estimated average particle size was 11 nm.
The maximum amount of nanoparticles produced per unit time in Production Experiment 5 using this reaction system is 3.5 Kg / h by dividing the total yield by the time required from the reaction solution removal to the completion of the reaction of 0.55 hours. Is required. Table 2 shows a summary of the reaction results of C6AgAL-MP in production experiments 1-5. From these results, when the reaction set temperature is high and the flow rate is small, the average coating amount is low, and therefore the nanoparticle diameter is large. The temperature of the reaction solution is about 10 ° C. higher than the set temperature because of the generation of reaction heat.

Figure 0006017204
Figure 0006017204

[炭酸銀・ブタノール:C4AgAL−MPのナノ粒子の生成実験6]
図1に示した第1反応管30及び第2反応管40を組み合わせたナノ粒子製造装置を用いて、ブタノール由来有機物被覆銀ナノ粒子(C4AgAL−MPと称する)の製造実験を行った。C4AgAL―MPの意味は、C4はC数が4であることを意味し、Agは銀核であることを意味し、ALはアルコールを意味する。C数が4のアルコールとは、ブタノールのことである。MPは、図1に示すような量産化連続製造システムを用いていることに対する表記であり、従来のポット法による記述C4AgALとは区別する。
まず、2kgの炭酸銀を9.4Lのノルマルブタノール(以下n−ブタノールと記す)と混合し、炭酸銀1モルに対してn−ブタノール14モルの混合比の希薄分散液を用意した。この希薄分散液を図11に示すビーズミル19に供給してビーズにより炭酸銀を微細微粒子化した。このビーズミル処理15回循環反復させて、炭酸銀の平均粒子径を100nm程度に微細化、均一分散化された原料液18を製造し、原料液貯留槽14に収容した。
[Silver carbonate / butanol: C4AgAL-MP nanoparticle production experiment 6]
A production experiment of butanol-derived organic-coated silver nanoparticles (referred to as C4AgAL-MP) was performed using the nanoparticle production apparatus in which the first reaction tube 30 and the second reaction tube 40 shown in FIG. 1 were combined. The meaning of C4AgAL-MP means that C4 has a C number of 4, Ag means a silver nucleus, and AL means an alcohol. An alcohol having 4 carbon atoms is butanol. MP is a notation for using the mass production continuous production system as shown in FIG. 1, and is distinguished from the description C4AgAL by the conventional pot method.
First, 2 kg of silver carbonate was mixed with 9.4 L of normal butanol (hereinafter referred to as n-butanol) to prepare a dilute dispersion having a mixing ratio of 14 mol of n-butanol with respect to 1 mol of silver carbonate. This diluted dispersion was supplied to a bead mill 19 shown in FIG. 11, and silver carbonate was made into fine particles by using beads. This bead mill treatment was repeated 15 times to produce a raw material liquid 18 in which the average particle size of silver carbonate was refined and uniformly dispersed to about 100 nm, and stored in the raw material liquid storage tank 14.

次に、電磁バルブ17を開き、第1反応管30、および第2反応管40に0.5L/分の割合で合計15Lのn−ブタノールを充填し、電磁バルブ17を閉じ、第1反応管にさらに1.5Lのn−ブタノールを追加充填した。さらに加熱装置22により、本生成実験6では第1反応管30、第2反応管40共、設定温度をそれぞれ85℃に設定した。電磁バルブ17を開き、ポンプ21により、原料液貯留槽14の原料液18を500mL/分の流量で、連続的に第1反応管30に供給した。第1反応管30では、回転装置50により回転子35を150rpmで回転させ、第2反応管40では100rpmとし、それぞれの反応管内部に環状螺旋流を引き起こした。環状螺旋流の中で、炭酸銀はn−ブタノールにより還元されて、銀核の周囲にn−ブタノール由来の有機物被覆銀ナノ粒子(C4AgAL)が生成される。
ナノ粒子が生成されると、液は黒褐色に変化する。約10分間で黒褐色液が第1反応管30の下部に到達する。第2反応管出口に到達する時間は約15分以上である。100%反応済の液が出る時間は、サンプリング液の熱解析結果から、後述の表3の反応時間としてそれぞれ記されている。反応管からは連続的に液が供給量と同量だけ分の流量で抜かれており、反応管内の液は攪拌を受けて常に一定の温度分布下で反応が進むように制御されている。最初の10分間は黒褐色ではないからn−ブタノールそのものであり、これは弁の開閉操作で別の容器に送出される。20分経過時点から黒褐色液が生成され、この反応済の黒褐色液はナノ粒子が生成された生成液65であり、生成液貯留槽68に貯留される。炭酸ガスが発生し、第1反応管30の中はゲージ圧で0.3気圧と一定になるよう背圧弁で調整されている。第2反応管40は圧力可変背圧弁を用い、ゲージ圧で0.32気圧と僅かに高くしてある。
