(57)【要約】 【課題】反応管の内壁部に固着する膜状生成物の生成を抑制して、金属塩化物の蒸気と酸素とを急加熱・急冷却させて金属酸化物粒子を効率よく連続的に製造する金属酸化物粒子の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。【解決手段】中空外筒１の上流部に中空内筒５が挿入された部分二重管構造を有する反応管１１に反応ガスを流通させて金属酸化物粒子を製造する方法であって、中空内筒５に金属塩化物を含む前記反応ガスを流すとともに、中空内筒５と中空外筒１との間に金属塩化物を含まないバリアガスを流しつつ、中空内筒５の下流端部５ｂよりも上流において前記反応ガスと前記バリアガスとを予熱し、中空内筒５の下流端部５ｂよりも下流側に離れた領域において前記反応ガスを本加熱して、前記金属塩化物を熱分解させる金属酸化物粒子の製造方法を用いることにより、上記課題を解決できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空外筒の上流部に中空内筒が挿入された部分二重管構造を有する反応管に反応ガスを流通させて金属酸化物粒子を製造する方法であって、
前記中空内筒に金属塩化物を含む前記反応ガスを流すとともに、前記中空内筒と前記中空外筒との間に金属塩化物を含まないバリアガスを流しつつ、前記中空内筒の下流端部よりも上流において前記反応ガスと前記バリアガスとを予熱し、前記中空内筒の下流端部よりも下流側に離れた領域において前記反応ガスを本加熱して、前記金属塩化物を熱分解させることを特徴とする金属酸化物粒子の製造方法。
【請求項２】
前記金属塩化物が四塩化チタンであり、前記金属酸化物粒子が酸化チタン粒子であることを特徴とする請求項１に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
【請求項３】
前記酸化チタン粒子が１０面体酸化チタン粒子であることを特徴とする請求項２に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
【請求項４】
前記予熱の温度が１３６℃以上７５０℃以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
【請求項５】
前記本加熱の温度が８００℃以上１５００℃以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
【請求項６】
前記反応ガスが、酸素ガスまたは／および窒素ガスを含むことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
【請求項７】
前記バリアガスが、酸素ガス、窒素ガス、アルゴン、水蒸気またはこれらのうち少なくとも２種類のガスを含むことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
【請求項８】
前記中空内筒の反応ガスの流路断面積に対して、前記中空外筒と前記中空内筒との間のバリアガスの流路断面積が２倍以上であることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
【請求項９】
前記中空内筒の反応ガスの流路開口部断面積に対して、前記中空内筒の下流端部よりも下流側の反応管の流路断面積が３倍以上であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
【請求項１０】
前記中空内筒の下流端部よりも上流側で、前記反応ガスの線速度に対して、前記バリアガスの線速度が０．１〜１０の範囲内であることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
【請求項１１】
前記中空内筒の下流端部よりも上流側で、前記反応ガスに含まれる前記金属塩化物の濃度が０．５〜５０体積％であることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
【請求項１２】
前記中空内筒の下流端部よりも下流側で、前記反応ガスと前記バリアガスとからなる合流ガスに含まれる前記金属塩化物の濃度が０．１〜２０体積％であることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
【請求項１３】
前記中空内筒の下流端部から噴出された前記反応ガスが８００℃以上とされた本加熱領域の最上流端に達するまでの時間が２５０ミリ秒以下であることを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
【請求項１４】
前記反応ガスが、前記本加熱領域に滞留する時間が２〜５００ミリ秒であることを特徴とする請求項１３に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
【請求項１５】
前記反応ガスのレイノルズ数が１０〜１００００であることを特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
【請求項１６】
中空外筒の上流部に中空内筒が挿入された部分二重管構造を有する反応管に反応ガスを流通させて金属酸化物粒子を製造する装置であって、
前記中空内筒の下流端部よりも上流に、前記中空内筒に流した金属塩化物を含む前記反応ガスと、前記中空内筒と前記中空外筒との間に流した金属塩化物を含まないバリアガスと、を予熱する予熱領域が設けられ、前記中空内筒の下流端部よりも下流側に離れた領域に、前記反応ガスを本加熱して前記金属塩化物を熱分解させる本加熱領域が設けられていることを特徴とする金属酸化物粒子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属酸化物粒子の製造方法及び製造装置に関する。本発明は、特に、気相で金属塩化物蒸気と酸素とを急加熱して、金属酸化物粒子を製造する際の効率的な製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光触媒として酸化チタン粒子が注目され、その製造方法が検討されている。たとえば、特許文献１、２及び非特許文献１には、１０面体の箱型形状を有し、主としてアナターゼ型結晶からなる酸化チタン粒子（以下、「１０面体酸化チタン粒子」と称する。）とその製造方法が開示されている。この１０面体酸化チタン粒子は、単位質量当たりの表面積が大きく、結晶性が高いとともに内部欠陥も少ないので、光触媒として高い活性を有していることが記載されている。さらにまた、非特許文献２には、前記１０面体酸化チタン粒子は、反応性の高い（００１）面の比率が高く、光触媒として有望であることが記載されている。
【０００３】
非特許文献２に記載の１０面体酸化チタン粒子の製造方法は、フッ酸を用いた水熱反応を利用しており、工業的な製造には適さないので、特許文献１、２及び非特許文献１に開示された１０面体酸化チタン粒子の製造方法を我々は追試した。
【０００４】
特許文献１、２及び非特許文献１に開示された１０面体酸化チタン粒子の製造方法は、反応管の外部から加熱することによって、反応管内に導入した四塩化チタン蒸気と酸素とを急加熱・急冷却させて、次の反応式（１）で示される反応を行う方法である。
【０００５】
【化１】
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【０００６】
上記反応式（１）の反応により、反応領域の下流側で、１０面体酸化チタン粒子を含む粉末生成物が得られた。しかし、前記粉末生成物は全生成物のうちの４０％未満であって、残りは白い膜状の生成物となり、前記反応領域で反応管の内壁面に固着した。
【０００７】
以上のように、特許文献１、２及び非特許文献１に開示された１０面体酸化チタン粒子の製造方法においては、膜状生成物が多量に反応管の内壁面に固着してしまい、１０面体酸化チタン粒子の生産性が低下するという問題が生じた。
さらに、前記膜状生成物が反応管の内壁面に固着した状態で上記反応を継続すると、膜状生成物が一層生成しやすくなるとともに、徐々に粉末生成物中の１０面体酸化チタン粒子の比率が低下する結果が得られた。
【０００８】
また、この製造方法は、１０面体酸化チタン粒子を製造する場合に限らず、酸化チタン粒子を合成する場合でも同様の結果を生じ、前記反応領域において、生成物の５０％以上が膜状生成物として反応管の内壁面に固着してしまう問題が生じた。
このことから、１０面体酸化チタン粒子もしくはそれ以外の酸化チタン粒子を効率よく連続的に生成するためには、反応管の内壁面に膜状生成物を生じさせないことが必要である。
【特許文献１】国際公開第０４／０６３４３１号パンフレット
【特許文献２】特開２００６−５２０９９号公報
【非特許文献１】草野大輔、寺田佳弘、阿部竜、大谷文章、第９８回触媒討論会（平成１８年９月）、討論会Ａ予稿集、２３４頁
