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TWI382960B - 金屬氧化物粒子之製造方法及製造裝置 - Google Patents

金屬氧化物粒子之製造方法及製造裝置 Download PDF

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TWI382960B
TWI382960B TW098134620A TW98134620A TWI382960B TW I382960 B TWI382960 B TW I382960B TW 098134620 A TW098134620 A TW 098134620A TW 98134620 A TW98134620 A TW 98134620A TW I382960 B TWI382960 B TW I382960B
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titanium oxide
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TW098134620A
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Inventor
Bunsho Ohtani
Yasushi Kuroda
Noriyuki Sugishita
Original Assignee
Univ Hokkaido Nat Univ Corp
Showa Denko Kk
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Description

金屬氧化物粒子之製造方法及製造裝置
本發明關於10面體氧化鈦粒子之製造方法及製造裝置。本申請案係以2008年10月15日在日本申請的特願2008-266675號為基礎，主張優先權，在此援用其內容。
近年來，作為光觸媒的氧化鈦粒子係受到注目，其製造方法係被檢討。例如，專利文獻1、2及非專利文獻1中揭示具有10面體的箱型形狀，主要由銳鈦礦型結晶所構成的氧化鈦粒子(以下稱為「10面體氧化鈦粒子」)及其製造方法。此10面體氧化鈦粒子，由於每單位質量的表面積大，結晶性高，而且內部缺陷少，作為光觸媒，係記載具有高活性。再者，非專利文獻2中記載前述10面體氧化鈦粒子係反應性高的(001)面之比率高，有希望作為光觸媒。
非專利文獻2中記載的10面體氧化鈦粒子之製造方法，係利用採用氟酸的水熱反應，由於不適合於工業製造，我們再試驗專利文獻1、2及非專利文獻1中所揭示的10面體氧化鈦粒子之製造方法。
專利文獻1、2及非專利文獻1中所揭示的10面體氧化鈦粒子之製造方法，係藉由從反應管的外部來加熱，而將導入反應管內的四氯化鈦蒸氣與氧急加熱‧急冷卻，進行以下反應式(1)所示的反應之方法。
[化1]
TiCl4 +O2 →TiO2 +2Cl2 ...(1)
藉由上述反應式(1)的反應，在反應區域的下游側，得到含10面體氧化鈦粒子的粉末生成物。然而，前述粉末生成物係未達全部生成物中的40%，其餘為白色膜狀生成物，黏著於前述反應區域的反應管之內壁面。
如以上地，於專利文獻1、2及非專利文獻1所揭示的10面體氧化鈦粒子之製造方法中，膜狀生成物係大量地黏著於反應管的內壁面，發生10面體氧化鈦粒子的生產性降低等問題。
再者，若在前述膜狀生成物黏著於反應管的內壁面之狀態下繼續上述反應，則得到更容易生成膜狀生成物，同時粉末生成物中的10面體氧化鈦粒子之比率徐徐降低的結果。
又，此製造方法，不僅在製造10面體氧化鈦粒子的情況，而且在合成氧化鈦粒子的情況，亦發生同樣的結果，於前述反應區域中，發生生成物的50%以上作為膜狀生成物黏著於反應管的內壁面之問題。
因此，為了高效率連續地生成10面體氧化鈦粒子或其以外的氧化鈦粒子，在反應管內壁面必須不產生膜狀生成物。
先前技術文獻
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第04/063431號手冊
[專利文獻2]特開2006-52099號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]草野大輔、寺田佳弘、阿部龍、大谷文章、第98回觸媒討論會(平成18年9月)、討論會A預稿集、234頁
[非專利文獻2]Hua Gui Yang等人、Nature、Vol.453,p.638～p.641
本發明係鑒於上述情事而完成者，目的為提供10面體氧化鈦粒子之製造方法及製造裝置，其可抑制在反應管的內壁部黏著的膜狀生成物之生成，將金屬氯化物的蒸氣與氧急加熱‧急冷卻，而高效率連續地製造金屬氧化物粒子。
本發明者們為了解決上述問題而重複專心致力的檢討，結果發現藉由使用由中空外筒、與自中空外筒的上游側起到途中為止所插入而成的中空內筒所構成的雙重管，在前述中空外筒流動不含四氯化鈦蒸氣的氣體，在前述中空內筒流動含四氯化鈦蒸氣的氣體，在中空內筒的下游側，於使前述2種類的氣體合流的狀態下急加熱，急冷卻，而可抑制反應管的內壁面所生成的膜狀生成物，可有效率地製造10面體氧化鈦粒子。
即，本發明提供以下的手段。
(1)一種10面體氧化鈦粒子之製造方法，其係在具有中空內筒插入中空外筒的上游部之部分雙重管構造的反應管中，使反應氣體流通而製造10面體氧化鈦粒子之方法，其特徵為：在前述中空內筒流動含四氯化鈦的前述反應氣體，同時一邊在前述中空內筒與前述中空外筒之間流動不含金屬氯化物的阻隔氣體，一邊預熱比前述中空內筒的下游端部還上游中的前述反應氣體與前述阻隔氣體，且正式加熱在比前述中空內筒的下游端部還下游側間隔一距離的區域中之前述反應氣體，而使前述四氯化鈦熱分解。
(2)如(1)記載的10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中前述預熱的溫度為136℃以上750℃以下。
(3)如(1)～(2)中任一項記載的10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中前述正式加熱的溫度為800℃以上1500℃以下。
(4)如(1)～(3)中任一項記載的10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中前述反應氣體包含氧氣或/及氮氣。
(5)如(1)～(4)中任一項記載的10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中前述阻隔氣體包含氧氣、氮氣、氬、水蒸氣或此等之中至少2種類的氣體。
(6)如(1)～(5)中任一項記載的10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中相對於前述中空內筒的反應氣體之流路截面積而言，前述中空外筒與前述中空內筒之間的阻隔氣體之流路截面積為2倍以上。
(7)如(1)～(6)中任一項記載的10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中相對於前述中空內筒的反應氣體之流路截面積而言，比前述中空內筒的下游端部還下游側的反應管之流路截面積為3倍以上。
(8)如(1)～(7)中任一項記載的10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中在比前述中空內筒的下游端部還上游側，相對於前述反應氣體的線速度而言，前述阻隔氣體的線速度為0.1～10的範圍內。
(9)如(1)～(8)中任一項記載的10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中在比前述中空內筒的下游端部還上游側，前述反應氣體所含有的前述四氯化鈦之濃度為0.5～50體積%。
(10)如(1)～(9)中任一項記載的10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中在比前述中空內筒的下游端部還下游側，前述合流氣體所含有的前述四氯化鈦之濃度為0.1～20體積%。
(11)如(1)～(10)中任一項記載的10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中由前述中空內筒的下游端部所噴出的前述反應氣體到達800℃以上的正式加熱區域之最上游端為止的時間為250毫秒以下。
(12)如(11)記載的10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中前述反應氣體在前述正式加熱區域的滯留時間為2～500毫秒。
(13)如(1)～(12)中任一項記載的10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中前述反應氣體的雷諾數為10～10000。
(14)一種10面體氧化鈦粒子之製造裝置，其係在具有中空內筒插入中空外筒的上游部之部分雙重管構造的反應管中，使反應氣體流通而製造10面體氧化鈦粒子之裝置，其特徵為：在比前述中空內筒的下游端部還上游處，設有將在前述中空內筒流動之含四氯化鈦的前述反應氣體、及在前述中空內筒與前述中空外筒之間流動之不含金屬氯化物的阻隔氣體預熱的預熱區域，在比前述中空內筒之下游端部還下游側間隔一距離的區域中，設有正式加熱前述反應氣體以使前述四氯化鈦熱分解的正式加熱區域。
依照上述構成，可提供高效率連續製造10面體氧化鈦粒子之製造方法及製造裝置，其可抑制在反應管的內壁部黏著的膜狀生成物之生成，將金屬氯化物的蒸氣與氧急加熱‧急冷卻，而高效率連續製造金屬氧化物粒子。
本發明的10面體氧化鈦粒子之製造方法，係在具有中空內筒插入中空外筒的上游部之部分雙重管構造的反應管中，使反應氣體流通而製造金屬氧化物粒子的10面體氧化鈦粒子之方法。在前述中空內筒流動含金屬氯化物的四氯化鈦之前述反應氣體，同時一邊在前述中空內筒與前述中空外筒之間流動不含金屬氯化物的阻隔氣體，一邊預熱比前述中空內筒的下游端部還上游中的前述反應氣體與前述阻隔氣體。然後，正式加熱在比前述中空內筒的下游端部還下游側間隔一距離的區域中之前述反應氣體，而使前述金屬氯化物熱分解。因此，可在短時間內形成適合於正式加熱的溫度，快速地進行金屬氯化物的蒸氣與氧之間的氧化反應，同時可抑制反應管的內壁面所生成的膜狀生成物之發生，可有效率地製造適合作為光觸媒材的10面體氧化鈦粒子。