Next, the electromagnetic valve 17 is opened, the first reaction tube 30 and the second reaction tube 40 are filled with a total of 15 L of n-butanol at a rate of 0.5 L / min, the electromagnetic valve 17 is closed, and the first reaction tube An additional 1.5 L of n-butanol was charged. Further, the set temperature was set to 85 ° C. for each of the first reaction tube 30 and the second reaction tube 40 in the production experiment 6 by the heating device 22. The electromagnetic valve 17 was opened and the raw material liquid 18 in the raw material liquid storage tank 14 was continuously supplied to the first reaction tube 30 at a flow rate of 500 mL / min by the pump 21. In the first reaction tube 30, the rotator 35 was rotated at 150 rpm by the rotating device 50, and in the second reaction tube 40, the rotation was set to 100 rpm, and an annular spiral flow was caused inside each reaction tube. In the circular spiral flow, silver carbonate is reduced by n-butanol, and organic-coated silver nanoparticles (C4AgAL) derived from n-butanol are produced around the silver core.
When nanoparticles are produced, the liquid turns blackish brown. The dark brown liquid reaches the lower part of the first reaction tube 30 in about 10 minutes. The time to reach the second reaction tube outlet is about 15 minutes or more. The time for the 100% reacted solution to appear is described as the reaction time in Table 3 to be described later from the thermal analysis result of the sampling solution. The liquid is continuously withdrawn from the reaction tube at a flow rate equivalent to the supply amount, and the liquid in the reaction tube is controlled so that the reaction always proceeds under a constant temperature distribution upon stirring. Since it is not black-brown for the first 10 minutes, it is n-butanol itself, which is sent to another container by opening and closing the valve. A black-brown liquid is generated after 20 minutes, and this reacted black-brown liquid is a generated liquid 65 in which nanoparticles are generated, and is stored in the generated liquid storage tank 68. Carbon dioxide gas is generated, and the pressure in the first reaction tube 30 is adjusted by a back pressure valve so that the gauge pressure is constant at 0.3 atm. The second reaction tube 40 uses a variable pressure back pressure valve, and the gauge pressure is slightly increased to 0.32 atm.

Figure 0006017204
Figure 0006017204

表3に示した試料のサンプリング#1〜4について説明する。生成ナノ粒子の特性を知る目的で反応液をサンプリングし、熱解析法により分析した。生成液65は生成液貯留槽68から10分毎に抜き取られ、遠心分離濾過と減圧濾過を行い、n−ブタノールを除去し、ナノ粒子だけを抽出した。そのとき、各段階で抽出されたナノ粒子は、段階毎に量を計測し、熱解析を行いナノ粒子の収量と特性を調べ、その結果は表3に示した。
供給液が無くなると、それに代えてn−ブタノールを供給し、10分間は反応済液を抜き取り続けるが、それ以後は希薄になるので別容器に移し、透明液が出るまでn−ブタノールを投入して容器内の残液洗浄を行い、反応終了とした。そして、反応時間毎のナノ粒子を分析し、銀核の平均粒径と被覆有機物量の重量%を測定した。
The samplings # 1 to # 4 shown in Table 3 will be described. The reaction solution was sampled and analyzed by thermal analysis for the purpose of knowing the properties of the produced nanoparticles. The product liquid 65 was extracted from the product liquid storage tank 68 every 10 minutes, subjected to centrifugal filtration and vacuum filtration to remove n-butanol, and only nanoparticles were extracted. At that time, the amount of nanoparticles extracted at each stage was measured for each stage, and thermal analysis was performed to examine the yield and characteristics of the nanoparticles. The results are shown in Table 3.