【非特許文献２】Ｈｕａ  Ｇｕｉ  Ｙａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．、Ｎａｔｕｒｅ、Ｖｏｌ．４５３，ｐ．６３８〜ｐ．６４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、反応管の内壁部に固着する膜状生成物の生成を抑制して、金属塩化物の蒸気と酸素とを急加熱・急冷却させて金属酸化物粒子を効率よく連続的に製造する金属酸化物粒子の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、中空外筒と、中空外筒の上流側から途中まで挿入されてなる中空内筒とからなる二重管を用い、前記中空外筒に四塩化チタン蒸気を含まないガスを流し、前記中空内筒に四塩化チタン蒸気を含むガスを流し、中空内筒の下流側で、前記２種類のガスを合流させた状態で急加熱・急冷却させることによって、反応管の内壁面に生成する膜状生成物を抑制して、１０面体酸化チタン粒子もしくはそれ以外の酸化チタン粒子を効率的に製造できることを見出した。
すなわち、本発明は、以下の手段を提供する。
【００１１】
（１）  中空外筒の上流部に中空内筒が挿入された部分二重管構造を有する反応管に反応ガスを流通させて金属酸化物粒子を製造する方法であって、前記中空内筒に金属塩化物を含む前記反応ガスを流すとともに、前記中空内筒と前記中空外筒との間に金属塩化物を含まないバリアガスを流しつつ、前記中空内筒の下流端部よりも上流において前記反応ガスと前記バリアガスとを予熱し、前記中空内筒の下流端部よりも下流側に離れた領域において前記反応ガスを本加熱して、前記金属塩化物を熱分解させることを特徴とする金属酸化物粒子の製造方法。
（２）  前記金属塩化物が四塩化チタンであり、前記金属酸化物粒子が酸化チタン粒子であることを特徴とする（１）に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（３）  前記酸化チタン粒子が１０面体酸化チタン粒子であることを特徴とする（２）に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（４）  前記予熱の温度が１３６℃以上７５０℃以下であることを特徴とする（１）〜（３）の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
【００１２】
（５）  前記本加熱の温度が８００℃以上１５００℃以下であることを特徴とする（１）〜（４）の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（６）  前記反応ガスが、酸素ガスまたは／および窒素ガスを含むことを特徴とする（１）〜（５）の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（７）  前記バリアガスが、酸素ガス、窒素ガス、アルゴン、水蒸気またはこれらのうち少なくとも２種類のガスを含むことを特徴とする（１）〜（６）の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（８）  前記中空内筒の反応ガスの流路断面積に対して、前記中空外筒と前記中空内筒との間のバリアガスの流路断面積が２倍以上であることを特徴とする（１）〜（７）の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
【００１３】
（９）  前記中空内筒の反応ガスの流路断面積に対して、前記中空内筒の下流端部よりも下流側の反応管の流路断面積が３倍以上であることを特徴とする（１）〜（８）の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（１０）  前記中空内筒の下流端部よりも上流側で、前記反応ガスの線速度に対して、前記バリアガスの線速度が０．１〜１０の範囲内であることを特徴とする（１）〜（９）の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（１１）  前記中空内筒の下流端部よりも上流側で、前記反応ガスに含まれる前記金属塩化物の濃度が０．５〜５０体積％であることを特徴とする（１）〜（１０）の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（１２）  前記中空内筒の下流端部よりも下流側で、前記合流ガスに含まれる前記金属塩化物の濃度が０．１〜２０体積％であることを特徴とする（１）〜（１１）の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
【００１４】
（１３）  前記中空内筒の下流端部から噴出された前記反応ガスが８００℃以上とされた本加熱領域の最上流端に達するまでの時間が２５０ミリ秒以下であることを特徴とする（１）〜（１２）の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（１４）  前記反応ガスが前記本加熱領域に滞留する時間が２〜５００ミリ秒であることを特徴とする（１３）に記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（１５）  前記反応ガスのレイノルズ数が１０〜１００００であることを特徴とする（１）〜（１４）の何れかに記載の金属酸化物粒子の製造方法。
（１６）  中空外筒の上流部に中空内筒が挿入された部分二重管構造を有する反応管に反応ガスを流通させて金属酸化物粒子を製造する装置であって、前記中空内筒の下流端部よりも上流に、前記中空内筒に流した金属塩化物を含む前記反応ガスと、前記中空内筒と前記中空外筒との間に流した金属塩化物を含まないバリアガスと、を予熱する予熱領域が設けられ、前記中空内筒の下流端部よりも下流側に離れた領域に、前記反応ガスを本加熱して、前記金属塩化物を熱分解させる本加熱領域が設けられていることを特徴とする金属酸化物粒子の製造装置。
【発明の効果】
【００１５】
上記の構成によれば、反応管の内壁部に固着する膜状生成物の生成を抑制して、金属塩化物の蒸気と酸素とを急加熱・急冷却させて金属酸化物粒子を効率よく連続的に製造する金属酸化物粒子の製造方法及び製造装置を提供することができる。
【００１６】
本発明の金属酸化物粒子の製造方法は、中空外筒の上流部に中空内筒が挿入された部分二重管構造を有する反応管に反応ガスを流通させて金属酸化物粒子を製造する方法であって、前記中空内筒に金属塩化物を含む前記反応ガスを流すとともに、前記中空内筒と前記中空外筒との間に金属塩化物を含まないバリアガスを流しつつ、前記中空内筒の下流端部よりも上流において前記反応ガスと前記バリアガスとを予熱し、前記中空内筒の下流端部よりも下流側に離れた領域において前記反応ガスを本加熱して、前記金属塩化物を熱分解させる構成なので、短時間に本加熱に好適な温度にして、金属塩化物の蒸気と酸素との間の酸化反応を速やかに行うことができるとともに、反応管の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、光触媒材料として好適な１０面体酸化チタン粒子もしくはそれ以外の酸化チタン粒子などの金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
【００１７】
本発明の金属酸化物粒子の製造装置は、中空外筒の上流部に中空内筒が挿入された部分二重管構造を有する反応管に反応ガスを流通させて金属酸化物粒子を製造する装置であって、前記中空内筒の下流端部よりも上流に、前記中空内筒に流した金属塩化物を含む前記反応ガスと、前記中空内筒と前記中空外筒との間に流した金属塩化物を含まないバリアガスと、を予熱する予熱領域が設けられ、前記中空内筒の下流端部よりも下流側に離れた領域に、前記反応ガスを本加熱して、前記金属塩化物を熱分解させる本加熱領域が設けられている構成なので、反応管の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。但し、本発明は以下の実施形態の各々に限定されるものではなく、例えば、これら実施形態の構成要素同士を適宜組み合わせても良い。
【００１９】
（第１の実施形態）
＜金属酸化物粒子の製造装置＞
図１は、本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造装置の一例を示す模式図である。以下、酸化チタン粒子を製造する場合を一例として説明する。
図１に示すように、本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造装置１０１は、中空外筒１と、中空外筒１の上流側１ａから途中まで挿入されてなる中空内筒５と、からなる二重管構造部５２と、中空外筒１のみからなる一重管構造部５１とを有する反応管１１と、一重管構造部５１を局所的に加熱するように、反応管１１の外部に配置された加熱装置２と、中空外筒１の上流側１ａに接続されたバリアガス導入管４、４ａと、中空内筒５の上流側５ａに接続された反応ガス導入管２５ａ、２５ｂと、中空外筒１の下流側１ｂに接続された生成物回収部３と、が備えられて概略構成されている。反応管１１としては、例えば、石英などからなる円筒管を挙げることができる。