本發明之金屬氧化物粒子的10面體氧化鈦粒子之製造裝置，係在具有中空內筒插入中空外筒的上游部之部分雙重管構造的反應管中，使反應氣體流通而製造10面體氧化鈦粒子之裝置。在比前述中空內筒的下游端部還上流處，設有將在前述中空內筒流動之含金屬氯化物之四氯化鈦的前述反應氣體、及在前述中空內筒與前述中空外筒之間流動之不含金屬氯化物的阻隔氣體預熱的預熱區域。在比前述中空內筒之下游端部還下游側間隔一距離的區域中，設有正式加熱前述反應氣體以使前述金屬氯化物熱分解的正式加熱區域。由於如此的構成，可抑制反應管的內壁面所生成的膜狀生成物之發生，可有效率地製造金屬氧化物粒子。
 實施發明的形態
本發明關於10面體氧化鈦粒子之製造方法及製造裝置，尤其關於將氣相之四氯化鈦蒸氣與氧急加熱，在製造10面體氧化鈦粒子之際有效率之製造方法及製造裝置。
以下說明用於實施本發明的形態。惟，本發明不受以下的各實施形態所限定，例如可適合地組合此等實施形態的構成要素彼此。
(第1實施形態) ＜金屬氧化物粒子之製造裝置＞
圖1係顯示本發明之實施形態的金屬氧化物粒子(10面體氧化鈦粒子)之製造裝置的一例之模型圖。以下說明製造氧化鈦粒子的情況之一例。
如圖1所示地，本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造裝置101的概略構成係具備：具有由中空外筒1與自中空外筒1的上游側1a起到途中為止所插入而成的中空內筒5所構成的雙重管構造部52、與僅由中空外筒1所構成的單重管構造部51之反應管11；以局部加熱單重管構造部51的方式，配置在反應管11的外部之加熱裝置2；連接於中空外筒1的上游側1a之阻隔氣體導入管4、4a；連接於中空內筒5的上游側5a之反應氣體導入管25a、25b；及，連接於中空外筒1的下游側1b之生成物回收部3。作為反應管11，例如可舉出由石英等所構成的圓筒管。
即，在反應管11中，比中空內筒5的下游端部5b還上游側係成為雙重管構造部52(部分雙重管構造)，比中空內筒5的下游端部5b還下游側係成為單重管構造部51。
於中空外筒1的上游側1a，連接用於導入不含四氯化鈦等的金屬氯化物之阻隔氣體的阻隔氣體導入管4，阻隔氣體導入管4係經由氣化器6連接至另一阻隔氣體導入管4a。
雖然在圖中省略，但是另一阻隔氣體導入管4a係經由閥而連接至氧(O2 )、氮(N2 )及水的供給源。氣化器6的溫度例如為165℃，將由另一阻隔氣體導入管4a所導入的水氣化而成為水蒸氣。藉此，成為可將由氧、氮及水蒸氣的混合氣體所構成的阻隔氣體從阻隔氣體導入管4供應給中空外筒1之構成。
在中空內筒5的上游側5a，經由另一氣化器7，連接用於導入含四氯化鈦(TiCl4 )等的金屬氯化物之蒸氣的反應氣體之反應氣體導入管25a、25b。
雖然在圖中省略，但是反應氣體導入管25a係成為經由閥而連接至四氯化鈦的供給源，可將四氯化鈦供應給中空內筒5的構成。
又，反應氣體導入管25b係成為經由閥而連接至氧及氮的供給源，可將氧及氮氣供應給中空內筒5的構成。
氣化器7的溫度例如為165℃，將四氯化鈦氣化而成為四氯化鈦蒸氣。藉此，成為可將由氧、氮及氯化鈦蒸氣的混合氣體所構成的反應氣體供應給中空外筒1之構成。
中空內筒5係在自中空外筒1的上游側1a起到途中為止插入，其下游端部5b係配置在中空外筒1的長度方向之中心附近。藉此，反應管11具有由中空外筒1與中空內筒5所構成的雙重管構造部52、及僅由中空外筒1所構成的單重管構造部51。
於雙重管構造部52中，設有被中空內筒5的內徑所規定的中空內筒開口部26、及在中空外筒1與中空內筒5之間的環狀開口部27之2個開口部。又，於單重管構造部51中，設有被中空外筒1的內徑所規定的中空外筒開口部28。
於雙重管構造部52中，中空外筒1與中空內筒5較佳為具有同軸構造。此係因為藉由將反應氣體集中在中心軸側，可抑制反應氣體朝反應管11的內壁面之擴散，而抑制膜狀生成物的發生。
作為中空內筒5，可使用能給予同軸平行流、斜交流、十字流等的中空內筒，較佳為能給予同軸平行流的中空內筒。
一般地，能給予同軸平行流的中空內筒5，與能給予斜交流或十字流的中空內筒相比，混合的程度係差。於本發明中，在中空內筒5內所流動之含四氯化鈦蒸氣的反應氣體、與在中空內筒5之外側所流動之不含四氯化鈦蒸氣的阻隔氣體，係在比中空內筒5的下游端部5b還下游側合流之際，不易發生反應氣體與阻隔氣體的混合而較宜。此係因為反應氣體與阻隔氣體的不易發生混合，可抑制反應氣體朝反應管11的內壁面之擴散，可抑制膜狀生成物的發生。
因此，雙重管構造部52較佳係由中空外筒1、及能給予與中空外筒1呈同軸平行流的中空內筒5所構成。
如圖1所示地，自氣化器6的出口6b起到中空外筒1為止的區域係成為預熱區域X。又，自氣化器7的出口7b起到中空內筒5的下游端部5b為止之區域係成為預熱區域Y。
在預熱區域X、Y，用配置在外部的電熱器來加熱阻隔氣體導入管4、反應管11的雙重管構造部52，以預熱在阻隔氣體導入管4、反應管11的雙重管構造部52之內部所流動的氣體。即，預熱中空內筒5內所流動之含四氯化鈦蒸氣的反應氣體以及在阻隔氣體導入管4及雙重管構造部52的中空外筒1之內側且在中空內筒5的外側所流動之不含四氯化鈦蒸氣的阻隔氣體。
在中空內筒5的下游端部5b之位置起的下游側，係成為僅由中空外筒1所構成的單重管構造部51。以局部加熱單重管構造部51的方式，將2個加熱裝置2配置在反應管11的外部。
作為加熱裝置2，例如可舉出照射紅外線進行加熱的紅外線金面反射爐(ULVAC理工株式會社製)。然而，本實施形態所用的加熱裝置係不受此所限定，例如亦可使用氫氧燃燒器或電熱器等。
再者，雖然將中空內筒5的下游端部5b配置在加熱裝置(紅外線金面反射爐)2之上游側的未照射紅外線的位置，但是亦可配置在照射紅外線的位置。
在比中空內筒5的下游端部5b還下游側，以圍繞反應管11的方式，設置捲繞白金板(圖示略)而成的正式加熱區域A。
白金板由於吸收從加熱裝置(紅外線金面反射爐)2所照射的紅外線而發熱，故反應管1係僅在與白金板接觸的部分被局部加熱。藉此，反應管11內部所流動的四氯化鈦等之金屬氯化物係以氣相進行氧化反應，而生成氧化鈦粒子等的金屬氧化物粒子。
正式加熱區域A的溫度係可藉由白金族與加熱裝置(紅外線金面反射爐)2的組合來進行精密的溫度控制。藉由溫度控制器(省略圖示)來控制由加熱裝置(紅外線金面反射爐)2所照射的紅外線之強度，可設定在800℃以上1500℃以下的任意溫度。
如圖1所示地，在預熱區域Y與正式加熱區域A之間，設有不由外部直接加熱的中間區域Z。於中間區域Z，自中空內筒5所流出的反應氣體、與自中空外筒1與中空內筒5之間的環狀開口部27所流出的阻隔氣體係合流而成為合流氣體。
於中空外筒1的下游側1b，連接經由排出管8而連接將金屬氧化物粒子等的生成物回收的生成物回收部3。生成物回收部3係由袋濾器等所構成。
又，於生成物回收部3的下游側，連接有排氣泵3a與壓力調整閥3b。通常，生成物係積聚在生成物回收部3，隨著過濾器愈來愈堵塞，反應管11的內部壓力上升。藉由排氣泵3a的抽吸而抑制此壓力上升，可使在常壓附近進行金屬氯化物的氧化反應。
再者，於此情況下，藉由調整壓力調整閥3b，及藉由調節排氣泵3a的抽吸力，可更有效率地生成金屬氧化物粒子。
生成物回收部3所回收的金屬氧化物粒子，例如係10面體氧化鈦粒子或其以外的氧化鈦粒子。
本實施形態的10面體氧化鈦粒子係與專利文獻1的定義同樣地，意味具有10面體的箱型形狀之氧化鈦粒子。
又，本實施形態的10面體氧化鈦粒子以外之氧化鈦粒子，係意味在以本實施形態的製造方法所得氧化鈦粒子之中，作為上述10面體氧化鈦粒子所沒有定義者。
＜具有多重管構造的反應管＞
圖1中說明具備具雙重管構造的反應管11之製造裝置，但是本發明的實施形態之金屬氧化物粒子的製造裝置，係不受此所限定。若舉例，則亦可為用具有三重管構造的反應管之製造裝置等用具有更多重管構造的反應管之製造裝置。
例如，說明使用具備具三重管構造的反應管之金屬氧化物粒子之製造裝置的情況，該三重管構造係配置有用於給予同軸平行流的：中空外筒、在其內側所配置的中空內筒(中間部的中空內筒)、與在其更內側即反應管內的最內側所配置的中空內筒(內側的中空內筒)。於以內側的中空內筒之下游端部與中間部的中空內筒之下游端部在長度方向中成為同位置的方式作配置的狀態下，在內側的中空內筒流動不含四氯化鈦等的金屬氯化物之阻隔氣體，在內側的中空內筒與中間部的中空內筒之間的環狀開口部流動含四氯化鈦等的金屬氯化物之反應氣體，而且在中間部的中空內筒與中空外筒之間的另一環狀開口部流動不含四氯化鈦等的金屬氯化物之反應氣體。藉此，於比各中空內筒的下游端部還下游側之中，阻隔氣體可將反應氣體包在裏面，而抑制反應管的內壁面所生成的膜狀生成物之發生，可得到氧化鈦粒子。
使用具三重管構造的反應管之優點為：由於可使含四氯化鈦等的金屬氯化物之反應氣體在內側的中空內筒與中間部的中空內筒之間的環狀開口部流動，故與用雙重管構造的反應管時的反應氣體之流路截面積相比，可增大反應氣體的流路截面積。藉此，可更增大每單位時間的四氯化鈦之反應量，可提高金屬氧化物粒子的生產性。再者，中空外筒與2個中空內筒的配置係可為同軸或偏心中任一者，較佳為同軸。
＜金屬氧化物粒子之製造方法＞
接著，關於本發明之實施形態的金屬氧化物粒子(10面體氧化鈦粒子)之製造方法，以使用圖1所示的金屬氧化物粒子之製造裝置101，製造氧化鈦粒子的情況當作一例來說明。
本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造方法具有：於金屬氧化物粒子的製造裝置101中，在中空內筒5流動含金屬氯化物的蒸氣之反應氣體，同時在中空外筒1流動不含金屬氯化物的蒸氣之阻隔氣體，藉由雙重管構造部52來分別預熱前述反應氣體與前述阻隔氣體的步驟(預熱步驟)，及藉由單重管構造部51將前述反應氣體與前述阻隔氣體合流後，正式加熱由前述反應氣體與前述阻隔氣體所成的合流氣體，以製造金屬氧化物粒子的步驟(正式加熱步驟)。