When the supply liquid runs out, n-butanol is supplied instead, and the reacted liquid continues to be withdrawn for 10 minutes. However, after that, it becomes diluted, so it is transferred to a separate container, and n-butanol is added until a clear liquid comes out. The remaining liquid in the container was washed to finish the reaction. Then, the nanoparticles for each reaction time were analyzed, and the average particle diameter of the silver nuclei and the weight percentage of the amount of the organic coating were measured.

本反応システムを用いた生成実験6の単位時間当たりの最大ナノ粒子生成量は、総収量を、反応液取出しから反応終了までに要した時間0.35時間で除して、5.4kg/hと求められる。生成実験6の結果をまとめると、表4に示した結果が得られる。   The maximum amount of nanoparticles produced per unit time in Production Experiment 6 using this reaction system is 5.4 kg / h by dividing the total yield by the time required from the reaction solution removal to the end of the reaction of 0.35 hours. Is required. When the results of the generation experiment 6 are summarized, the results shown in Table 4 are obtained.

Figure 0006017204
Figure 0006017204

これらの結果を生成実験5のn−ヘキサノールとの反応であるC6AgAL-MPの結果と比較すると、n−ブタノールの沸点はn−ヘキサノールより低いが、還元力は強く、より低温で被覆量が大きく、したがって粒子径の小さなナノ粒子が生成される。また、DTAピーク温度と、銀化温度も低く、接合用途では小さな粒子径分布が重要となるので、ナノ粒子の応用展開では、すべての面でn−ヘキサノール反応よりn−ブタノール反応の結果が優れていることが分かる。 When these results are compared with the results of C6AgAL-MP, which is the reaction with n-hexanol in Production Experiment 5, the boiling point of n-butanol is lower than that of n-hexanol, but the reducing power is strong and the coating amount is larger at lower temperatures. Thus, nanoparticles with a small particle size are produced. In addition, since the DTA peak temperature and silvering temperature are low and a small particle size distribution is important for bonding applications, the results of the n-butanol reaction are superior to the n-hexanol reaction in all aspects in the application development of nanoparticles. I understand that

本発明方法及び装置を用いれば、液相反応で粒径が均一なナノ粒子を大量に製造することができ、しかも螺旋流、特に環状螺旋流の中でナノ粒子を製造できるから、ナノ粒子の生成速度が速く、均一な粒径を有したナノ粒子の量産を可能にすることができる。本発明方法及び装置は任意の種類のナノ粒子を液相法で製造できるから、ナノ金属粒子、ナノ無機粒子、ナノ有機粒子などの製造を効率的に行うことが可能になる。従って、本発明方法及び装置は、接合分野、印刷分野、化粧品分野、化学工業分野など種々の産業分野に貢献することができる。   By using the method and apparatus of the present invention, it is possible to produce a large amount of nanoparticles having a uniform particle size by a liquid phase reaction and to produce nanoparticles in a spiral flow, particularly an annular spiral flow. The production speed is high, and it is possible to mass-produce nanoparticles having a uniform particle size. Since the method and apparatus of the present invention can produce any kind of nanoparticles by a liquid phase method, it is possible to efficiently produce nano metal particles, nano inorganic particles, nano organic particles, and the like. Therefore, the method and apparatus of the present invention can contribute to various industrial fields such as the bonding field, printing field, cosmetic field, and chemical industry field.