すなわち、反応管１１で、中空内筒５の下流端部５ｂよりも上流側は二重管構造部５２（部分二重管構造）とされ、中空内筒５の下流端部５ｂよりも下流側は一重管構造部５１とされている。
【００２０】
中空外筒１の上流側１ａには、四塩化チタンなどの金属塩化物を含まないバリアガスを導入するためのバリアガス導入管４が接続されており、バリアガス導入管４は気化器６を介して別のバリアガス導入管４ａに接続されている。
図では省略しているが、別のバリアガス導入管４ａは、バルブを介して酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）及び水の供給源に接続されている。気化器６の温度は、たとえば、１６５℃とされており、別のバリアガス導入管４ａから導入された水を気化して水蒸気とする。これにより、酸素、窒素及び水蒸気の混合ガスからなるバリアガスをバリアガス導入管４から中空外筒１に供給できる構成とされている。
【００２１】
中空内筒５の上流側５ａには、別の気化器７を介して、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）などの金属塩化物の蒸気を含む反応ガスを導入するための反応ガス導入管２５ａ、２５ｂが接続されている。
図では省略しているが、反応ガス導入管２５ａは、バルブを介して四塩化チタンの供給源に接続されており、四塩化チタンを中空内筒５に供給できる構成とされている。
また、反応ガス導入管２５ｂは、バルブを介して酸素及び窒素の供給源に接続されており、酸素及び窒素ガスを中空内筒５に供給できる構成とされている。
気化器７の温度は、たとえば、１６５℃とされており、四塩化チタンを気化して四塩化チタン蒸気とする。これにより、酸素、窒素及び塩化チタン蒸気の混合ガスからなる反応ガスを中空外筒１に供給できる構成とされている。
【００２２】
中空内筒５は、中空外筒１の上流側１ａから途中まで挿入されてなり、その下流端部５ｂは、中空外筒１の長手方向で中心付近となるように配置されている。これにより、反応管１１は、中空外筒１と中空内筒５とからなる二重管構造部５２と、中空外筒１のみからなる一重管構造部５１とを有している。
二重管構造部５２では、中空内筒５の内径で規定される中空内筒開口部２６と、中空外筒１と中空内筒５との間のリング状開口部２７との２つの開口部が設けられている。また、一重管構造部５１では、中空外筒１の内径で規定される中空外筒開口部２８が設けられている。
二重管構造部５２では、中空外筒１と中空内筒５が同軸構造を有することが好ましい。反応ガスを中心軸側に集めることにより、反応管１１の内壁面へ反応ガスの拡散を抑制して、膜状生成物の発生を抑制することができるためである。
【００２３】
中空内筒５としては、同軸平行流、斜交流、十字流等を与える中空内筒を用いることができるが、同軸平行流を与える中空内筒が好ましい。
一般に、同軸平行流を与える中空内筒５は、斜交流や十字流を与える中空内筒と比べて混合の程度が劣る。本発明においては、中空内筒５を流れる四塩化チタン蒸気を含む反応ガスと、中空内筒５の外側を流れる四塩化チタン蒸気を含まないバリアガスとが、中空内筒５の下流端部５ｂより下流側で合流する際に、反応ガスとバリアガスとの混合が起こりにくいほうが好ましい。反応ガスとバリアガスとの混合が起こりにくいほうが、反応管１１の内壁面へ反応ガスの拡散を抑制して、膜状生成物の発生を抑制することができるためである。
従って、二重管構造部５２は、中空外筒１と、中空外筒１と同軸平行流を与える中空内筒５とからなることが好ましい。
【００２４】
図１に示すように、気化器６の出口６ｂから中空外筒１までの領域は、予熱領域Ｘとされている。また、気化器７の出口７ｂから中空内筒５の下流端部５ｂまでの領域は、予熱領域Ｙとされている。
予熱領域Ｘ、Ｙでは、バリアガス導入管４、反応管１１の二重管構造部５２を、外部に配置した電気ヒーターなどで加熱して、バリアガス導入管４、反応管１１の二重管構造部５２の内部を流れるガスを予熱する。すなわち、中空内筒５を流れる四塩化チタン蒸気を含む反応ガス並びにバリアガス導入管４及び二重管構造部５２の中空外筒１の内側であって中空内筒５の外側を流れる四塩化チタン蒸気を含まないバリアガスを予熱する。
【００２５】
中空内筒５の下流端部５ｂの位置から下流側は、中空外筒１のみからなる一重管構造部５１とされている。一重管構造部５１を局所的に加熱するように、反応管１１の外部に２つの加熱装置２が配置されている。
加熱装置２としては、たとえば、赤外線を照射して加熱を行う赤外線ゴールドイメージ炉（アルバック理工株式会社製）を挙げることができる。しかし、本実施形態で用いる加熱装置はこれに限定されず、例えば、酸水素バーナーや電気ヒーターなどを用いてもよい。
なお、中空内筒５の下流端部５ｂを、加熱装置（赤外線ゴールドイメージ炉）２の上流側の赤外線が照射されない位置に配置したが、赤外線が照射される位置に配置してもよい。
【００２６】
中空内筒５の下流端部５ｂより下流側には、反応管１１を取り囲むように白金板（図示略）が巻き付けられてなる本加熱領域Ａが設けられている。
白金板は加熱装置（赤外線ゴールドイメージ炉）２から照射される赤外線を吸収して発熱するので、反応管１は、白金板と接触している部分のみが局所的に加熱される。これにより、反応管１１の内部を流れる四塩化チタンなどの金属塩化物が気相で酸化反応されて、酸化チタン粒子などの金属酸化物粒子を生成する。
【００２７】
本加熱領域Ａの温度は、白金板と加熱装置（赤外線ゴールドイメージ炉）２との組み合わせによって、精密な温度制御が可能とされており、加熱装置（赤外線ゴールドイメージ炉）２から照射される赤外線の強さを温度制御器（図示略）で制御して、８００℃以上１５００℃以下の任意の温度に設定することが可能とされている。
【００２８】
図１に示すように、予熱領域Ｙと本加熱領域Ａとの間には、外部から直接加熱されない中間領域Ｚが設けられている。中間領域Ｚで、中空内筒５から流れ出た反応ガスと、中空外筒１と中空内筒５との間のリング状開口部２７から流れ出たバリアガスとが合流して、合流ガスとなる。
【００２９】
中空外筒１の下流側１ｂには、排出管８を介して、金属酸化物粒子などの生成物を回収する生成物回収部３が接続されている。生成物回収部３は、バグフィルターなどからなる。
また、生成物回収部３の下流側には、排気ポンプ３ａと圧力調整バルブ３ｂとが接続されている。通常、生成物回収部３に生成物がたまり、フィルターが目詰まりするにつれて、反応管１１の内部の圧力が上昇する。排気ポンプ３ａにより吸引することによって、この圧力上昇を押さえて、常圧付近で金属塩化物の酸化反応させることができる。
なお、この際、圧力調整バルブ３ｂを調整することによって、排気ポンプ３ａの吸引力を調節することにより、金属酸化物粒子をより効率的に生成することができる。
【００３０】
生成物回収部３で回収される金属酸化物粒子は、たとえば、１０面体酸化チタン粒子もしくはそれ以外の酸化チタン粒子である。
本実施形態の１０面体酸化チタン粒子とは、特許文献１での定義と同様に、１０面体の箱型形状を有する酸化チタン粒子を意味する。
また、本実施形態の１０面体酸化チタン粒子以外の酸化チタン粒子とは、本実施形態の製造方法で得られた酸化チタン粒子のうち、上記の１０面体酸化チタン粒子として定義されないものを意味する。
【００３１】
＜多重管構造を有する反応管＞
図１では、二重管構造を有する反応管１１を備えた製造装置について説明したが、本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造装置は、これに限定されるものではなく、三重管構造を有する反応管を製造装置など、より多重管構造を有する反応管を用いた製造装置であってもよい。
【００３２】
例えば、中空外筒と、その内側に配置された中空内筒（中間部の中空内筒）と、更にその内側に、すなわち、反応管内の最も内側に配置された中空内筒（内側の中空内筒）とを、同軸平行流を与えるように配置した三重管構造を有する反応管を備えた金属酸化物粒子の製造装置では、内側の中空内筒の下流端部と中間部の中空内筒の下流端部とが長手方向で同位置となるように配置した状態で、内側の中空内筒に四塩化チタンなどの金属塩化物を含まないバリアガスを流し、内側の中空内筒と中間部の中空内筒との間のリング状開口部に四塩化チタンなどの金属塩化物を含む反応ガスを流し、さらに中間部の中空内筒と中空外筒との間の別のリング状開口部に四塩化チタンなどの金属塩化物を含まないバリアガスを流すことにより、各中空内筒の下流端部より下流側において、反応ガスをバリアガスで包み込むことができ、反応管の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、酸化チタン粒子を得ることができる。