＜預熱步驟＞
首先，由阻隔氣體導入管4a導入氧、氮及水。藉由氣化器6使水成為水蒸氣後，使由氧、氮及水蒸氣所成的混合氣體(以下稱為阻隔氣體)流到阻隔氣體導入管4內。
此阻隔氣體係不含四氯化鈦等的金屬氯化物之氣體。具體地，此阻隔氣體係氧(O2 )、氮、氬、水蒸氣及臭氧(O3 )等，可單獨使用此等，也可組合使用。因此，可使用只有氧、只有氮、只有氬、氧與惰性氣體的混合氣體、氧與水蒸氣的混合氣體、氧與水蒸氣和惰性氣體的混合氣體、或水蒸氣與惰性氣體的混合氣體等。再者，作為氧與惰性氣體的混合氣體，亦可使用空氣。
由於在自阻隔氣體導入管4起的雙重管構造部52之間設有預熱區域X，故在流入阻隔氣體導入管4而通過雙重管構造部52的中空外筒1與中空內筒5之間的環狀開口部27之間，阻隔氣體被加熱到一定的預熱溫度。
另一方面，由反應氣體導入管25a導入四氯化鈦。藉由氣化器7使四氯化鈦成為蒸氣後，與由另一反應氣體導入管25b所導入的氧及氮混合，由四氯化鈦的蒸氣、氧及氮所構成的混合氣體(以下稱為反應氣體)係流入中空內筒5內。
此反應氣體係含四氯化鈦的蒸氣。具體地，此反應氣體可使用四氯化鈦的蒸氣與氧的混合氣體、四氯化鈦的蒸氣與惰性氣體的混合氣體、或四氯化鈦的蒸氣與氧和惰性氣體的混合氣體等。再者，作為氧與惰性氣體的混合氣體，亦可使用空氣。
由於自中空內筒5的上游側起的雙重管構造部52之間的區域係成為預熱區域Y，故流入中空內筒5內的反應氣體係被加熱到一定的預熱溫度。預熱區域Y的預熱溫度例如為150℃。
＜反應氣體與阻隔氣體的組合＞
作為反應氣體與阻隔氣體的組合，最佳為使用由四氯化鈦的蒸氣與氧所成的混合氣體當作反應氣體，使用氧氣當作阻隔氣體。藉由使用此組合，可提高「粉末生成物中的10面體氧化鈦粒子之比率」，同時可抑制反應管11的內壁面所生成的膜狀生成物之發生。
再者，「粉末生成物中的10面體氧化鈦粒子之比率」係指用掃描型電子顯微鏡，以任意的視野觀察由任意取樣的氧化鈦所成的粉末生成物，而得之相對於氧化鈦粒子而言10面體氧化鈦粒子之比率。
再者，於使用由四氯化鈦的蒸氣與氧所成的混合氣體當作反應氣體，使用氮氣當作阻隔氣體時，雖然可提高「粉末生成物中的10面體氧化鈦粒子之比率」，但是無法完全抑制在反應管11之內壁面生成的膜狀生成物之發生，而在反應管11的內壁面生成若干的膜狀生成物。
又，於使用由四氯化鈦的蒸氣與氧所成的混合氣體當作反應氣體，使用由氧與水蒸氣所成混合氣體當作阻隔氣體時，隨著(水的物質量[mol])/(四氯化鈦的物質量[mol])之比值，生成物的狀態會變化。
首先，於(水的物質量[mol])/(四氯化鈦的物質量[mol])之比為3以上時，雖然膜狀生成物不會完全黏著於反應管11的內壁面，但是在中空內筒5的下游端部5b，筒狀的固體生成物會成長。此現象係(水的物質量[mol]/(四氯化鈦的物質量[mol])之比愈大愈顯著。又，粉末生成物中的粒子彼此之熔黏亦變非常大。
又，於(水的物質量[mol])/(四氯化鈦的物質量[mol])之比在0.5～3的範圍內時，在中空內筒5的下游端部5b所產生的筒狀固體生成物係不太成長，其長度變短。又，於此範圍內愈增加水蒸氣的供給量，膜狀生成物量愈減少，粉末生成物中的粒子彼此之熔黏愈大。
再者，於使用由四氯化鈦的蒸氣與氮所成的混合氣體當作反應氣體，使用氧氣當作阻隔氣體時，雖然可提高「粉末生成物中的10面體氧化鈦粒子之比率」，但是無法完全抑制在反應管11之內壁面生成的膜狀生成物之發生，而在反應管11的內壁面生成若干的膜狀生成物。
＜預熱溫度＞
如本實施形態所示地，當使用含四氯化鈦的蒸氣與氧的反應氣體時，由於過度提高預熱區域X、Y的預熱溫度，若前述反應氣體的溫度成為800℃以上，則中空內筒5內流動之四氯化鈦的蒸氣與氧之間進行氧化反應，而在中空內筒5內生成氧化鈦粒子，同時在中空內筒5的內壁面生成膜狀生成物。於此狀態下，當繼續氧化鈦粒子的製造時，中空內筒5內會發生由於膜狀生成物所致的阻塞。因此，預熱溫度較佳為至少未達800℃。
又，於中空內筒5內流動之含四氯化鈦蒸氣的反應氣體不含有氧時，阻隔氣體中必須含有氧。於此情況下，亦過度提高預熱區域X、Y的預熱溫度，若反應氣體與阻隔氣體的預熱溫度各自超過750℃，則在中空內筒5的內壁面生成針狀生成物，中空內筒5的下游端部5b會發生阻塞。
因此，預熱區域X、Y的反應氣體與阻隔氣體之預熱溫度各自更佳為750℃以下。
相反地，若預熱區域X、Y的預熱溫度未達四氯化鈦的沸點之136℃，則四氯化鈦的蒸氣在中空內筒5內會發生一部分凝聚。
根據以上，預熱區域X、Y的預熱溫度較佳為136℃以上750℃以下的溫度範圍。又，預熱區域X、Y的預熱溫度尤佳為150℃以上500℃以下的溫度範圍，更佳為150℃以上250℃以下的溫度範圍。
藉由使預熱區域X、Y的預熱溫度成為上述溫度範圍，於預熱區域X、Y中，不供應用於四氯化鈦與氧的氧化反應之進行所需要的熱量，而不進行前述氧化反應。然而，藉由使預熱區域X、Y成為上述的預熱溫度，可在正式加熱區域A於短時間內成為正式加熱溫度。藉此，可使一口氣地反應，可提高氧化鈦粒子的製造效率。
＜正式加熱步驟＞
經預熱區域X、Y所加熱的反應氣體與阻隔氣體係在中間區域Z合流，而成為合流氣體。然後，於正式加熱區域A中將合流氣體急加熱到正式加熱溫度後，於正式加熱區域A的下游側之區域中使急冷卻，而生成金屬氧化物粒子。
在中空內筒5的下游端部5b起之下游側，不設置此中間區域Z而形成正式加熱區域的情況中，由中空內筒5的下游端部5b噴出到反應管11內時，立即發生金屬氯化物的分解反應，而在中空內筒5的下游端部5b生成膜狀生成物。因此，發生堵塞中空內筒5的情況。然而，藉由設置中間區域Z，在中間區域Z係不加熱含反應氣體的合流氣體，由於前述合流氣體的溫度未達800℃，故不發生上述問題。
＜正式加熱溫度＞
正式加熱區域A的加熱溫度較佳為800℃以上1500℃以下的溫度範圍。
於正式加熱區域A的加熱溫度未達800℃時，先前記載的一般反應式(1)所示的四氯化鈦蒸氣與氧之間的氧化反應係不進行，而無法生成氧化鈦粒子。
相反地，於正式加熱區域A的加熱溫度超過1500℃時，氧化鈦粒子互相熔黏，而降低氧化鈦粒子的比表面積。因此，氧化鈦粒子的光觸媒特性變差。
正式加熱區域A的加熱溫度尤佳為1000℃以上1300℃以下的溫度範圍，更佳為1100℃以上1300℃以下的溫度範圍。
於正式加熱區域A的加熱溫度未達1100℃時，供應給反應管11內的四氯化鈦蒸氣並未完全被消耗，而發生一部分未反應照原樣殘留著的情況。
相反地，於正式加熱區域A的加熱溫度超過1300℃時，氧化鈦粒子彼此的熔黏變顯著，使氧化鈦粒子的比表面積降低，同時使氧化鈦粒子的光觸媒特性變差。
於正式加熱區域A中，藉由外部的加熱裝置2加熱的反應管11之內壁面係成為最高溫，故在此部分變容易發生氧化反應，膜狀生成物黏著於反應管11的內壁面。此膜狀生成物係四氯化鈦蒸氣的濃度愈高愈容易生成。
於氣體由雙重管構造部52向單重管構造部51流動時，由中空內筒5流出反應氣體，阻隔氣體由中空外筒1與中空內筒5之間的環狀開口部27流出。阻隔氣體包圍反應氣體，可使反應氣體不接近反應管11的內壁面，故即使在正式加熱區域A中使反應管11的內壁面成為最高溫，也可在反應管11的內壁面抑制膜狀生成物的生成。
＜四氯化鈦的濃度＞
於雙重管構造部52中，較佳為使中空內筒5內所流動的四氯化鈦之濃度成為0.5～50體積%，尤佳成為1～30體積%，更佳成為2～15體積%。藉由便中空內筒5內所流動的四氯化鈦之濃度在上述範層內，可延遲四氯化鈦蒸氣從反應管11的中心軸附近往反應管11的內壁面側之擴散，可使反應氣體更不接近反應管11的內壁面。藉此，可進一步抑制在反應管11之內壁面生成的膜狀生成物之發生。
於中空內筒5內所流動的四氯化鈦之濃度比50體積%還高時，黏著於反應管11的內壁面之膜狀生成物的量變多。
相反地，於中空內筒5內所流動的四氯化鈦之濃度比0.5%還低時，粉末生成物中的10面體氧化鈦粒子之比率降低。
於單重管構造部51中，較佳為使中空外筒1內所流動的合流氣體中之四氯化鈦的濃度成為0.1～20體積%，尤佳成為0.1～5體積%，更佳成為0.2～2體積%。藉由使中空外筒1內所流動的合流氣體中之四氯化鈦的濃度在上述範層內，可延遲四氯化鈦蒸氣從反應管11的中心軸附近到反應管11的內壁面側之擴散，可使反應氣體更不接近反應管11的內壁面。藉此，可進一步抑制反應管11的內壁面所生成的膜狀生成物之發生。
於中空外筒1內所流動的合流氣體中之四氯化鈦的濃度比20體積%還高時，黏著於反應管11之內壁面的膜狀生成物之量變多。
相反地，於中空外筒1內所流動的合流氣體中之四氯化鈦的濃度比0.1%還低時，粉末生成物中的10面體氧化鈦粒子之比率降低。
於反應氣體與阻隔氣體噴出到單重管構造部51時，由於從反應管11的中心軸附近所配置的中空內筒5噴出含有四氯化鈦蒸氣的反應氣體，故反應管11的中心軸附近之四氯化鈦的濃度係最高。
於作為合流氣體通過正式加熱區域A之際，四氯化鈦蒸氣係徐徐地從反應管11的中心軸附近擴散到反應管11的內壁面側。即，愈往下游側，反應管11的內壁面側之四氯化鈦的濃度愈徐徐升高，在反應管11的內壁面生成膜狀生成物之虞亦升高。
因此，在反應管11的中心軸附近有四氯化鈦存在的正式加熱區域A之上游側，要求使四氯化鈦蒸氣與氧高效率地反應，而消耗四氯化鈦蒸氣。
再者，為了使四氯化鈦蒸氣與氧高效率地反應，要求最合適地設定內筒開口部、環狀開口部及外筒開口部的截面積以及反應氣體、阻隔氣體及合流氣體的線速度。
＜內筒開口部、環狀開口部及外筒開口部的截面積＞
反應管11的雙重管構造部52，若觀看截面，係以包圍具有圓形的內筒開口部26之中空內筒5的方式，配置具有圓形的外筒開口部28之中空外筒1。藉此，在中空外筒1與中空內筒5之間設置環狀開口部27。即，於雙重管構造部52中，設置由中空內筒5之內徑所規定的內筒開口部26、及在中空外筒1與中空內筒5之間的環狀開口部27之2個開口部。又，於單重管構造部51中，設置由中空外筒1的內徑所規定的外筒開口部28。
反應氣體係通過內筒開口部26，阻隔氣體係通過中空外筒1與中空內筒5之間的環狀開口部27。再者，由反應氣體與阻隔氣體所合流成的合流氣體係通過外筒開口部28。