1 ナノ粒子自動製造装置
2 コンピュータ制御装置
3 ROM
4 CPU
5 RAM
6 入力装置(INPUT)
7 出力装置(OUTPUT)
8 I/Oポート
10 原料液製造部
11 溶媒
12 原料物質
13 原料液製造装置
13a 分散部
13b 遠心分離部
13c 冷水配管
14 原料液貯留槽
15 冷却装置
16 予熱装置
17 電磁バルブ
18 原料液
18a ミキサ
18b 三方弁
19 ビーズミル
20 ナノ粒子製造部
21 ポンプ
22 加熱装置
23 生成ガス冷却装置
23a 入力管
23b 螺旋管
23c 出力管
24 排気装置
24a 排気管
25 第1生成液
26 ナノ粒子
30 第1反応管
30a 反応管頭部
30b 環状受部
30c ドレインバルブ
30d 突管部
30e 流入端
30f 流出端
30g 反応管胴部
30h 外周壁
31 セパレータ
32 天板部
32a ガス抜孔
32b 外周縁
32d 環状開口部
33 環状部
34 締付ボルト
35 回転子
36 羽根
37 環状部
38 締付ボルト
39 区画
40 第2反応管
40a 反応管頭部
40b 環状受部
40c ドレインバルブ
40d 突管部
40e 流入端
40f 流出端
40g 反応管胴部
40h 外周壁
41 セパレータ
42 天板部
42a ガス抜孔
42b 外周縁
42d 環状開口部
43 環状部
44 締付ボルト
45 回転子
46 羽根
47 環状部
48 締付ボルト
49 区画
50 回転装置
51 回転連結部
52 回転軸
53 軸受
60 液化装置
64 液面計
65 生成液
66 安全ガス大気放出
67 溶媒回収
68 生成液貯留槽
69 電磁バルブ
70 生成液濃縮部
71 排気装置(真空ポンプ)
72 液化装置
73 溶媒回収
74 安全ガス大気放出
75 濃縮液貯留槽
76 電磁バルブ
78 濃縮液
80 生成液濃縮装置
81 吹付管
81a 入口端
81b 出口端
83 スプレー器
83a 噴霧孔
85 減圧大容器
86 排気口
87 大容器テーパ部
88 排出口
89 支持部材
90 濃縮液乾燥部
91 濃縮液乾燥装置
92 溶媒回収
93 ナノ粒子回収
94 ホッパー
95 回転テーブル
96 温度制御装置
97 乾燥ナノ粒子
98 真空排気装置
99 液化装置
99a 安全ガス大気放出
aa 混合液
e 螺旋流(下降螺旋流)
f 下降流(下降環状螺旋流ともいう)
g 生成ガス
j 螺旋流(上昇螺旋流)
k 上昇流(上昇環状螺旋流ともいう)
m 生成ガス
M モータ
P ポンプ
Q1 端子
Q2 端子
Q3 端子
Q4 端子
101 マイクロリアクター
102 超音波発生装置
103 ウォーターバス
104 反応器
105 底板
106 中間積層薄板
107 天板
108 流入路
109 マイクロチャンネル
109a マイクロチャンネル
109b マイクロチャンネル
110 流出口
124 連結ボルト
126 超音波
126a 超音波干渉で強め合う部分
126b 超音波干渉で弱め合う部分
201 反応器
202 反応管
203a ジルコニウム塩水溶液(原料水溶液)
203b 懸濁液
204 沈殿粒子
205 反応混合物(沈殿溶液)
206 ジルコニア水和物ゾル
207 加熱媒体
207a 入口
207b 出口
208 反応管内部に形成される速度勾配
212 pH調整剤
213 混合器
310 前駆体供給部
320 第1加熱部
321 第1循環器
330 第2加熱部
331 第2循環器
340 冷却部
350 移送装置
1 Nanoparticle automatic manufacturing equipment 2 Computer control equipment 3 ROM
4 CPU
5 RAM
6 Input device (INPUT)
7 Output device (OUTPUT)
8 I / O port 10 Raw material liquid production unit 11 Solvent 12 Raw material substance 13 Raw material liquid production device 13a Dispersion unit 13b Centrifugal separation unit 13c Cold water pipe 14 Raw material liquid storage tank 15 Cooling device 16 Preheating device 17 Electromagnetic valve 18 Raw material liquid 18a Mixer 18b Three-way valve 19 Bead mill 20 Nanoparticle production unit 21 Pump 22 Heating device 23 Generated gas cooling device 23a Input tube 23b Spiral tube 23c Output tube 24 Exhaust device 24a Exhaust tube 25 First product liquid 26 Nanoparticle 30 First reaction tube 30a Reaction tube Head portion 30b Annular receiving portion 30c Drain valve 30d Projection tube portion 30e Inlet end 30f Outlet end 30g Reaction tube body portion 30h Outer peripheral wall 31 Separator 32 Top plate portion 32a Gas vent hole 32b Outer peripheral edge 32d Annular opening 33 Annular portion 34 Tightening bolt 35 Rotor 36 Blade 37 Annular portion 38 Tightening bolt 39 Section 40 Second Reaction tube 40a Reaction tube head portion 40b Drain valve 40d Drain valve 40d Projection tube portion 40e Inflow end 40f Outflow end 40g Reaction tube body portion 40h Outer wall 41 Separator 42 Top plate portion 42a Gas vent hole 42b Outer peripheral edge 42d Annular opening 43 Annular Part 44 Clamping bolt 45 Rotor 46 Blade 47 Annular part 48 Clamping bolt 49 Compartment 50 Rotating device 51 Rotating connecting part 52 Rotating shaft 53 Bearing 60 Liquefaction device 64 Liquid level meter 65 Product liquid 66 Safety gas atmospheric release 67 Solvent recovery 68 Product solution reservoir 69 Electromagnetic valve 70 Product solution concentrator 71 Exhaust device (vacuum pump)