【００３３】
三重管構造を有する反応管を用いる利点は、四塩化チタンなどの金属塩化物を含む反応ガスを、内側の中空内筒と中間部の中空内筒との間のリング状開口部に流すことができるので、反応ガスの流路断面積を、二重管構造の反応管を用いた場合の反応ガスの流路断面積に比べて大きくすることができる点である。これにより、単位時間当たりの四塩化チタンの反応量をより大きくでき、金属酸化物粒子の生産性を高めることができる。なお、中空外筒と２つの中空内筒の配置は、同軸でも偏心のいずれでもよいが、同軸であることが好ましい。
【００３４】
＜金属酸化物粒子の製造方法＞
次に、本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法について、図１に示した金属酸化物粒子の製造装置１０１を用いて、酸化チタン粒子を製造する場合を一例として説明する。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、金属酸化物粒子の製造装置１０１で、中空内筒５に金属塩化物の蒸気を含む反応ガスを流すとともに、中空外筒１に金属塩化物の蒸気を含まないバリアガスを流し、二重管構造部５２で、前記反応ガスと前記バリアガスとをそれぞれ予熱する工程（予熱工程）と、一重管構造部５１で、前記反応ガスと前記バリアガスとを合流させた後に、前記反応ガスと前記バリアガスとからなる合流ガスを本加熱して、金属酸化物粒子を製造する工程（本加熱工程）と、を有する。
【００３５】
＜予熱工程＞
まず、バリアガス導入管４ａから酸素、窒素及び水を導入する。気化器６で水を水蒸気とした後、バリアガス導入管４へ酸素、窒素及び水蒸気からなる混合ガス（以下、バリアガス）が流し込まれる。
このバリアガスは、四塩化チタンなどの金属塩化物を含まないガスである。具体的には、このバリアガスは、酸素（Ｏ２）、窒素、アルゴン、水蒸気及びオゾン（Ｏ３）などであり、これらを単独で用いても、混合して用いてもよい。従って、酸素のみ、窒素のみ、アルゴンのみ、酸素と不活性ガスとの混合ガス、酸素と水蒸気との混合ガス、酸素と水蒸気と不活性ガスとの混合ガスまたは水蒸気と不活性ガスとの混合ガスなどを用いることができる。なお、酸素と不活性ガスの混合ガスとして、空気を用いてもよい。
バリアガス導入管４から二重管構造部５２の間には予熱領域Ｘが設けられているので、バリアガス導入管４へ流し込まれて、二重管構造部５２の中空外筒１と中空内筒５との間のリング状開口部２７を通過する間に、バリアガスは一定の予熱温度に加熱される。
【００３６】
一方、反応ガス導入管２５ａからは四塩化チタンを導入する。気化器７で四塩化チタンが蒸気とされた後、別の反応ガス導入管２５ｂから導入された酸素及び窒素と混合されて、四塩化チタンの蒸気、酸素及び窒素からなる混合ガス（以下、反応ガス）が中空内筒５に流し込まれる。
この反応ガスは、四塩化チタンの蒸気を含むガスである。具体的には、この反応ガスは、四塩化チタンの蒸気と酸素との混合ガス、四塩化チタンの蒸気と不活性ガスとの混合ガスまたは四塩化チタンの蒸気と酸素と不活性ガスとの混合ガスなどを用いることができる。なお、酸素と不活性ガスの混合ガスとして、空気を用いてもよい。
中空内筒５の上流側から二重管構造部５２の間の領域は予熱領域Ｙとされているので、中空内筒５に流し込まれた反応ガスは一定の予熱温度に加熱される。予熱領域Ｙの予熱温度は、たとえば、１５０℃とされる。
【００３７】
＜反応ガスとバリアガスの組み合わせ＞
反応ガスとバリアガスの組み合わせとしては、反応ガスとして四塩化チタンの蒸気と酸素とからなる混合ガスを用い、バリアガスとして酸素ガスを用いることが、最も好ましい。この組み合わせを用いることにより、「粉末生成物中の１０面体酸化チタン粒子の比率」を高くすることができるとともに、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制することができる。
なお、「粉末生成物中の１０面体酸化チタン粒子の比率」とは、任意にサンプリングした酸化チタンからなる粉末生成物を走査型電子顕微鏡で任意の視野で観察して得られる酸化チタン粒子に対する１０面体酸化チタン粒子の比率である。
【００３８】
なお、反応ガスとして四塩化チタンの蒸気と酸素とからなる混合ガスを用い、バリアガスとして窒素ガスを用いた場合には、「粉末生成物中の１０面体酸化チタン粒子の比率」は高くすることができるが、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を十分抑制することができず、反応管１１の内壁面に膜状生成物が若干生成する。
【００３９】
また、反応ガスとして四塩化チタンの蒸気と酸素とからなる混合ガスを用い、バリアガスとして酸素と水蒸気とからなる混合ガスを用いた場合には、（水の物質量［ｍｏｌ］）／（四塩化チタンの物質量［ｍｏｌ］）の比の値により、生成物の状態が変化する。
まず、（水の物質量［ｍｏｌ］）／（四塩化チタンの物質量［ｍｏｌ］）の比を３以上とした場合には、反応管１１の内壁面に膜状生成物が全く固着されないが、中空内筒５の下流端部５ｂに、筒状の固形生成物が成長する。この現象は（水の物質量［ｍｏｌ］）／（四塩化チタンの物質量［ｍｏｌ］）の比が大きくなるほど顕著になる。また、粉末生成物中の粒子同士の融着も非常に大きくなる。
【００４０】
また、（水の物質量［ｍｏｌ］）／（四塩化チタンの物質量［ｍｏｌ］）の比を０．５〜３の範囲内とした場合には、中空内筒５の下流端部５ｂに生じる筒状の固形生成物はあまり成長せず、その長さは短くなる。また、この範囲内で水蒸気の供給量を増すほど、膜状生成物の量は減り、粉末生成物中の粒子同士の融着が大きくなる。
【００４１】
また、反応ガスとして四塩化チタンの蒸気と窒素とからなる混合ガスを用い、バリアガスとして酸素ガスを用いた場合には、「粉末生成物中の１０面体酸化チタン粒子の比率」は高くすることができるが、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制することができず、反応管１１の内壁面に膜状生成物が若干生成する。
【００４２】
＜予熱温度＞
本実施形態に示すように、四塩化チタンの蒸気と酸素とを含む反応ガスを用いる場合に、予熱領域Ｘ、Ｙの予熱温度を上げすぎて、前記反応ガスの温度を８００℃以上とすると、中空内筒５内を流れる四塩化チタンの蒸気と酸素との間で酸化反応が進行して、中空内筒５内で酸化チタン粒子が生成されるとともに、中空内筒５の内壁面に膜状生成物が生成する。この状態で、酸化チタン粒子の製造を続けた場合には、中空内筒５内が膜状生成物によって閉塞される場合が生じる。そのため、予熱温度は少なくとも８００℃未満とすることが好ましい。
【００４３】
また、中空内筒５を流れる四塩化チタンの蒸気を含む反応ガスが酸素を含まない場合には、バリアガスに酸素を含有させることが必要となる。この場合でも、予熱領域Ｘ、Ｙの予熱温度を上げすぎて、反応ガスとバリアガスの予熱温度を、それぞれ７５０℃超にすると、中空内筒５の内壁面に針状生成物が生成して、中空内筒５の下流端部５ｂが閉塞する場合が生じる。
そのため、予熱領域Ｘ、Ｙの反応ガスとバリアガスの予熱温度は、それぞれ７５０℃以下とすることがより好ましい。
【００４４】
逆に、予熱領域Ｘ、Ｙの予熱温度を、四塩化チタンの沸点の１３６℃未満とすると、四塩化チタンの蒸気が中空内筒５内で一部凝縮する場合が発生する。
以上により、予熱領域Ｘ、Ｙの予熱温度は、１３６℃以上７５０℃以下の温度範囲とすることが好ましい。また、予熱領域Ｘ、Ｙの予熱温度は、１５０℃以上５００℃以下の温度範囲とすることがより好ましく、１５０℃以上２５０℃以下の温度範囲とすることが更に好ましい。
予熱領域Ｘ、Ｙの予熱温度を上記温度範囲とすることにより、予熱領域Ｘ、Ｙでは、四塩化チタンと酸素の酸化反応が進行するのに必要な熱量を供給せず、前記酸化反応を進行させない。しかし、予熱領域Ｘ、Ｙで上記の予熱温度としておくことにより、本加熱領域Ａで短時間に本加熱温度にすることができる。これにより一気に反応させることができ、酸化チタン粒子の製造効率を向上させることができる。
【００４５】
＜本加熱工程＞
予熱領域Ｘ、Ｙで加熱された反応ガスとバリアガスは、中間領域Ｚで合流されて、合流ガスとされる。その後、合流ガスは本加熱領域Ａで本加熱温度に急加熱された後、本加熱領域Ａの下流側の領域で急冷却されて、金属酸化物粒子を生成する。
中空内筒５の下流端部５ｂから下流側に、この中間領域Ｚを設けず、本加熱領域を形成した場合には、中空内筒５の下流端部５ｂから反応管１１内に噴出されたところで、すぐに金属塩化物の分解反応が生じ、中空内筒５の下流端部５ｂに膜状生成物を生成する。これにより、中空内筒５を詰まらせる場合を生ずる。しかし、中間領域Ｚを設けることにより、中間領域Ｚで反応ガスを含む合流ガスは加熱されず、前記合流ガスの温度は８００℃未満とされるので、上記問題を生ずることはない。