相對於中空內筒5的反應氣體之流路截面積而言，即相對於內筒開口部26的截面積而言，中空外筒1與中空內筒5之間的阻隔氣體之流路截面積，即中空外筒1與中空內筒5之間的環狀開口部27之截面積較佳為2倍以上。
阻隔氣體的流路截面積，由於係反應氣體的流路截面積之2倍以上，當反應氣體與阻隔氣體噴出到單重管構造部51時，可使反應氣體更不接近反應管11的內壁面。藉此，可進一步抑制反應管11的內壁面所生成的膜狀生成物之發生。
又，藉由使阻隔氣體的流路截面積成為反應氣體的流路截面積之2倍以上，可延遲四氯化鈦蒸氣從反應管11的中心軸附近往反應管11的內壁面側之擴散，可進一步抑制反應管11的內壁面所生成的膜狀生成物之發生。
再者，由於此比愈大，則膜狀生成物的生成量愈有減少的傾向，故相對於內筒開口部26的截面積而言，中空外筒1與中空內筒5之間的環狀開口部27之截面積尤佳為4倍以上，較佳為8倍以上。
作為使用具有一定內徑的中空外筒1，增大相對於內筒開口部26的截面積而言環狀開口部27的截面積之比的手法，有使中空內筒5的外徑成為固定，增厚中空內筒5的壁厚而縮小中空內筒5的內徑之手法，及使中空內筒5的內徑成為固定，減薄中空內筒5的壁厚而縮小中空內筒5的外徑之手法。
相對於中空內筒5的反應氣體之流路截面積而言，即相對於內筒開口部26之截面積而言，比中空內筒5的下游端部5b還下游側的反應管11之流路截面積，即外筒開口部28的截面積，較佳為3倍以上。
反應氣體的流路截面積，由於係合流氣體的流路截面積之3倍以上，當反應氣體與阻隔氣體噴出到單重管構造部51時，可使反應氣體更不接近反應管11的內壁面。藉此，可進一步抑制反應管11的內壁面所生成的膜狀生成物之發生。
又，藉由使合流氣體所流動的空間之截面積成為反應氣體的流路截面積之3倍以上，可延遲四氯化鈦蒸氣從反應管11的中心軸附近往反應管11的內壁面側之擴散，可進一步抑制反應管11的內壁面所生成的膜狀生成物之發生。
再者，由於此比愈大，則膜狀生成物的生成量愈有減少的傾向，故相對於內筒開口部26的截面積而言，外筒開口部28的截面積較佳為6倍以上，更佳為10倍以上。
作為相對於內筒開口部26的截面積而言增大外筒開口部28的截面積之比的手法，例如有使中空外筒1的內徑成為固定，縮小中空內筒5的內徑之手法，及使中空內筒5的內徑成為固定，增大中空外筒1的內徑之手法。
＜線速度＞
於雙重管構造部52中，相對於反應氣體的線速度而言，較佳為使阻隔氣體的線速度在0.1～10的範圍內，尤佳在0.25～4的範圍內，更佳在0.5～2的範圍內。
藉由以大致同一速度流動反應氣體與阻隔氣體，可延遲四氯化鈦蒸氣從反應管11的中心軸附近往反應管11的內壁面側之擴散，可使反應氣體更不接近反應管11的內壁面。藉此，可進一步抑制反應管11的內壁面所生成的膜狀生成物之發生。
於雙重管構造部52中，相對於反應氣體的線速度而言若阻隔氣體的線速度未達0.1，則無法抑制四氯化鈦蒸氣從反應管11的中心軸附近往反應管11的內壁面側之擴散，反應管11的內壁面所黏著的膜狀生成物之量變多。
相反地，相對於反應氣體的線速度而言若阻隔氣體的線速度超過10，則反應管11的內壁面所黏著的膜狀生成物之量變多。
＜經過時間＞
由中空內筒5的下游端部5b所噴出的反應氣體到達800℃以上的正式加熱區域A之最上游端為止的時間(以下稱為經過時間)較佳為250毫秒以下，更佳為70毫秒以下。
再者，由於前述反應氣體與中間區域Z所形成的阻隔氣體合流而成為合流氣體，故當作前述合流氣體自中空內筒5的下游端部5b噴出起到達800℃以上的正式加熱區域A之最上游端為止的時間。
於前述經過時間為250毫秒以下時，中間區域Z形成的反應氣體與阻隔氣體所成的合流氣體係立刻送入正式加熱區域A，反應氣體中所含有的四氯化鈦係被氧化反應所立刻消耗。即，在由於四氯化鈦蒸氣從反應管11的中心軸附近起往反應管11的內壁面側之擴散，而使反應管11的內壁面附近的四氯化鈦蒸氣之濃度變高之前，四氯化鈦蒸氣被消耗。藉此，可減少反應管11的內壁面所生成的膜狀生成物之量。
於前述經過時間比250毫秒還長，前述合流氣體不立刻送入正式加熱區域A時，在中間區域Z的反應管11之內壁面附近的四氯化鈦蒸氣之濃度分布變高，在反應管11的內壁面黏著的膜狀生成物之量增加。
＜滯留時間＞
反應氣體，即合流氣體，在正式加熱區域A的滯留時間(以下稱為滯留時間)較佳為2～500毫秒的範圍內，尤佳為2～300毫秒的範圍內，更佳為50～250毫秒的範圍內。
於前述滯留時間超過500毫秒時，氧化鈦粒子彼此變容易熔黏，粉末生成物中的10面體氧化鈦粒子之比率降低。
相反地，於前述滯留時未達2毫秒時，在通過正式加熱區域A之際，四氯化鈦的氧化反應不完全進行，未反應的四氯化鈦殘留，氧化鈦粒子的生產性降低，同時粉末生成物中的10面體氧化鈦粒子的比率亦降低。
＜雷諾數＞
反應氣體即合流氣體的雷諾數較佳為10～10000的範圍，尤佳為20～2000的範圍，更佳為50～500的範圍。
藉由使雷諾數在上述範圍內，可提高阻隔氣體抑制四氯化鈦蒸氣往反應管11的外側擴散之效果。藉此，可減少在反應管11的內壁面生成的膜狀生成物之量。又，此效果最高係在雷諾數為50～500的範圍之層流時。
於雷諾數超過10000時，合流氣體的亂流狀態變顯著，而喪失阻隔氣體抑制四氯化鈦蒸氣從反應管11的中心軸附近往內壁面側的擴散之效果，膜狀生成物對反應管11的內壁面之黏著量增加。
相反地，於雷諾數未達10時，反應氣體及阻隔氣體的線速度各自變低，而喪失阻隔氣體抑制四氯化鈦蒸氣從反應管11的中心軸附近往內壁面側的擴散之效果，膜狀生成物對反應管11的內壁面之黏著量增加。
雷諾數Re係藉由Re=D×u×ρ/μ的式來計算。此處，D係中空外筒1的內徑(m)，u係線速度(m/s)，ρ係密度(kg/m3 )，μ係黏度[kg/(m×s)]。
＜中空外筒的內徑D＞
於本實施形態中，用21(mm)當作中空外筒1的內徑D之值。又，用反應後的合流氣體(Cl2 +O2 )之線速度(1200℃換算值)當作u之值。
用反應後的合流氣體(Cl2 +O2 )之密度(1200℃換算值)當作ρ之值。再者，用反應後的合流氣體之黏度(1200℃換算值)當作μ之值。
＜合流氣體的線速度u＞
作為反應後之合流氣體(Cl2 +O2 )的線速度u之值，用反應氣體(TiCl4 +O2 )的線速度u(1200℃換算值)。
於藉由先前記載的反應式(1)之反應而完全消耗反應氣體中所含有的TiCl4 時，生成TiCl4 的2倍(流)量之Cl2 ，O2 係隨著TiCl4 的部分被消耗，而O2 流量減少。但是，由於所生成的TiO2 係粒子而不是氣體，故此反應前後所流動的氣體全體之流量係不變。
＜合流氣體的密度ρ＞
為了計算反應後的合流氣體(Cl2 +O2 )之密度ρ的值，使用每單位時間所流動的反應後之合流氣體的流量(即反應氣體的流量)。
首先，將反應後之合流氣體的流量換算成1200℃的流量當作X1200 ℃(m3 )。使用反應後之合流氣體的流量X1200 ℃(m3 )之標準狀態(0℃、1atm)下之流量，求得合流氣體的質量Y0 ℃,1atm (kg)。此時，反應後之合流氣體的密度ρ=Y0 ℃,1atm (kg)/X1200 ℃(m3 )。
＜合流氣體的黏度μ＞
於反應後的合流氣體(Cl2 +O2 )之黏度μ的計算中，使用μ=exp{a+b×ln(t+273)}的算出式。上述算出式中，t係溫度，此處為1200℃。又，a、b係由所使用的氣體之種類所決定的常數，Cl2 的a=0.015、b=0.864，O2 的a=1.289、b=0.711之值。再者，a、b的此等值係由皆已知的t與μ之組合，解a與b的聯立方程式而得之值。
＜合流氣體的黏度μ＞
藉由下式，將反應後的合流氣體(Cl2 +O2 )之黏度μ平均化，求得反應後的合流氣體之黏度μ(1200℃時)。
反應後的合流氣體之黏度μ(1200℃時)={(Cl2 的流量之1200℃換算值)×(1200℃時的Cl2 之黏度)+(O2 的流量之1200℃換算值)×(1200℃時的O2 )之黏度)}/{反應後的合流氣體(Cl2 +O2 )之流量}
以上係以氧化鈦粒子當作金屬氧化物粒子的例子來說明，惟不受此等所限制，例如金屬氧化物粒子亦可為氧化矽素粒子、氧化錫粒子等。於此等情況下，各自使用含四氯化矽蒸氣及含四氯化錫蒸氣的反應氣體。
本發明之實施形態的金屬氧化物粒子(10面體氧化鈦粒子)之製造方法，係在具有中空內筒5插入中空外筒1的上游部之部分雙重管構造(雙重管構造部52)的反應管11中，使反應氣體流通而製造金屬氧化物粒子之方法。其構成為在中空內筒5流動含金屬氯化物的前述反應氣體，同時一邊在中空內筒5與中空外筒1之間流動不含金屬氯化物的阻隔氣體，一邊預熱比中空內筒5的下游端部5b還上游中的前述反應氣體與前述阻隔氣體，正式加熱在比中空內筒5的下游端部5b還下游側隔一距離的區域中之前述反應氣體，而使前述金屬氯化物熱分解。因此，在短時間內成為適合於正式加熱的溫度，可快速地進行金屬氯化物的蒸氣與氧之間的氧化反應，同時可抑制反應管11的內壁面所生成的膜狀生成物之發生，可有效率地製造適合作為光觸媒材料的10面體氧化鈦粒子或其以外的氧化鈦粒子等金屬氧化物粒子。
本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造方法，係金屬氯化物為四氯化鈦，金屬氧化物粒子為10面體氧化鈦粒子的構成，可抑制在反應管11的內壁面生成的膜狀生成物之發生，而有效率地製造氧化鈦粒子。
本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造方法，係預熱的溫度為136℃以上750℃以下的構成，可抑制在反應管11的內壁面生成的膜狀生成物之發生，而有效率地製造金屬氧化物粒子。
本發明之實施例施形態的金屬氧化物粒子之製造方法，係正式加熱的溫度為800℃以上1500℃以下的構成，可抑制在反應管11的內壁面生成的膜狀生成物之發生，而有效率地製造金屬氧化物粒子。
本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造方法，由於反應氣體係包含氧氣或/及氮氣的構成，可抑制在反應管11的內壁面生成的膜狀生成物之發生，而有效率地製造金屬氧化物粒子。