72 Liquefaction device 73 Solvent recovery 74 Safety gas release to atmosphere 75 Concentrated liquid storage tank 76 Solenoid valve 78 Concentrated liquid 80 Product liquid concentrating device 81 Spray pipe 81a Inlet end 81b Outlet end 83 Sprayer 83a Spray hole 85 Depressurized large container 86 Exhaust port 87 Large container taper section 88 Discharge port 89 Support member 90 Concentrated liquid drying section 91 Concentrated liquid drying apparatus 92 Solvent recovery 93 Nanoparticle recovery 94 Hopper 95 Rotary table 96 Temperature control apparatus 97 Dry nanoparticle 98 Vacuum exhaust apparatus 99 Liquefaction apparatus 99a Safety gas Atmospheric discharge aa Liquid mixture e Spiral flow (downward spiral flow)
f Downflow (also called down annular spiral flow)
g Generated gas j Spiral flow (upward spiral flow)
k Ascending flow (also called ascending annular spiral flow)
m Product gas M Motor P Pump Q1 Terminal Q2 Terminal Q3 Terminal Q4 Terminal 101 Microreactor 102 Ultrasonic generator 103 Water bath 104 Reactor 105 Bottom plate 106 Intermediate laminated thin plate 107 Top plate 108 Inflow path 109 Microchannel 109a Microchannel 109b Microchannel 110 Outlet 124 Connecting bolt 126 Ultrasonic wave 126a Part that strengthens by ultrasonic interference 126b Part that weakens by ultrasonic interference 201 Reactor 202 Reaction tube 203a Zirconium salt aqueous solution (raw material aqueous solution)
203b Suspension 204 Precipitated particles 205 Reaction mixture (precipitation solution)
206 Zirconia hydrate sol 207 Heating medium 207a Inlet 207b Outlet 208 Velocity gradient 212 formed in the reaction tube 212 pH adjuster 213 Mixer 310 Precursor supply unit 320 First heating unit 321 First circulator 330 Second heating unit 331 Second circulator 340 Cooling unit 350 Transfer device

Claims (13)

溶媒に原料物質を混合したナノ粒子製造用の原料液を用意し、前記原料液が流通する反応管を配置し、前記反応管の内部に前記原料液と同一の溶媒及び/又は前記原料液を充填し、前記反応管の前記溶媒をナノ粒子の合成温度に温度制御し、前記原料液を前記反応管の流入端に供給し、供給された前記原料液と前記反応管の溶媒とが混合されながら又は前記原料液が撹拌されながら前記反応管の外周壁内面の周方向に沿って周回しつつ前記流入端から流出端へと流通する環状螺旋流を形成し、前記環状螺旋流の中で前記原料物質からナノ粒子を形成し、前記反応管の流出端から前記ナノ粒子を含んだ生成液を送出し、ここで、前記反応管が前記原料液の流通方向に沿って一つ以上の区画に区分され、前記区画の入口側には前記外周壁内面に沿って周方向に開口した環状開口部が形成され、前記環状螺旋流は前記環状開口部を通過して一つ以上の前記区画を流通してゆき、前記環状螺旋流の中で前記ナノ粒子が形成され、前記区画はセパレータから次のセパレータまでを範囲とする領域であり、前記セパレータの天板部には一個以上のガス抜孔が開口され、生成ガスを前記ガス抜孔から上方に抜けさせることを特徴とするナノ粒子の製造方法。 A raw material solution for producing nanoparticles in which a raw material is mixed in a solvent is prepared, a reaction tube through which the raw material solution flows is arranged, and the same solvent and / or the raw material solution as the raw material solution is placed inside the reaction tube. And the temperature of the solvent in the reaction tube is controlled to the nanoparticle synthesis temperature, the raw material liquid is supplied to the inflow end of the reaction tube, and the supplied raw material liquid and the solvent in the reaction tube are mixed. forming a Nagato or annular helical flow which flows to the outlet end from the inlet end while orbiting along the circumferential direction of the outer peripheral wall inner surface of the reaction tube wherein the raw material solution while being stirred, the in the annular spiral flow Nanoparticles are formed from the raw material, and the product liquid containing the nanoparticles is sent out from the outflow end of the reaction tube, where the reaction tube is placed in one or more compartments along the flow direction of the raw