【００４６】
＜本加熱温度＞
本加熱領域Ａの加熱温度は、８００℃以上１５００℃以下の温度範囲とすることが好ましい。
本加熱領域Ａの加熱温度が８００℃未満の場合には、先に記載した一般反応式（１）に示される四塩化チタン蒸気と酸素との間の酸化反応が進行せず、酸化チタン粒子を生成できない。
逆に、本加熱領域Ａの加熱温度が１５００℃超の場合には、酸化チタン粒子が互いに融着して、酸化チタン粒子の比表面積を低下させる。これにより、酸化チタン粒子の光触媒特性が劣化する。
【００４７】
本加熱領域Ａの加熱温度は、１０００℃以上１３００℃以下の温度範囲とすることがより好ましく、１１００℃以上１３００℃以下の温度範囲とすることが更に好ましい。
本加熱領域Ａの加熱温度が１１００℃未満の場合には、反応管１１内に供給された四塩化チタン蒸気の全てが消費されるわけではなく、一部が未反応のまま残留する場合が生じる。
逆に、本加熱領域Ａの加熱温度が１３００℃超の場合には、酸化チタン粒子同士の融着が著しくなり、酸化チタン粒子の比表面積を低下させるとともに、酸化チタン粒子の光触媒特性を劣化させる。  
【００４８】
本加熱領域Ａは、外部の加熱装置２により加熱される反応管１１の内壁面が最も高温とされるので、この部分で酸化反応が生じやすくなり、反応管１１の内壁面に膜状生成物が固着する。この膜状生成物は、四塩化チタン蒸気の濃度が高いほど生成しやすい。
二重管構造部５２から一重管構造部５１へガスが流れるときに、中空内筒５から反応ガスが流れ出し、中空外筒１と中空内筒５との間のリング状開口部２７からバリアガスが流れ出す。バリアガスが反応ガスを取り囲み、反応ガスが反応管１１の内壁面へ近づかないようにすることができるので、本加熱領域Ａで反応管１１の内壁面が最も高温とされても、反応管１１の内壁面に膜状生成物を生成することを抑制することができる。
【００４９】
＜四塩化チタンの濃度＞
二重管構造部５２で、中空内筒５内を流れる四塩化チタンの濃度は、０．５〜５０体積％とすることが好ましく、１〜３０体積％とすることがより好ましく、２〜１５体積％とすることが更に好ましい。中空内筒５内を流れる四塩化チタンの濃度を上記範囲内とすることにより、四塩化チタン蒸気の反応管１１の中心軸付近から反応管１１の内壁面側への拡散を遅らせて、反応ガスが反応管１１の内壁面へより近づかないようにすることができる。これにより、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生をより抑制することができる。
中空内筒５内を流れる四塩化チタンの濃度が５０体積％よりも高い場合には、反応管１１の内壁面に固着する膜状生成物の量が多くなる。
逆に、中空内筒５内を流れる四塩化チタンの濃度が０．５％よりも低い場合には、粉末生成物中の１０面体酸化チタン粒子の比率が低下する。
【００５０】
一重管構造部５１で、中空外筒１内を流れる合流ガス中の四塩化チタンの濃度は、０．１〜２０体積％とすることが好ましく、０．１〜５体積％とすることがより好ましく、０．２〜２体積％とすることが更に好ましい。中空外筒１内を流れる合流ガス中の四塩化チタンの濃度を上記範囲内とすることにより、四塩化チタン蒸気の反応管１１の中心軸付近から反応管１１の内壁面側への拡散を遅らせて、反応ガスが反応管１１の内壁面へより近づかないようにすることができる。これにより、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生をより抑制することができる。
中空外筒１内を流れる合流ガス中の四塩化チタンの濃度が２０体積％よりも高い場合には、反応管１１の内壁面に固着する膜状生成物の量が多くなる。
逆に、中空外筒１内を流れる合流ガス中の四塩化チタンの濃度が０．１％よりも低い場合には、粉末生成物中の１０面体酸化チタン粒子の比率が低下する。
【００５１】
一重管構造部５１に反応ガスとバリアガスが噴出されるときには、反応管１１の中心軸付近に配置された中空内筒５から四塩化チタン蒸気が含有された反応ガスが噴出されるので、反応管１１の中心軸付近の四塩化チタンの濃度が最も高い。
合流ガスとして本加熱領域Ａを通過する際に、四塩化チタン蒸気は反応管１１の中心軸付近から反応管１１の内壁面側へ徐々に拡散していく。つまり、下流側にいくほど反応管１１の内壁面側の四塩化チタンの濃度が徐々に高まり、反応管１１の内壁面に膜状生成物が生成されるおそれも高まる。
【００５２】
そのため、反応管１１の中心軸付近に四塩化チタンが存在している本加熱領域Ａの上流側で、四塩化チタン蒸気を酸素と効率よく反応させて、四塩化チタン蒸気を消費することが求められる。
さらに、四塩化チタン蒸気を酸素と効率よく反応させるためには、内筒開口部、リング状開口部及び外筒開口部の断面積及び反応ガス、バリアガス及び合流ガスの線速度を最適に設定することが求められる。
【００５３】
＜内筒開口部、リング状開口部及び外筒開口部の断面積＞
反応管１１の二重管構造部５２は、断面視すると、円形の内筒開口部２６を有する中空内筒５を取り囲むように、円形の外筒開口部２８を有する中空外筒１が配置される。これにより、中空外筒１と中空内筒５との間のリング状開口部２７が設けられる。すなわち、二重管構造部５２では、中空内筒５の内径で規定される内筒開口部２６と、中空外筒１と中空内筒５との間のリング状開口部２７との２つの開口部が設けられている。また、一重管構造部５１では、中空外筒１の内径で規定される外筒開口部２８が設けられている。
【００５４】
反応ガスは内筒開口部２６を通過し、バリアガスは中空外筒１と中空内筒５との間のリング状開口部２７を通過する。さらに、反応ガスとバリアガスとが合流されてなる合流ガスは、外筒開口部２８を通過する。
【００５５】
中空内筒５の反応ガスの流路断面積、すなわち、内筒開口部２６の断面積に対して、中空外筒１と中空内筒５との間のバリアガスの流路断面積、すなわち、中空外筒１と中空内筒５との間のリング状開口部２７の断面積が２倍以上であることが好ましい。
バリアガスの流路断面積が、反応ガスの流路断面積の２倍以上とされるので、一重管構造部５１に反応ガスとバリアガスが噴出されたときに、反応ガスが反応管１１の内壁面へより近づかないようにすることができる。これにより、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生をより抑制することができる。
【００５６】
また、バリアガスの流路断面積が、反応ガスの流路断面積の２倍以上とされることにより、反応管１１の中心軸付近から反応管１１の内壁面側への四塩化チタン蒸気の拡散を遅らせることができ、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制することができる。
なお、この比は大きくするほど、膜状生成物の生成量が減る傾向にあるので、内筒開口部２６の断面積に対して、中空外筒１と中空内筒５との間のリング状開口部２７の断面積は４倍以上とすることがより好ましく、８倍以上とすることが更に好ましい。
【００５７】
一定の内径を有する中空外筒１を用いて、内筒開口部２６の断面積に対するリング状開口部２７の断面積の比を大きくする手法としては、中空内筒５の外径を一定にして、中空内筒５の肉厚を厚くして中空内筒５の内径を小さくする手法と、中空内筒５の内径を一定にして、中空内筒５の肉厚を薄くして中空内筒５の外径を小さくする手法とがある。
【００５８】
中空内筒５の反応ガスの流路断面積、すなわち、内筒開口部２６の断面積に対して、中空内筒５の下流端部５ｂよりも下流側の反応管１１の流路断面積、すなわち、外筒開口部２８の断面積が３倍以上であることが好ましい。
反応ガスの流路断面積が、合流ガスの流路断面積の３倍以上とされるので、一重管構造部５１に反応ガスとバリアガスが噴出されたときに、反応ガスが反応管１１の内壁面へより近づかないようにすることができる。これにより、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生をより抑制することができる。
【００５９】
また、合流ガスが流れる空間の断面積が、反応ガスの流路断面積の３倍以上とされることにより、反応管１１の中心軸付近から反応管１１の内壁面側への四塩化チタン蒸気の拡散を遅らせることができ、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制することができる。
なお、この比は大きくするほど、膜状生成物の生成量が減る傾向にあるので、内筒開口部２６の断面積に対して、外筒開口部２８の断面積は６倍以上とすることがより好ましく、１０倍以上とすることが更に好ましい。
【００６０】
内筒開口部２６の断面積に対する外筒開口部２８の断面積の比を大きくする手法としては、中空外筒１の内径を一定として、中空内筒５の内径を小さくする手法と、中空内筒５の内径を一定として中空外筒１の内径を大きくする手法とがある。