本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造方法，由於阻隔氣體係包含氧氣、氮氣、氬、水蒸氣或此等之中至少2種類的氣體之構成，可抑制在反應管11的內壁面生成的膜狀生成物之發生，而有效率地製造金屬氧化物粒子。
本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造方法，係相對於中空內筒5的反應氣體之流路截面積(內筒開口部26截面積)而言，中空外筒1與中空內筒5之間的阻隔氣體之流路截面積(環狀開口部27截面積)為2倍以上之構成，可抑制在反應管11的內壁面生成的膜狀生成物之發生，而有效率地製造金屬氧化物粒子。
本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造方法，係相對於中空內筒5的反應氣體之流路截面積(內筒開口部26截面積)而言，比中空內筒5的下游端部5b還下游側的反應管11之流路截面積(外筒開口部28截面積)為3倍以上之構成，可抑制在反應管11的內壁面生成的膜狀生成物之發生，而有效率地製造金屬氧化物粒子。
本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造方法，係在比中空內筒5的下游端部5b還上游側(雙重管構造部52)，相對於反應氣體的線速度而言，阻隔氣體的線速度為0.1～10的範圍內之構成，可抑制在反應管11的內壁面生成的膜狀生成物之發生，而有效率地製造金屬氧化物粒子。
本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造方法，係在比中空內筒5的下游端部5b還上游側(雙重管構造部52)，反應氣體所含有的金屬氯化物之濃度為0.5～50體積%之構成，可抑制在反應管11的內壁面生成的膜狀生成物之發生，而有效率地製造金屬氧化物粒子。
本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造方法，係在比中空內筒5的下游端部5b還下游側(單重管構造部51)，反應氣體所含有的金屬氯化物之濃度為0.1～20體積%之構成，可抑制在反應管11的內壁面生成的膜狀生成物之發生，而有效率地製造金屬氧化物粒子。
本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造方法，係中空內筒的下游端部所噴出的前述反應氣體到達800℃以上的正式加熱區域A之最上游端為止的時間為250毫秒以下之構成，可抑制在反應管11的內壁面生成的膜狀生成物之發生，而有效率地製造金屬氧化物粒子。
本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造方法，係前述反應氣體在前述正式加熱區域的滯留時間為2～500毫秒之構成，可抑制在反應管11的內壁面生成的膜狀生成物之發生，而有效率地製造金屬氧化物粒子。
本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造方法，係前述反應氣體的雷諾數為10～10000之構成，可抑制在反應管11的內壁面生成的膜狀生成物之發生，而有效率地製造金屬氧化物粒子。
本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造裝置101，係在具有中空內筒5插入中空外筒1的上游部之部分雙重管構造(雙重管構造部52)的反應管11中，使反應氣體流通而製造金屬氧化物粒子之裝置，其為在比前述中空內筒5的下游端部5b還上游處，設有將在前述中空內筒5流動之含金屬氯化物的前述反應氣體、及在前述中空內筒5與前述中空外筒1之間流動之不含金屬氯化物的阻隔氣體預熱的預熱區域X、Y，在比前述中空內筒5之下游端部5b還下游側間隔一距離的區域中，設有正式加熱前述反應氣體以使前述金屬氯化物熱分解的正式加熱區域A之構成。由於如此的構成，可抑制在反應管11的內壁面生成的膜狀生成物之發生，而有效率地製造金屬氧化物粒子。
(第2實施形態)
圖2係顯示本發明之實施形態的金屬氧化物粒子(10面體氧化鈦粒子)之製造裝置的另一例之模型圖。對與第1實施形態所示構件相同的構件，附有顯示相同的符號。
如圖2所示地，本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造裝置102，係以中空內筒5的下游端部5b在2個加熱裝置(紅外線金面反射爐)2所夾持的區域中大幅突出的方式，而配置中空內筒5。自預熱區域Y的下游側末端起到下游端部5b的位置為止，白金板(省略圖示)捲繞在中空外筒1上，而形成另一預熱區域B。於此等以外，係成為與第1實施形態所示的金屬氧化物粒子之製造裝置101同樣的構成。
此加熱裝置(紅外線金面反射爐)2係藉由溫度控制器(省略圖示)各自獨立地控制上游側與下游側。藉此，預熱區域B與正式加熱區域A係成為各自設定在不同之任意溫度而可控制的構成。
除了預熱區域X、Y，亦更使通過另一預熱區域B，而可將反應氣體與阻隔氣體的溫度各自更精密地控制在136℃以上750℃以下的溫度範圍。
接著，關於本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造方法的另一例，使用圖2所示的金屬氧化物粒子之製造裝置來說明。
首先，與第1實施形態所示的金屬氧化物粒子之製造方法同樣地，由阻隔氣體導入管4a、4將阻隔氣體導入反應管12的中空外筒1，同時由反應氣體導入管25a、25b將反應氣體導入反應管12的中空內筒5。此時，水係藉由氣化器6而成為水蒸氣，四氯化鈦係藉由氣化器7而成為四氯化鈦的蒸氣。
其次，在預熱區域X、Y將阻隔氣體與反應氣體加熱後，在另一預熱區域B進一步加熱阻隔氣體與反應氣體，而將反應氣體與阻隔氣體的溫度各自精密地控制在136℃以上750℃以下的溫度範圍之指定預熱溫度。
接著，在中間區域Z使反應氣體與阻隔氣體合流後，在正式加熱區域A將前述合流氣體以800℃以上1500℃以下的溫度範圍正式加熱。
將通過正式加熱區域A後的合流氣體立刻冷卻，而生成氧化鈦粒子。在生成物回收部3回收氧化鈦粒子。
本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造方法，除了第1實施形態所示的效果，係在預熱區域X、Y將阻隔氣體與反應氣體加熱後，於另一預熱區域B更加熱阻隔氣體與反應氣體，而將反應氣體與阻隔氣體的溫度各自精密地控制在136℃以上750℃以下的溫度範圍之指定預熱溫度的構成，可進一步抑制在反應管12的內壁面生成的膜狀生成物之發生，而更有效率地製造金屬氧化物粒子。
本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造裝置102之構成為具備：具有由中空外筒1與在中空外筒1的上游側起到途中為止所插入而成的中空內筒5所構成的雙重管構造部52、與僅由中空外筒1所構成的單重管構造部51之反應管12，以局部加熱單重管構造部51的一部分之方式而配置在反應管12的外部之加熱裝置2，連接於中空外筒1的上游側之阻隔氣體導入管4、4a，連接於中空內筒5的上游側之反應氣體導入管25a、26b，及連接於中空外筒1的下游側之生成物回收部3。藉由此等的構成，可抑制在反應管12的內壁面生成的膜狀生成物之發生，而有效率地製造10面體氧化鈦粒子等的金屬氧化物粒子。
[實施例]
以下以實施例為基礎來具體地說明本發明。然而，本發明不受此等實施例所限定。在不變更其要旨的範圍內，可適宜變更而實施。
(實施例1)
使用圖1所示的金屬氧化物粒子之製造裝置101，如以下地製造氧化鈦粒子。
首先，使用外徑25.0mm、內徑21.0mm、厚度2.0mm的石英管當作中空外筒1，使用外徑12.7mm、內徑10.0mm、厚度1.3mm的石英管當作中空內筒5，以中空外筒1與中空內筒5成為同軸的方式作為配置而製作具有雙重管構造的反應管11。藉此，相對於內筒開口部截面積而言環狀開口部截面積為2.6倍，相對於內筒開口部截面積而言外筒開口部截面積為4.09倍。
其次，於反應管11的一部分上，捲繞16cm的白金板，以紅外線照射此部分的方式配置加熱裝置(紅外線金面反射爐)2，設定正式加熱區域A。
又，以中空內筒5的下游端部5b成為自正式加熱區域A的上游端起7cm上游的位置之方式，配置中空內筒5。配合此而配置電熱器，設定將反應氣體與阻隔氣體預熱的預熱區域X、Y。
將由氧(O2 )氣所成的阻隔氣體導入阻隔氣體導入管4a後，使通過經保溫在165℃的氣化器6內，對中空外筒1導入阻隔氣體。再者，阻隔氣體的流量為2316NmL/min。
使用四氯化鈦(TiCl4 )的蒸氣與氧的混合氣體當作反應氣體。首先，使由反應氣體導入管25a所導入的四氯化鈦通過經保溫在165℃的氣化器7，而成為四氯化鈦的蒸氣，同時由反應氣體導入管25b將氧導入，於此等成為混合氣體的狀態下，對中空內筒5導入反應氣體。
接著，在預熱區域X、Y將反應氣體與阻隔氣體各自加熱到150℃。再者，預熱區域X、Y的反應氣體中之四氯化鈦濃度為2.7體積%，反應氣體的流量為848NmL/min。又，相對於在預熱區域X、Y的反應氣體之線速度而言，阻隔氣體的線速度之比為1.0。
然後，使經預熱的反應氣體與阻隔氣體在中間區域Z合流，而成為合流氣體。中間區域Z的合流氣體中之四氯化鈦的濃度為0.72體積%。又，中間區域Z的合流氣體之雷諾數為72。再者，此雷諾數係在比中空內筒5的下游端部5b還下游中，假定合流氣體成為1200℃時的值。又，在中間區域Z形成合流氣體後，前述合流氣體到達正式加熱區域A的最上游端為止的時間(經過時間)係88毫秒。
接著，在正式加熱區域A中，以溫度控制器(省略圖示)控制加熱裝置2，而使白金板的表面溫度成為1200℃，將合流氣體加熱。
此時，合流氣體在正式加熱區域A的滯留時間為200毫秒。再者，此滯留時間係在比中空內筒5的下游端部5b還下游中，假定合流氣體成為1200℃時的值。最後，在生成物回收部3回收氧化鈦粒子。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為84%。又，藉由掃描型電子顯微鏡來觀察氧化鈦粒子，可知粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為70%。
(實施例2)