material liquid. The inlet side of the compartment is along the inner surface of the outer peripheral wall. An annular opening that is open in the circumferential direction is formed, the annular spiral flow passes through the annular opening and flows through one or more of the compartments, and the nanoparticles are formed in the annular spiral flow The partition is a region extending from a separator to the next separator, and one or more gas vent holes are opened in the top plate portion of the separator, and the generated gas is allowed to escape upward from the gas vent holes. A method for producing nanoparticles. 前記原料液はナノ粒子が合成されない温度範囲内で予熱されている請求項に記載のナノ粒子の製造方法。 The method for producing nanoparticles according to claim 1 , wherein the raw material liquid is preheated within a temperature range in which the nanoparticles are not synthesized. 1段以上の前記反応管が直列及び/又は並列して構成され、各反応管の内部の前記環状螺旋流は下降流、上昇流、傾斜流又は水平流から選択される請求項1又は2に記載のナノ粒子の製造方法。 One or more stages of the reaction tube is configured in series and / or parallel to, said annular helical flow downward flow inside of each reaction tube, an upward flow, to claim 1 or 2 is selected from the inclined flow or horizontal flow The manufacturing method of the nanoparticle of description. 前記溶媒と前記原料物質が前記合成温度で反応して前記ナノ粒子が製造される請求項1〜3のいずれかに記載のナノ粒子の製造方法。 The method for producing nanoparticles according to any one of claims 1 to 3 , wherein the nanoparticles are produced by the reaction of the solvent and the raw material at the synthesis temperature. 前記原料液の製造工程、前記生成液を製造した後に前記生成液を濃縮して前記ナノ粒子の濃度を増大させる濃縮液の製造工程、及び前記濃縮液を更に乾燥させる濃縮液の乾燥工程のいずれか一つ以上の工程を付加する請求項1〜4のいずれかに記載のナノ粒子の製造方法。 Any of a manufacturing process of the raw material liquid, a manufacturing process of a concentrated liquid that increases the concentration of the nanoparticles after the manufacturing of the generating liquid, and a drying process of the concentrated liquid that further dries the concentrated liquid The method for producing nanoparticles according to any one of claims 1 to 4 , wherein one or more steps are added. 前記濃縮液の製造工程では、前記生成液を減圧容器の中に噴霧して前記生成液から溶媒を蒸発させ、流下した前記ナノ粒子の濃度が増大した濃縮液を回収する請求項に記載のナノ粒子の製造方法。 6. The process for producing the concentrate according to claim 5 , wherein in the step of producing the concentrate, the product liquid is sprayed into a vacuum container to evaporate the solvent from the product liquid, and the concentrate having an increased concentration of the flowing down nanoparticles is recovered. A method for producing nanoparticles. 前記濃縮液の乾燥工程では、前記濃縮液を容器の中で真空乾燥させ、少なくともナノ粒子が飛散しない程度以上にまで乾燥させる請求項5又は6に記載のナノ粒子の製造方法。 The method for producing nanoparticles according to claim 5 or 6 , wherein in the drying step of the concentrated liquid, the concentrated liquid is vacuum-dried in a container and dried to an extent that at least the nanoparticles are not scattered. 溶媒に原料物質を混合したナノ粒子製造用の原料液と同一の溶媒及び/又は前記原料液が充填される反応管と、前記反応管の前記溶媒及び/又は前記原料液をナノ粒子の合成温度に温度制御する温度制御器と、前記原料液が供給される前記反応管の流入端と、供給された前記原料液と前記反応管の前記溶媒を混合しながら又は前記原料液を撹拌しながら前記反応管の外周壁内面に沿って環状螺旋流を形成する回転子と、前記環状螺旋流の中で前記原料物質からナノ粒子を形成して前記ナノ粒子を含んだ生成液を排出する前記反応管の流出端と、前記反応管の軸芯位置に配置される回転軸と、前記回転軸に相互に離間して固定される1個以上のセパレータと、隣り合うセパレータの間に、又はセパレータと前記反応管の管端との間に形成される区画と、前記区画内の前記回転軸に固定される前記回転子と、前記セパレータの外周縁と前記反応管の前記外周壁内面との間に形成される環状開口部からなり、前記環状螺旋流は前記環状開口部を通過して前記区画を流通してゆき、前記環状螺旋流の中で前記ナノ粒子が形成されることを特徴とするナノ粒子の製造装置。 