【００６１】
＜線速度＞
二重管構造部５２で、反応ガスの線速度に対して、バリアガスの線速度を０．１〜１０の範囲内とすることが好ましく、０．２５〜４の範囲内とすることがより好ましく、０．５〜２の範囲内とすることが更に好ましい。
反応ガスとバリアガスをほぼ同一の速度で流すことにより、反応管１１の中心軸付近から反応管１１の内壁面側への四塩化チタン蒸気の拡散を遅らせて、反応ガスが反応管１１の内壁面へより近づかないようにすることができる。これにより、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生をより抑制することができる。
【００６２】
二重管構造部５２で、反応ガスの線速度に対するバリアガスの線速度を０．１未満とすると、反応管１１の中心軸付近から反応管１１の内壁面側への四塩化チタン蒸気の拡散を抑制することができず、反応管１１の内壁面に固着する膜状生成物の量が多くなる。
逆に、反応ガスの線速度に対するバリアガスの線速度を１０超とすると、反応管１１の内壁面に固着する膜状生成物の量がさらに多くなる。
【００６３】
＜経過時間＞
中空内筒５の下流端部５ｂから噴出された反応ガスが８００℃以上とされた本加熱領域Ａの最上流端に達するまでの時間（以下、経過時間）は、２５０ミリ秒以下であることが好ましく、７０ミリ秒以下であることがより好ましい。
なお、前記反応ガスは、中間領域Ｚで形成されたバリアガスと合流されて合流ガスとされているので、前記合流ガスが、中空内筒５の下流端部５ｂから噴出されてから、８００℃以上とされた本加熱領域Ａの最上流端に達するまでの時間としてもよい。
前記経過時間が２５０ミリ秒以下である場合には、中間領域Ｚで形成された反応ガスとバリアガスとからなる合流ガスが、本加熱領域Ａに直ちに送り込まれ、反応ガスに含まれる四塩化チタンが酸化反応により直ちに消費される。すなわち、反応管１１の中心軸付近から反応管１１の内壁面側への四塩化チタン蒸気の拡散により反応管１１の内壁面の近傍の四塩化チタン蒸気の濃度が高くなる前に、四塩化チタン蒸気が消費される。これにより、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の量を減らすことができる。
前記経過時間が２５０ミリ秒よりも長く、前記合流ガスが本加熱領域Ａに直ちに送り込まれない場合、中間領域Ｚの反応管１１の内壁面の近傍における四塩化チタン蒸気の濃度分布が高くなり、反応管１１の内壁面に固着する膜状生成物の量が増える。
【００６４】
＜滞留時間＞
反応ガス、すなわち、合流ガスが本加熱領域Ａに滞留する時間（以下、滞留時間）は、２〜５００ミリ秒の範囲内であることが好ましく、２〜３００ミリ秒の範囲内であることがより好ましく、５０〜２５０ミリ秒の範囲内であることが更に好ましい。
前記滞留時間が５００ミリ秒超の場合には、酸化チタン粒子同士が融着しやすくなり、粉末生成物中の１０面体酸化チタン粒子の比率が低下する。
逆に、前記滞留時間が２ミリ秒未満の場合には、本加熱領域Ａを通過する際に完全に四塩化チタンの酸化反応が行われず、未反応の四塩化チタンが残り、酸化チタン粒子の生産性が低下するとともに、粉末生成物中の１０面体酸化チタン粒子の比率も低下する。
【００６５】
＜レイノルズ数＞
反応ガス、すなわち、合流ガスのレイノルズ数は、１０〜１００００の範囲であることが好ましく、２０〜２０００の範囲であることがより好ましく、５０〜５００の範囲であることが更に好ましい。
レイノルズ数を上記範囲内とすることにより、反応管１１の外側への四塩化チタン蒸気の拡散を抑制するバリアガスの効果を高めることができる。これにより、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の量を減らすことができる。また、この効果が最も高いのは、レイノルズ数が５０〜５００の範囲の層流となる場合である。
【００６６】
レイノルズ数が１００００を超える場合には、合流ガスの乱流状態が顕著になり、反応管１１の中心軸付近から内壁面側への四塩化チタン蒸気の拡散を抑制するバリアガスの効果が失われ、反応管１１の内壁面への膜状生成物の固着量が増える。
逆に、レイノルズ数が１０未満の場合には、反応ガス及びバリアガスの線速度がそれぞれ低くなり、反応管１１の中心軸付近から内壁面側への四塩化チタン蒸気の拡散を抑制するバリアガスの効果が失われ、反応管１１の内壁面への膜状生成物の固着量が増える。
【００６７】
レイノルズ数Ｒｅは、Ｒｅ＝Ｄ×ｕ×ρ／μという式で計算する。ここで、Ｄは中空外筒１の内径（ｍ）であり、ｕは線速度（ｍ／ｓ）であり、ρは密度（ｋｇ／ｍ３）であり、μは粘度［ｋｇ／（ｍ×ｓ）］である。
【００６８】
＜中空外筒の内径Ｄ＞
本実施形態では、中空外筒１の内径Ｄの値として２１（ｍｍ）を用いる。また、ｕの値としては、反応後の合流ガス（Ｃｌ２＋Ｏ２）の線速度（１２００℃換算値）を用いる。ρの値としては、反応後の合流ガス（Ｃｌ２＋Ｏ２）の密度（１２００℃換算値）を用いる。さらに、μの値としては、反応後の合流ガスの粘度（１２００℃換算値）を用いる。
【００６９】
＜合流ガスの線速度ｕ＞
反応後の合流ガス（Ｃｌ２＋Ｏ２）の線速度ｕの値として、反応ガス（ＴｉＣｌ４＋Ｏ２）の線速度ｕ（１２００℃換算値）を用いる。
先に記載した反応式（１）の反応により、反応ガスに含有させたＴｉＣｌ４がすべて消費された場合には、ＴｉＣｌ４の２倍の（流）量のＣｌ２が生成するとともに、Ｏ２はＴｉＣｌ４の分だけ消費されて、Ｏ２流量が減少する。しかし、生成するＴｉＯ２は粒子でありガスではないので、この反応前後で流れる気体全体の流量は変わらない。
【００７０】
＜合流ガスの密度ρ＞
反応後の合流ガス（Ｃｌ２＋Ｏ２）の密度ρの値を計算するために、単位時間当たりに流れる反応後の合流ガスの流量（すなわち、反応ガスの流量）を用いる。
まず、反応後の合流ガスの流量を１２００℃換算した流量をＸ１２００℃（ｍ３）とする。反応後の合流ガスの流量Ｘ１２００℃（ｍ３）の標準状態（０℃、１ａｔｍ）における流量を用いて、合流ガスの質量Ｙ０℃，１ａｔｍ（ｋｇ）が求まる。このとき、反応後の合流ガスの密度ρ＝Ｙ０℃，１ａｔｍ（ｋｇ）／Ｘ１２００℃（ｍ３）となる。
【００７１】
＜合流ガスの粘度μ＞
反応後の合流ガス（Ｃｌ２＋Ｏ２）の粘度μの計算には、μ＝ｅｘｐ｛ａ＋ｂ×ｌｎ（ｔ＋２７３）｝という算出式を用いる。上記算出式において、ｔは温度であり、ここでは１２００℃である。また、ａ、ｂは使用するガスの種類によって決まる定数であり、Ｃｌ２についてはａ＝０．０１５、ｂ＝０．８６４であり、Ｏ２についてはａ＝１．２８９、ｂ＝０．７１１という値である。なお、ａ、ｂのこれらの値は、すでに既知となっているｔとμの組み合わせから、ａとｂの連立方程式を解いて得た値である。
【００７２】
＜合流ガスの粘度μ＞
以下の式により、反応後の合流ガス（Ｃｌ２＋Ｏ２）の粘度μを平均化して、反応後の合流ガスの粘度μ（１２００℃時）を求める。
反応後の合流ガスの粘度μ（１２００℃時）＝｛（Ｃｌ２の流量の１２００℃換算値）×（１２００℃時のＣｌ２の粘度）＋（Ｏ２の流量の１２００℃換算値）×（１２００℃時のＯ２の粘度）｝／｛反応後の合流ガス（Ｃｌ２＋Ｏ２）の流量｝
【００７３】
以上、金属酸化物粒子として酸化チタン粒子を例として説明したが、これに限られるものではなく、たとえば、金属酸化物粒子は、酸化ケイ素粒子、酸化スズ粒子などであってもよい。これらの場合、それぞれ四塩化ケイ素蒸気及び四塩化スズ蒸気を含む反応ガスを使用する。
【００７４】
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、中空外筒１の上流部に中空内筒５が挿入された部分二重管構造（二重管構造部５２）を有する反応管１１に反応ガスを流通させて金属酸化物粒子を製造する方法であって、中空内筒５に金属塩化物を含む前記反応ガスを流すとともに、中空内筒５と中空外筒１との間に金属塩化物を含まないバリアガスを流しつつ、中空内筒５の下流端部５ｂよりも上流において前記反応ガスと前記バリアガスとを予熱し、中空内筒５の下流端部５ｂよりも下流側に離れた領域において前記反応ガスを本加熱して、前記金属塩化物を熱分解させる構成なので、短時間に本加熱に好適な温度にして、金属塩化物の蒸気と酸素との間の酸化反応を速やかに行うことができるとともに、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、光触媒材料として好適な１０面体酸化チタン粒子もしくはそれ以外の酸化チタン粒子などの金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
【００７５】