使用圖1所示的金屬氧化物粒子之製造裝置101，在以下的條件下製造氧化鈦粒子。再者，以下所示的條件以外係與實施例1同樣的條件。
首先，使用外徑12.0mm、內徑7.9mm、厚度2.1mm的石英管當作中空內筒5，以製作反應管11。藉此，相對於內筒開口部截面積而言環狀開口部截面積為4.8倍，相對於內筒開口部截面積而言外筒開口部截面積為7.07倍。
其次，將由氧(O2 )氣所成的阻隔氣體導入中空外筒1，將由四氯化鈦(TiCl4 )的蒸氣與氧所成的反應氣體導入中空內筒5。再者，阻隔氣體的流量為2546NmL/min。
接著，在預熱區域X、Y將反應氣體與阻隔氣體各自加熱到150℃。再者，預熱區域X、Y的反應氣體中之四氯化鈦濃度為4.2體積%，反應氣體的流量為534NmL/min。
然後，使經預熱的反應氣體與阻隔氣體在中間區域Z合流，而成為合流氣體。中間區域Z的合流氣體中之四氯化鈦的濃度為0.73體積%。又，中間區域Z的合流氣體之雷諾數為70。
接著，在正式加熱區域A中，以溫度控制器(省略圖示)控制加熱裝置2，而使白金板的表面溫度成為1200℃，將合流氣體加熱。此時，合流氣體在正式加熱區域A的滯留時間為200毫秒。最後，在生成物回收部3回收氧化鈦粒子。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為84%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為70%。
(實施例3)
使用圖1所示的金屬氧化物粒子之製造裝置101，在以下的條件下製造氧化鈦粒子。再者，以下所示的條件以外係與實施例1同樣的條件。
首先，使用外徑12.4mm、內徑6.0mm、厚度3.2mm的石英管當作中空內筒5，以製作反應管11。藉此，相對於內筒開口部截面積而言環狀開口部截面積為8.1倍，相對於內筒開口部截面積而言外筒開口部截面積為12.4倍。又，設定正式加熱區域A及預熱區域X、Y。
其次，將由氧(O2 )氣所成的阻隔氣體導入中空外筒1，將由四氯化鈦(TiCl4 )的蒸氣與氧所成的反應氣體導入中空內筒5。再者，阻隔氣體的流量為2742NmL/min。
接著，在預熱區域X、Y將反應氣體與阻隔氣體各自加熱到150℃。再者，在預熱區域X、Y的反應氣體中之四氯化鈦濃度為6.6體積%，反應氣體的流量為338NmL/min。
然後，使經預熱的反應氣體與阻隔氣體在中間區域Z合流，而成為合流氣體。在中間區域Z的合流氣體中之四氯化鈦的濃度為0.73體積%。又，在中間區域Z的合流氣體之雷諾數為70。
接著，在正式加熱區域A中，以溫度控制器(省略圖示)控制加熱裝置2，而使白金板的表面溫度成為1200℃，將合流氣體加熱。此時，合流氣體在正式加熱區域A的滯留時間為200毫秒。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為90%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為80%。再者，圖5係本實施例所得之氧化鈦粒子的電子顯微鏡照片。
(實施例4)
除了中空內筒5的下游端部5b之位置係配置在自正式加熱區域A的上游端起2cm上游的位置以外，於與實施例3相同的條件下，製造氧化鈦粒子。再者，在中間區域Z形成合流氣體後，前述合流氣體到達正式加熱區域A的最上游端為止之時間(經過時間)係25毫秒。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為94%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為70%。
(實施例5)
使用圖1所示的金屬氧化物粒子之製造裝置101，在以下的條件下製造氧化鈦粒子。再者，以下所示的條件以外係與實施例3同樣的條件。
首先，使用外徑12.6mm、內徑4.1mm、厚度4.2mm的同軸平行流之石英管當作中空內筒5，以製作反應管11。藉此，相對於內筒開口部截面積而言環狀開口部截面積為16.9倍，相對於內筒開口部截面積而言外筒開口部截面積為26.3倍。
將中空內筒5的下游端部5b之位置配置在自正式加熱區域A的上游端起2cm上游的位置。再者，在中間區域Z形成合流氣體後，前述合流氣體到達正式加熱區域A的最上游端為止之時間(經過時間)係25毫秒。
其次，將由氧(O2 )氣體所成的阻隔氣體導入中空外筒1，將由四氯化鈦(TiCl4 )的蒸氣與氧所成的反應氣體導入中空內筒5。再者，阻隔氣體的流量為2908NmL/min。
接著，在預熱區域X、Y將反應氣體與阻隔氣體各自加熱到150℃。再者，預熱區域X、Y的反應氣體中之四氯化鈦濃度為13.0體積%，反應氣體的流量為172NmL/min。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為96%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為80%。
(實施例6)
使用圖1所示的金屬氧化物粒子之製造裝置101，在以下的條件下製造氧化鈦粒子。再者，以下所示的條件以外係與實施例1同樣的條件。
將由氧(O2 )氣所成的阻隔氣體導入中空外筒1，將由四氯化鈦(TiCl4 )的蒸氣與氧所成的反應氣體導入中空內筒5。再者，阻隔氣體的流量為2327NmL/min。
其次，在預熱區域X、Y將反應氣體與阻隔氣體各自加熱到150℃。再者，預熱區域X、Y的反應氣體中之四氯化鈦濃度為1.0體積%，反應氣體的流量為831NmL/min。
接著，使經預熱的反應氣體與阻隔氣體在中間區域Z合流，而成為合流氣體。中間區域Z的合流氣體中之四氯化鈦的濃度為0.26體積%。又，中間區域Z的合流氣體之雷諾數為71。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為80%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為70%。
(實施例7)
使用圖1所示的金屬氧化物粒子之製造裝置101，在以下的條件下製造氧化鈦粒子。再者，以下所示的條件以外係與實施例1同樣的條件。
將由氧(O2 )氣所成的阻隔氣體導入中空外筒1，將由四氯化鈦(TiCl4 )的蒸氣與氧所成的反應氣體導入中空內筒5。再者，阻隔氣體的流量為2327NmL/min。
其次，在預熱區域X、Y將反應氣體與阻隔氣體各自加熱到150℃。再者，預熱區域X、Y的反應氣體中之四氯化鈦濃度為5.7體積%，反應氣體的流量為831NmL/min。
接著，使經預熱的反應氣體與阻隔氣體在中間區域Z合流，而成為合流氣體。中間區域Z的合流氣體中之四氯化鈦的濃度為1.5體積%。又，中間區域Z的合流氣體之雷諾數為73。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為72%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為80%。
(實施例8)
使用圖1所示的金屬氧化物粒子之製造裝置101，在以下的條件下製造氧化鈦粒子。再者，以下所示的條件以外係與實施例1同樣的條件。
將由氧(O2 )氣所成的阻隔氣體導入中空外筒1，將由四氯化鈦(TiCl4 )的蒸氣與氧所成的反應氣體導入中空內筒5。再者，阻隔氣體的流量為2552NmL/min。
其次，在預熱區域X、Y將反應氣體與阻隔氣體各自加熱到150℃。再者，預熱區域X、Y的反應氣體中之四氯化鈦濃度為3.7體積%，反應氣體的流量為606NmL/min。
又，相對於在預熱區域X、Y的反應氣體之線速度而言，阻隔氣體的線速度之比為1.5。
接著，使經預熱的反應氣體與阻隔氣體在中間區域Z合流，而成為合流氣體。中間區域Z的合流氣體中之四氯化鈦的濃度為0.72體積%。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為72%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為50%。
(實施例9)
使用圖1所示的金屬氧化物粒子之製造裝置101，在以下的條件下製造氧化鈦粒子。再者，以下所示的條件以外係與實施例1同樣的條件。
將由氧(O2 )氣所成的阻隔氣體導入中空外筒1，將由四氯化鈦(TiCl4 )的蒸氣與氧所成的反應氣體導入中空內筒5。再者，阻隔氣體的流量為2458NmL/min。
其次，在預熱區域X、Y將反應氣體與阻隔氣體各自加熱到150℃。再者，預熱區域X、Y的反應氣體中之四氯化鈦濃度為3.2體積%，反應氣體的流量為700NmL/min。
又，相對於在預熱區域X、Y的反應氣體之線速度而言，阻隔氣體的線速度之比為1.25。
接著，使經預熱的反應氣體與阻隔氣體在中間區域Z合流，而成為合流氣體。中間區域Z的合流氣體中之四氯化鈦的濃度為0.72體積%。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為82%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為60%。
(實施例10)
使用圖1所示的金屬氧化物粒子之製造裝置101，在以下的條件下製造氧化鈦粒子。再者，以下所示的條件以外係與實施例1同樣的條件。
將由氧(O2 )氣所成的阻隔氣體導入中空外筒1，將由四氯化鈦(TiCl4 )的蒸氣與氧所成的反應氣體導入中空內筒5。再者，阻隔氣體的流量為2185NmL/min。
其次，在預熱區域X、Y將反應氣體與阻隔氣體各自加熱到150℃。再者，預熱區域X、Y的反應氣體中之四氯化鈦濃度為2.3體積%，反應氣體的流量為973NmL/min。
又，相對於在預熱區域X、Y的反應氣體之線速度而言，阻隔氣體的線速度之比為1/1.25。
接著，使經預熱的反應氣體與阻隔氣體在中間區域Z合流，而成為合流氣體。在中間區域Z的合流氣體中之四氯化鈦的濃度為0.72體積%。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為81%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為60%。