The same solvent as the nanoparticle manufacturing raw material liquid in which the raw material is mixed in the solvent and / or the reaction tube filled with the raw material liquid, and the synthesis temperature of the nanoparticles in the solvent and / or the raw material liquid in the reaction tube A temperature controller for controlling the temperature, an inflow end of the reaction tube to which the raw material liquid is supplied, the mixing of the supplied raw material liquid and the solvent of the reaction tube, or stirring the raw material liquid A rotor that forms an annular spiral flow along the inner surface of the outer peripheral wall of the reaction tube, and the reaction tube that discharges the product liquid containing the nanoparticles by forming nanoparticles from the source material in the annular spiral flow An outlet end of the reaction tube, a rotating shaft disposed at the axial center of the reaction tube, one or more separators fixed to the rotating shaft so as to be spaced apart from each other, between adjacent separators, or between the separator and the Formed between the tube ends of the reaction tube And an annular opening formed between an outer peripheral edge of the separator and an inner surface of the outer peripheral wall of the reaction tube. wherein through the annular opening so on are flowing through the compartment, the manufacturing apparatus of the annular said nanoparticles in the spiral flow is formed nanoparticles, wherein Rukoto is. 前記セパレータは、天板部に一個以上のガス抜孔を開口した請求項に記載のナノ粒子の製造装置。 The said separator is a manufacturing apparatus of the nanoparticle of Claim 8 which opened the 1 or more gas vent hole in the top-plate part. 前記反応管に供給される前に、前記原料液をナノ粒子が合成されない温度範囲内で事前に予熱する予熱装置が配置されている請求項8又は9に記載のナノ粒子の製造装置。 The nanoparticle production apparatus according to claim 8 or 9 , wherein a preheating device for preheating the raw material liquid in advance within a temperature range in which nanoparticles are not synthesized is arranged before being supplied to the reaction tube. 1段以上の前記反応管が直列及び/又は並列して構成され、各反応管の内部の前記環状螺旋流は下降流、上昇流、傾斜流又は水平流に選択される請求項8〜10のいずれかに記載のナノ粒子の製造装置。 One or more stages of the reaction tube is configured in series and / or parallel to, said annular helical flow downward flow inside the respective reaction tubes, upflow of claims 8-10 which is selected on the inclined flow or horizontal flow The nanoparticle production apparatus according to any one of the above. 前記原料液の製造装置、前記生成液を製造した後に前記生成液を濃縮して前記ナノ粒子の濃度を増大させた濃縮液の製造装置、及び前記濃縮液を更に乾燥させる濃縮液の乾燥装置のいずれか一つ以上の装置を付加する請求項8〜11のいずれかに記載のナノ粒子の製造装置。 An apparatus for producing the raw material liquid, an apparatus for producing a concentrate in which the production liquid is concentrated after the production liquid is produced to increase the concentration of the nanoparticles, and a liquid drying apparatus for further drying the liquid concentrate The nanoparticle production apparatus according to any one of claims 8 to 11 , wherein any one or more apparatuses are added. 請求項8〜12のいずれかに記載のナノ粒子の製造装置と、前記ナノ粒子の製造装置を電気信号により制御するコンピュータ制御装置と、前記コンピュータ制御装置に保存されたプログラムに従って動作し、前記ナノ粒子の製造装置を自動制御することを特徴とするナノ粒子の自動製造装置。 The nanoparticle production apparatus according to any one of claims 8 to 12 , a computer control apparatus that controls the nanoparticle production apparatus using an electrical signal, and a program stored in the computer control apparatus, An automatic nanoparticle production apparatus characterized by automatically controlling a particle production apparatus.
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