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、金属塩化物が四塩化チタンであり、金属酸化物粒子が酸化チタン粒子である構成なので、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、酸化チタン粒子を効率的に製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、酸化チタン粒子が１０面体酸化チタン粒子である構成なので、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、１０面体酸化チタン粒子を効率的に製造することができる。
【００７６】
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、予熱の温度が１３６℃以上７５０℃以下である構成なので、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、本加熱の温度が８００℃以上１５００℃以下である構成なので、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
【００７７】
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、反応ガスが、酸素ガスまたは／および窒素ガスを含む構成なので、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、バリアガスが、酸素ガス、窒素ガス、アルゴン、水蒸気またはこれらのうち少なくとも２種類のガスを含む構成なので、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
【００７８】
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、中空内筒５の反応ガスの流路断面積（内筒開口部２６断面積）に対して、中空外筒１と中空内筒５との間のバリアガスの流路断面積（リング状開口部２７断面積）が２倍以上である構成なので、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、中空内筒５の反応ガスの流路断面積（内筒開口部２６断面積）に対して、中空内筒５の下流端部５ｂよりも下流側の反応管１１の流路断面積（外筒開口部２８断面積）が３倍以上である構成なので、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
【００７９】
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、中空内筒５の下流端部５ｂよりも上流側（二重管構造部５２）で、反応ガスの線速度に対して、バリアガスの線速度が０．１〜１０の範囲内である構成なので、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、中空内筒５の下流端部５ｂよりも上流側（二重管構造部５２）で、反応ガスに含まれる金属塩化物の濃度が０．５〜５０体積％である構成なので、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
【００８０】
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、中空内筒５の下流端部５ｂよりも下流側（一重管構造部５１）で、反応ガスに含まれる金属塩化物の濃度が０．１〜２０体積％である構成なので、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、中空内筒の下流端部から噴出された前記反応ガスが、８００℃以上とされた本加熱領域Ａの最上流端に達するまでの時間が２５０ミリ秒以下である構成なので、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
【００８１】
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、前記反応ガスが、前記本加熱領域に滞留する時間が２〜５００ミリ秒である構成なので、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、前記反応ガスのレイノルズ数が１０〜１００００である構成なので、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
【００８２】
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造装置１０１は、中空外筒１の上流部に中空内筒５が挿入された部分二重管構造（二重管構造部５２）を有する反応管１１に反応ガスを流通させて金属酸化物粒子を製造する装置であって、中空内筒５の下流端部ｂよりも上流に、中空内筒５に流した金属塩化物を含む前記反応ガスと、中空内筒５と中空外筒１との間に流した金属塩化物を含まないバリアガスと、を予熱する予熱領域Ｘ、Ｙが設けられ、中空内筒５の下流端部５ｂよりも下流側に離れた領域に、前記反応ガスを本加熱して、前記金属塩化物を熱分解させる本加熱領域Ａが設けられている構成なので、反応管１１の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
【００８３】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造装置の別の一例を示す模式図である。第１の実施形態で示した部材と同じ部材については同じ符号を付して示している。
図２に示すように、本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造装置１０２は、中空内筒５の下流端部５ｂが２つの加熱装置（赤外線ゴールドイメージ炉）２に挟まれた領域に大きくはみ出すように、中空内筒５が配置されており、予熱領域Ｙの下流側末端から下流端部５ｂの位置まで、中空外筒１に白金板（図示略）が巻きつけられて、別の予熱領域Ｂが形成されている他は、第１の実施形態で示した金属酸化物粒子の製造装置１０１と同様の構成とされている。
【００８４】
この加熱装置（赤外線ゴールドイメージ炉）２は、上流側と下流側でそれぞれ独立した温度制御器（図示略）で制御されている。これにより、予熱領域Ｂと本加熱領域Ａは、それぞれ別の任意の温度に設定して制御できる構成とされている。
予熱領域Ｘ、Ｙに加えて、別の予熱領域Ｂを通過させることにより、反応ガスとバリアガスの温度をそれぞれ１３６℃以上７５０℃以下の温度範囲でより精密に制御することができる。
【００８５】
次に、本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法の別の一例について、図２に示した金属酸化物粒子の製造装置を用いて説明する。
まず、第１の実施形態で示した金属酸化物粒子の製造方法と同様に、バリアガス導入管４ａ、４からバリアガスを反応管１２の中空外筒１に導入するとともに、反応ガス導入管２５ａ、２５ｂから反応ガスを反応管１２の中空内筒５に導入する。このとき、水は気化器６により水蒸気とし、四塩化チタンは気化器７により四塩化チタンの蒸気とする。
【００８６】
次に、予熱領域Ｘ、Ｙでバリアガスと反応ガスとを加熱した後、別の予熱領域Ｂでバリアガスと反応ガスとを更に加熱して、反応ガスとバリアガスの温度をそれぞれ１３６℃以上７５０℃以下の温度範囲の所定の予熱温度となるように精密に制御する。
次に、中間領域Ｚで反応ガスとバリアガスとを合流させた後、本加熱領域Ａで前記合流ガスを８００℃以上１５００℃以下の温度範囲で本加熱する。
本加熱領域Ｃを通過した合流ガスは直ちに冷却されて、酸化チタン粒子を生成する。この酸化チタン粒子は、生成物回収部３で回収される。
【００８７】
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造方法は、第１の実施形態で示した効果の他、予熱領域Ｘ、Ｙでバリアガスと反応ガスとを加熱した後、別の予熱領域Ｂでバリアガスと反応ガスとを更に加熱して、反応ガスとバリアガスの温度をそれぞれ１３６℃以上７５０℃以下の温度範囲の所定の予熱温度となるように精密に制御する構成なので、反応管１２の内壁面に生成する膜状生成物の発生をより抑制して、金属酸化物粒子をより効率的に製造することができる。
【００８８】
本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造装置１０２は、中空外筒１と、中空外筒１の上流側から途中まで挿入されてなる中空内筒５と、からなる二重管構造部５２と、中空外筒１のみからなる一重管構造部５１とを有する反応管１２と、一重管構造部５１の一部を局所的に加熱するように、反応管１２の外部に配置された加熱装置２と、中空外筒１の上流側に接続されたバリアガス導入管４、４ａと、中空内筒５の上流側に接続された反応ガス導入管２５ａ、２５ｂと、中空外筒１の下流側に接続された生成物回収部３と、が備えられている構成なので、反応管１２の内壁面に生成する膜状生成物の発生を抑制して、酸化チタン粒子などの金属酸化物粒子を効率的に製造することができる。