(實施例11)
使用圖1所示的金屬氧化物粒子之製造裝置101，在以下的條件下製造氧化鈦粒子。再者，以下所示的條件以外係與實施例1同樣的條件。
將由氧(O2 )氣所成的阻隔氣體導入中空外筒1，將由四氯化鈦(TiCl4 )的蒸氣與氧所成的反應氣體導入中空內筒5。再者，阻隔氣體的流量為2058NmL/min。
其次，在預熱區域X、Y將反應氣體與阻隔氣體各自加熱到150℃。再者，預熱區域X、Y的反應氣體中之四氯化鈦濃度為2.1體積%，反應氣體的流量為110NmL/min。
又，相對於在預熱區域X、Y的反應氣體之線速度而言，阻隔氣體的線速度之比為1/1.5。
接著，使經預熱的反應氣體與阻隔氣體在中間區域Z合流，而成為合流氣體。中間區域Z的合流氣體中之四氯化鈦的濃度為0.72體積%。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為80%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為60%。
(實施例12)
除了將中空內筒5的下游端部5b之位置配置在自正式加熱區域A的上游端起5cm上游的位置以外，於與實施例3相同的條件下，製造氧化鈦粒子。再者，在中間區域Z形成合流氣體後，前述合流氣體到達正式加熱區域A的最上游端為止之時間(經過時間)係63毫秒。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為91%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為50%。
(實施例13)
除了將中空內筒5的下游端部5b之位置配置在自正式加熱區域A的上游端起4cm上游的位置以外，於與實施例3相同的條件下，製造氧化鈦粒子。再者，在中間區域Z形成合流氣體後，前述合流氣體到達正式加熱區域A的最上游端為止之時間(經過時間)係50毫秒。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為95%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為50%。
(實施例14)
使用圖2所示的金屬氧化物粒子之製造裝置102，在以下的條件下製造氧化鈦粒子。再者，以下所示的條件以外係與實施例13同樣的條件。
在比中空內筒5的下游端部5b還上游側，設定捲繞有8cm長度的白金板之另一預熱區域B。
又，在比中空內筒5的下游端部5b還下游側，設定夾持7cm寬的中間區域且捲繞有16cm長度的白金板之正式加熱區域A。
而且，以紅外線照射此等2個區域的方式，設置加熱裝置(紅外線金面反射爐)2。
控制加熱裝置(紅外線金面反射爐)2，以使另一預熱區域B的白金板之表面溫度成為500℃，同時使正式加熱區域A的白金板之表面溫度成為1200℃。
最後，在生成物回收部3回收氧化鈦粒子。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為95%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為50%。
(實施例15)
使用圖1所示的金屬氧化物粒子之製造裝置101，在以下的條件下製造氧化鈦粒子。再者，以下所示的條件以外係與實施例1同樣的條件。
將由氧(O2 )氣所成的阻隔氣體導入中空外筒1，將由四氯化鈦(TiCl4 )的蒸氣與氮(N2 )所成的反應氣體導入中空內筒5。中間區域Z的合流氣體之雷諾數為69。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為77%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為80%。
(實施例16)
使用圖1所示的金屬氧化物粒子之製造裝置101，在以下的條件下製造氧化鈦粒子。再者，以下所示的條件以外係與實施例1同樣的條件。
將由氮(N2 )氣所成的阻隔氣體導入中空外筒1，將由四氯化鈦(TiCl4 )的蒸氣與氧(O2 )所成的反應氣體導入中空內筒5。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為71%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為60%。
(實施例17)
使用圖1所示的金屬氧化物粒子之製造裝置101，在以下的條件下製造氧化鈦粒子。再者，以下所示的條件以外係與實施例1同樣的條件。
將由氧(O2 )氣與水蒸氣所成的阻隔氣體導入中空外筒1，將由四氯化鈦(TiCl4 )的蒸氣與氧(O2 )所成的反應氣體導入中空內筒5。再者，四氯化鈦的蒸氣與水蒸氣之體積比為1：0.5。中間區域Z的合流氣體之雷諾數為69。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為89%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為50%。
(實施例18)
使用圖1所示的金屬氧化物粒子之製造裝置101，在以下的條件下製造氧化鈦粒子。再者，以下所示的條件以外係與實施例1同樣的條件。
將由氧(O2 )氣與水蒸氣所成的阻隔氣體導入中空外筒1，將由四氯化鈦(TiCl4 )的蒸氣與氧(O2 )所成的反應氣體導入中空內筒5。再者，四氯化鈦的蒸氣與水蒸氣之體積比為1：1。中間區域Z的合流氣體之雷諾數為69。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為95%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為40%。
(比較例1)
使用圖3所示的金屬氧化物粒子之製造裝置201，在以下的條件下，製造氧化鈦粒子。此處，對與實施例1所示構件相同的構件，附有顯示相同的符號。再者，以下所示的條件以外係與實施例1同樣的條件。
如圖3所示地，就金屬氧化物粒子之製造裝置201而言，中空內筒5的下游端部5b係在自加熱裝置(紅外線金面反射爐)2起的上游側作大離隔而設置，在反應管31中沒有設置雙重管構造部之點，在反應管31中插入擋管(baffle)9之點，係大不同於本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造裝置101、102。再者，作為反應管31，使用與實施例1相同尺寸的石英管。
作為反應氣體，使用四氯化鈦的蒸氣與氧(O2 )的混合氣體，於使通過氣化器7的同時，由中空內筒5的下游端部5b導入反應管31的內部。
擋管9係由反應管31的下游側1b插入。作為擋管9，如圖3所示地，例如使用阻塞石英管的前端之尖銳形狀者，將由中空內筒5所導入反應管31內的反應氣體導引至高溫狀態下的反應管31之內壁面側。再者，於本比較例中，擋管9的外徑為12.7mm。
通過氣化器7後的混合氣體中之四氯化鈦的濃度為0.72體積%，流量合計為2264NmL/min。
於反應管31的表面上，捲繞與實施例1相同長度的白金板，設定正式加熱區域D。在正式加熱區域D的反應氣體之滯留時間及白金板之表面溫度係與實施例1同樣，進行正式加熱。最後，在生成物回收部3回收氧化鈦粒子。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為31%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為70%。又，膜狀生成物形成在反應管31的內壁面，其收率為63%。
(比較例2)
除了沒有設置擋管9以外，使用同樣的金屬氧化物粒子之製造裝置201，通過氣化器7後之四氯化鈦的蒸氣與氧(O2 )的反應氣體之流量為3461NmL/min，其它係在與比較例1同樣的條件下，製造金屬氧化物粒子。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為40%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為40%。又，膜狀生成物形成在反應管31的內壁面，其收率為55%。
(比較例3)
使用圖4所示的金屬氧化物粒子之製造裝置202，在以下的條件下，製造氧化鈦粒子。此處，對與實施例1所示構件相同的構件，附有顯示相同的符號。再者，以下所示的條件以外係與實施例1同樣的條件。
如圖4所示地，就金屬氧化物粒子的製造裝置202而言，雙重管構造部52的一部分與單重管構造部51的一部分重疊，在中空外筒1的表面上捲繞白金板，而形成加熱區域F之點，與在反應管32中插入擋管9之點，係大不同於本發明之實施形態的金屬氧化物粒子之製造裝置102。再者，作為反應管32及中空內筒5，使用與實施例1相同尺寸的石英管。
擋管9的前端係與中空內筒5的下游端部5b相對向，自反應管32的下游側1b插入。藉此，擋管9係將由中空內筒5所導入反應管32內的反應氣體導引至高溫狀態下的反應管32之內壁面側。再者，於本比較例中，擋管9的外徑為12.7mm。
作為阻隔氣體，使用由氧與水蒸氣所成的混合氣體，以2530NmL/min的流量流動。
作為反應氣體，使用由四氯化鈦的蒸氣與氧所成的混合氣體，通過氣化器7後的混合氣體中之四氯化鈦的濃度為2.7體積%，流量合計為928NmL/min。又，四氯化鈦蒸氣與水蒸氣的體積比為1：3。
再者，相對於反應氣體的線速度而言阻隔氣體的線速度之比、合流氣體中的氯化鈦濃度及合流氣體的雷諾數係為與實施例1相同的值。
於反應管31的表面上，捲繞24cm長度的白金板，設定正式加熱區域F。又，以中空內筒5的下游端部5b成為自正式加熱區域F的上游端起8cm下游側之位置的方式，配置中空內筒5。因此，正式加熱區域F具有由中空內筒5與中空外筒1所成的雙重管構造之部分F2 、與僅由中空外筒1所成的單重管構造之部分F1 。由於正式加熱區域F的溫度為1200℃，故雙重管構造之部分F2 及單重管構造之部分F1 皆為1200℃。
於圖4所示的金屬氧化物粒子之製造裝置202中，由於為沒有設置中間區域Z的構成，前述合流氣體到達正式加熱區域A的最上游端為止的時間(經過時間)為0毫秒。
