逆ミセル系の高速な相間移動とナノ反応場を利用する効率的超微粒子調製プロセスの開発

利用反胶束体系高速相转移和纳米反应场开发高效超细颗粒制备工艺

• 批准号: 11750667
• 负责人: 佐藤 博
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750667/
• 关键词: 超微粒子; 逆ミセル; 液液抽出; 高濃度; 半導体; 金属硫化物; 晶析剥離

逆ミセルのナノメートルサイズの内水相を反応場として、粒子径分布が狭く、かつ平均粒子径が制御された超微粒子を調製できる。内水相で反応を進行させるため、水溶性の反応物が一般的に用いられるが、内水相への可溶化量に限界がある。粒子の生産性は可溶化量により制限され、逆ミセル法の工業化に際しての大きな障害である。一方、溶媒抽出法は対象物を抽出剤との錯体形成反応を利用して水相-有機相間を移動させることを基礎とする分離技術である。この溶媒抽出法を逆ミセル系への高濃度反応物の供給手段として利用することを検討した。対象粒子は主に金属硫化物半導体超微粒子とした。金属イオンを水溶液から有機溶媒へ抽出剤を用いて移動させ、続いて界面活性剤を加えて逆ミセルを形成させる。最後に硫化物イオンを供給して粒子調製を行った。まず粒子調製に適した抽出剤の選定条件を明らかにした。酸性抽出剤とキレート抽出剤を対象に検討し、錯体が高度に安定化されている場合には硫化物イオンと金属イオンの反応が進行せず、粒子が生成しないことを明らかにした。弱い酸性抽出剤が最適であった。次に粒子生成機構を解析した。粒子成長の速度は抽出錯体からの金属イオンの脱離速度で決まること、脱離速度が小さい場合には粒子成長期間が長くなり生成粒子径が増大することを明らかにした。また、有機相-内水相間の物質移動は充分高速で、粒子生成反応を阻害しないことも示した。そして高濃度の粒子調製を行い、このプロセスの高効率性を確認した。抽出条件の最適化と硫化物イオンの供給に気体の硫化水素を用いることにより、一般的な条件の100倍、0.02Mの濃度で安定な硫化カドミウムおよび硫化亜鉛の超微粒子を得ることができた。

使用倒置胶束的纳米尺寸内水相作为反应场，可以制备具有狭窄粒径分布和受控平均粒径的超细颗粒。水溶性反应物通常用于允许反应在内部水相中进行，但是在内部水相中的溶解度量有限制。粒子生产率受溶解度的量限制，并且是反向胶束方法工业化的主要障碍。另一方面，溶剂提取方法是一种基于靶标在水相和有机相之间的靶标的分离技术，使用与提取物的复杂形成反应。已经研究了使用这种溶剂提取方法作为向倒置胶束系统提供高浓度反应物的一种手段。靶颗粒主要是金属硫化物半导体超细颗粒。使用萃取剂将金属离子从水溶液转移到有机溶剂上，然后是表面活性剂以形成反向胶束。最后，提供硫化物离子以制备颗粒。首先，阐明了选择适合颗粒制备的提取物的条件。我们研究了酸性萃取剂和螯合提取物，发现当复合物高度稳定时，硫化物离子和金属离子之间的反应不会进展，并且没有形成颗粒。弱酸性萃取剂是最好的。接下来，分析了粒子形成机制。据表明，颗粒生长的速率取决于金属离子从提取复合物中的解吸速率，并且当解吸速率较小时，颗粒生长周期会增加，而产生的粒径会增加。还已经表明，有机相和水相之间的传质足够高，并且不抑制颗粒形成反应。然后准备高度浓缩的颗粒以确认此过程的高效率。通过优化提取条件，并使用硫化气体供应硫化物离子，硫化硫化镉和硫化锌颗粒的浓度稳定为0.02m，是一般条件的100倍。

项目成果

Hiroshi Sato: "Preparation of Concentrated Ultrafina Particles in Reverse Micellar Systems Using Extractant-Metal Ion Complex as a Metal Ion Source"Journal of Chemical Engineering of Japan. 33・2(印刷中). (2000)

Hiroshi Sato：“使用萃取剂-金属离子络合物作为金属离子源在反胶束系统中制备浓缩超细粒子”日本化学工程学报33・2（出版中）。

Hiroshi Sato: "Preparation of Concentrated Ultrafine Particles in Reverse Micellar Systems Using Extractant-Metal Ion Complex as a Metal Ion Souree"Journal of Chemical Engineering of Japan. 33・2. 262-266 (2000)

佐藤浩：“使用萃取剂-金属离子络合物作为金属离子源在反胶束系统中制备浓缩超细颗粒”日本化学工程学报33・2（2000）。