在正式加熱區域F的單重管構造之部分F1 的反應氣體之滯留時間為200毫秒。又，白金板的表面溫度係與實施例1同樣，進行正式加熱。最後，在生成物回收部3回收氧化鈦粒子。
相對於原料而言，粉末生成物的收率為40%，粉末生成物中的10面體氧化鈦之比率為40%。又，膜狀生成物形成在反應管31的內壁面，其收率為58%。
表1中彙總實施例1～18及比較例1～3的製造條件。又，表2中彙總實施例1～18及比較例1～3所得之氧化鈦粒子、膜狀生成物及10面體氧化鈦粒子的收率。
此處，氧化鈦粒子的收率係相對於所用四氯化鈦的質量而言所製造的氧化鈦粒子之質量的比例。又，膜狀生成物的收率係相對於所用四氯化鈦的質量而言所製造的膜狀生成物之質量的比例。再者，10面體氧化鈦粒子的收率係在藉由掃描型電子顯微鏡，於5個地方以上之視野中，觀察所製造的氧化鈦粒子，算出相對於氧化鈦粒子而言10面體氧化鈦粒子的比例者。
如表1所示地，於比較例1～3中，粉末生成物(氧化鈦粒子)的收率為低到30～40%，相反地，膜狀生成物係以收率60%左右黏著於反應管的內壁。
相對於此，於反應管中設有雙重管構造部但去掉擋管的實施例1中，膜狀生成物的收率係大幅減低，粉末生成物的收率係大幅增加到84%。
於實施例1～5中，中空內筒外徑係成大致一定著，而減小中空內筒的內徑，增大相對於內筒開口部截面積而言環狀開口部截面積的比例。同時地，亦增大相對於內筒部開口截面積而言外筒開口部截面積的比例。隨著相對於內筒開口部截面積而言環狀開口部截面積及外筒開口部截面積的比例之增大，粉末生成物的收率也升高。
於實施例1、6、7中，改變雙重管構造部與單重管構造部的四氯化鈦之濃度(體積%)，進行比較。即使改變四氯化鈦之濃度，也以72%以上的高收率得到粉末生成物。又，相對於粉末生成物而言10面體氧化鈦粒子的比率亦為70%以上。
於實施例1、8～11中，改變反應氣體與阻隔氣體的線速度之比，進行比較。即使改變前述線速度的比，也以72%以上的高收率得到粉末生成物。又，相對於粉末生成物而言，10面體氧化鈦粒子的比率亦為50%以上。
特別地，於前述線速度的比成為1對1附近之際，粉末生成物的收率最高為84%，相對於粉末生成物而言10面體氧化鈦粒子的比率亦最高為70%。
於實施例3、4、12、13中，藉由改變自中空內筒的下游端部起到白金板為止的距離，而改變由反應氣體與阻隔氣體所成的合流氣體到達正式加熱區域的最上游端為止的時間(經過時間)，進行比較。此處，正式加熱區域係捲繞白金板的區域，正式加熱溫度為1200℃的區域。藉由將此時間縮短到50毫秒以下，粉末生成物的收率係高達94～96%。
相對於實施例13而言，實施例14係成為設有另一預熱區域的構成。即使將另一預熱區域的預熱溫度提高到500℃，也以95%的高收率得到粉末生成物，相對於粉末生成物而言10面體氧化鈦粒子的比率亦高到50%。
相對於實施例1而言，實施例15中改變反應氣體的種類。如實施例15所示地，即使反應氣體為由四氯化鈦的蒸氣與氮所成的混合氣體，也得到77%的高收率之粉末生成物，相對於粉末生成物而言10面體氧化鈦粒子的比率亦高到80%。
相對於實施例1而言，實施例16～18中改變阻隔氣體的種類。
如實施例16所示地，即使阻隔氣體為氮，也得到71%的高收率之粉末生成物，相對於粉末生成物而言10面體氧化鈦粒子的比率亦高到60%。
又，如實施例17、18所示地，使用氧與水蒸氣當作阻隔氣體時，相對於四氯化鈦的蒸氣而言，愈增加水蒸氣的體積比，則粉末生成物的收率愈增加，但是相對於粉末生成物而言10面體氧化鈦粒子的比率愈降低。
如上述，依照本發明的金屬氧化物粒子之製造方法及製造裝置，可抑制在反應管的內壁部生成的膜狀生成物之發生，可高效率地製造10面體氧化鈦粒子。
 產業上的利用可能性
本發明提供10面體氧化鈦粒子之製造方法及製造裝置，其可抑制在反應管的內壁部黏著的膜狀生成物之生成，將金屬氯化物的蒸氣與氧急加熱‧急冷卻，而高效率連續地製造金屬氧化物粒子。
本發明的10面體氧化鈦粒子之製造方法及製造裝置，由於可抑制在反應管的內壁部生成的膜狀生成物之發生，可高效率地製造適合作為光觸媒材料的10面體氧化鈦粒子，故在光觸媒產業等的領域中具有利用可能性。
1．．．中空外筒
1a．．．上游側
1b．．．下游側
2．．．加熱裝置(紅外線金面反射爐)
3．．．生成物回收部
3a．．．排氣泵
3b．．．壓力調整閥
4、4a．．．阻隔氣體導入管
5．．．中空內筒
5a．．．上游側
5b．．．下游側(下游端部)
6、7．．．氣化器
8．．．排出管
9．．．擋管
11、12．．．反應管
25a、25b．．．反應氣體導入管
26．．．內筒開口部
27．．．環狀開口部
28．．．外筒開口部
31、32．．．反應管
101、102、201、202．．．金屬氧化物粒子的製造裝置
A．．．正式加熱區域
B．．．預熱區域
D．．．正式加熱區域
F．．．正式加熱區域
F1 ．．．正式加熱區域
F2 ．．．正式加熱區域
X．．．預熱區域
Y．．．預熱區域
Z．．．中間區域
圖1係顯示本發明之實施形態的金屬氧化物粒子(10面體氧化鈦粒子)之製造裝置的一例之模型圖。
圖2係顯示本發明之實施形態的金屬氧化物粒子(10面體氧化鈦粒子)之製造裝置的另一例之模型圖。
圖3係顯示金屬氧化物粒子之製造裝置的比較例之模型圖。
圖4係顯示金屬氧化物粒子之製造裝置的另一比較例之模型圖。
圖5係實施例3的金屬氧化物粒子(氧化鈦粒子)之掃描型電子顯微鏡照片。
1．．．中空外筒
1a．．．上游側
1b．．．下游側
2．．．加熱裝置(紅外線金面反射爐)
3．．．生成物回收部
3a．．．排氣泵
3b．．．壓力調整閥
4、4a．．．阻隔氣體導入管
5．．．中空內筒
5a．．．上游側
5b．．．下游側(下游端部)
6、7．．．氣化器
6b．．．出口
7b．．．出口
8．．．排出管
11．．．反應管
25a、25b．．．反應氣體導入管
26．．．內筒開口部
27．．．環狀開口部
28．．．外筒開口部
51．．．單重管構造部
52．．．雙重管構造部
101．．．金屬氧化物粒子的製造裝置
A．．．正式加熱區域
X．．．預熱區域
Y．．．預熱區域
Z．．．中間區域

Claims (13)

  1. 一種10面體氧化鈦粒子之製造方法，其係在具有中空內筒插入中空外筒的上游部之部分雙重管構造的反應管中，使反應氣體流通而製造10面體氧化鈦粒子之方法，其特徵為：在前述中空內筒流動含四氯化鈦的前述反應氣體，同時一邊在前述中空內筒與前述中空外筒之間流動不含金屬氯化物的阻隔氣體，一邊預熱比前述中空內筒的下游端部還上游中的前述反應氣體與前述阻隔氣體，且正式加熱在比前述中空內筒的下游端部還下游側間隔一距離的區域中之前述反應氣體，而使前述四氯化鈦熱分解。
  2. 如申請專利範圍第1項之10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中前述預熱的溫度為136℃以上750℃以下。
  3. 如申請專利範圍第1項之10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中前述正式加熱的溫度為800℃以上1500℃以下。
  4. 如申請專利範圍第1項之10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中前述反應氣體包含氧氣或/及氮氣。
  5. 如申請專利範圍第1項之10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中前述阻隔氣體包含氧氣、氮氣、氬、水蒸氣或此等之中至少2種類的氣體。
  6. 如申請專利範圍第1項之10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中相對於前述中空內筒的反應氣體之流路截面積而言，前述中空外筒與前述中空內筒之間的阻隔氣體之流路截面積為2倍以上。
  7. 如申請專利範圍第1項之10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中相對於前述中空內筒的反應氣體之流路開口部截面積而言，比前述中空內筒的下游端部還下游側的反應管之流路截面積為3倍以上。
  8. 如申請專利範圍第1項之10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中在比前述中空內筒的下游端部還上游側，相對於前述反應氣體的線速度而言，前述阻隔氣體的線速度為0.1～10的範圍內。
  9. 如申請專利範圍第1項之10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中在比前述中空內筒的下游端部還上游側，前述反應氣體所含有的前述四氯化鈦之濃度為0.5～50體積%。
  10. 如申請專利範圍第1項之10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中在比前述中空內筒的下游端部還下游側，前述反應氣體與前述阻隔氣體所成的合流氣體所含有的前述四氯化鈦之濃度為0.1～20體積%。
  11. 如申請專利範圍第1項之10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中由前述中空內筒的下游端部所噴出的前述反應氣體到達800℃以上的正式加熱區域之最上游端為止的時間為250毫秒以下。
  12. 如申請專利範圍第11項之10面體氧化鈦粒子之製造方法，其中前述反應氣體在前述正式加熱區域的滯留時間為2～500毫秒。
  13. 一種10面體氧化鈦粒子之製造裝置，其係在具有中空內筒插入中空外筒的上游部之部分雙重管構造的反應管中，使反應氣體流通而製造10面體氧化鈦粒子之裝置，其特徵為：在比前述中空內筒的下游端部還上游處，設有將在前述中空內筒流動之含四氯化鈦的前述反應氣體、及在前述中空內筒與前述中空外筒之間流動之不含金屬氯化物的阻隔氣體預熱的預熱區域，在比前述中空內筒之下游端部還下游側間隔一距離的區域中，設有正式加熱前述反應氣體以使前述四氯化鈦熱分解的正式加熱區域。
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