【実施例】
【００８９】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
（実施例１）
図１に示す金属酸化物粒子の製造装置１０１を用いて、以下のようにして、酸化チタン粒子を製造した。
まず、中空外筒１としては外径２５．０ｍｍ、内径２１．０ｍｍ、厚み２．０ｍｍの石英管を使用し、中空内筒５としては外径１２．７ｍｍ、内径１０．０ｍｍ、厚み１．３ｍｍの石英管を使用して、中空外筒１と中空内筒５とが同軸となるように配置して二重管構造を有する反応管１１を作製した。これにより、内筒開口部断面積に対するリング状開口部断面積は２．６倍となり、内筒開口部断面積に対する外筒開口部断面積は４．０９倍となった。
【００９０】
次に、反応管１１の一部に白金板を１６ｃｍ巻きつけ、この部分に赤外線が当たるように加熱装置（赤外線ゴールドイメージ炉）２を配置して、本加熱領域Ａを設定した。
また、中空内筒５の下流端部５ｂが本加熱領域Ａの上流端から７ｃｍ上流の位置となるように、中空内筒５を配置した。これに合わせて電気ヒーターを配置して、反応ガスとバリアガスとを予熱する予熱領域Ｘ、Ｙを設定した。
【００９１】
酸素（Ｏ２）ガスからなるバリアガスをバリアガス導入管４ａに導入した後、１６５℃に保温した気化器６内を通過させて、中空外筒１へバリアガスを導入した。なお、バリアガスの流量は、２３１６ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
反応ガスとしては四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）の蒸気と酸素の混合ガスを用いた。まず、反応ガス導入管２５ａから導入した四塩化チタンを、１６５℃に保温した気化器７を通過させて四塩化チタンの蒸気とするとともに、酸素を反応ガス導入管２５ｂから導入して、これらを混合ガスとした状態で、中空内筒５へ反応ガスを導入した。
【００９２】
次に、予熱領域Ｘ、Ｙで、反応ガスとバリアガスをそれぞれ１５０℃に加熱した。なお、予熱領域Ｘ、Ｙにおける反応ガス中の四塩化チタン濃度は２．７体積％とし、反応ガスの流量は８４８ＮｍＬ／ｍｉｎとした。また、予熱領域Ｘ、Ｙにおける反応ガスの線速度に対するバリアガスの線速度の比は１．０とした。
【００９３】
次に、予熱した反応ガスとバリアガスを、中間領域Ｚで合流させて、合流ガスとした。中間領域Ｚにおける合流ガス中の四塩化チタンの濃度は０．７２体積％とした。また、中間領域Ｚでの合流ガスのレイノルズ数は７２とした。なお、このレイノルズ数は、中空内筒５の下流端部５ｂのより下流において、合流ガスが１２００℃になっていると仮定した場合の値である。また、中間領域Ｚで合流ガスが形成された後、前記合流ガスが本加熱領域Ａの最上流端に達するまでの時間（経過時間）は、８８ミリ秒であった。
【００９４】
次に、本加熱領域Ａで、加熱装置２を温度制御器（図示略）で、白金板の表面温度が１２００℃になるように制御して、合流ガスを加熱した。
このとき、合流ガスの本加熱領域Ａでの滞留時間は２００ミリ秒とした。なお、この滞留時間は、中空内筒５の下流端部５ｂのより下流において、合流ガスが１２００℃になっていると仮定した場合の値である。最後に、生成物回収部３で酸化チタン粒子を回収した。
原料に対する粉末生成物の収率は８４％であった。また、酸化チタン粒子を走査型電子顕微鏡で観察することにより、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は７０％であることが分かった。
【００９５】
（実施例２）
図１に示す金属酸化物粒子の製造装置１０１を用いて、以下の条件で酸化チタン粒子を製造した。なお、以下に示す条件以外は、実施例１と同様の条件とした。
まず、中空内筒５としては外径１２．０ｍｍ、内径７．９ｍｍ、厚み２．１ｍｍの石英管を使用して、反応管１１を作製した。これにより、内筒開口部断面積に対するリング状開口部断面積は４．８倍となり、内筒開口部断面積に対する外筒開口部断面積は７．０７倍となった。
【００９６】
次に、酸素（Ｏ２）ガスからなるバリアガスを中空外筒１へ導入し、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）の蒸気と酸素とからなる反応ガスを、中空内筒５へ導入した。なお、バリアガスの流量は、２５４６ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
次に、予熱領域Ｘ、Ｙで、反応ガスとバリアガスをそれぞれ１５０℃に加熱した。なお、予熱領域Ｘ、Ｙにおける反応ガス中の四塩化チタン濃度は４．２体積％とし、反応ガスの流量は５３４ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
【００９７】
次に、予熱した反応ガスとバリアガスを、中間領域Ｚで合流させて、合流ガスとした。中間領域Ｚにおける合流ガス中の四塩化チタンの濃度は０．７３体積％とした。また、中間領域Ｚでの合流ガスのレイノルズ数は７０とした。
次に、本加熱領域Ａで、加熱装置２を温度制御器（図示略）で、白金板の表面温度が１２００℃になるように制御して、合流ガスを加熱した。このとき、合流ガスの本加熱領域Ａでの滞留時間は２００ミリ秒とした。最後に、生成物回収部３で酸化チタン粒子を回収した。
原料に対する粉末生成物の収率は８４％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は７０％であった。
【００９８】
（実施例３）
図１に示す金属酸化物粒子の製造装置１０１を用いて、以下の条件で酸化チタン粒子を製造した。なお、以下に示す条件以外は、実施例１と同様の条件とした。
まず、中空内筒５としては外径１２．４ｍｍ、内径６．０ｍｍ、厚み３．２ｍｍの石英管を使用して、反応管１１を作製した。これにより、内筒開口部断面積に対するリング状開口部断面積は８．１倍となり、内筒開口部断面積に対する外筒開口部断面積は１２．４倍となった。また、本加熱領域Ａ及び予熱領域Ｘ、Ｙを設定した。
【００９９】
次に、酸素（Ｏ２）ガスからなるバリアガスを中空外筒１へ導入し、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）の蒸気と酸素とからなる反応ガスを、中空内筒５へ導入した。なお、バリアガスの流量は、２７４２ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
次に、予熱領域Ｘ、Ｙで、反応ガスとバリアガスをそれぞれ１５０℃に加熱した。なお、予熱領域Ｘ、Ｙにおける反応ガス中の四塩化チタン濃度は６．６体積％とし、反応ガスの流量は３３８ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
【０１００】
次に、予熱した反応ガスとバリアガスを、中間領域Ｚで合流させて、合流ガスとした。中間領域Ｚにおける合流ガス中の四塩化チタンの濃度は０．７３体積％とした。また、中間領域Ｚでの合流ガスのレイノルズ数は７０とした。
次に、本加熱領域Ａで、加熱装置２を温度制御器（図示略）で、白金板の表面温度が１２００℃になるように制御して、合流ガスを加熱した。このとき、合流ガスの本加熱領域Ａでの滞留時間は２００ミリ秒とした。
原料に対する粉末生成物の収率は９０％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は８０％であった。なお、図５は、本実施例で得られた酸化チタン粒子の電子顕微鏡写真である。
【０１０１】
（実施例４）
中空内筒５の下流端部５ｂの位置を、本加熱領域Ａの上流端から２ｃｍ上流の位置に配置した以外は実施例３と同じ条件で、酸化チタン粒子を製造した。なお、中間領域Ｚで合流ガスが形成された後、前記合流ガスが本加熱領域Ａの最上流端に達するまでの時間（経過時間）は、２５ミリ秒であった。
原料に対する粉末生成物の収率は９４％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は７０％であった。
【０１０２】
（実施例５）
図１に示す金属酸化物粒子の製造装置１０１を用いて、以下の条件で酸化チタン粒子を製造した。なお、以下に示す条件以外は、実施例３と同様の条件とした。
まず、中空内筒５としては外径１２．６ｍｍ、内径４．１ｍｍ、厚み４．２ｍｍの同軸平行流の石英管を使用して、反応管１１を作製した。これにより、内筒開口部断面積に対するリング状開口部断面積は１６．９倍となり、内筒開口部断面積に対する外筒開口部断面積は２６．３倍となった。
中空内筒５の下流端部５ｂの位置を、本加熱領域Ａの上流端から２ｃｍ上流の位置に配置した。なお、中間領域Ｚで合流ガスが形成された後、前記合流ガスが本加熱領域Ａの最上流端に達するまでの時間（経過時間）は、２５ミリ秒であった。
【０１０３】
次に、酸素（Ｏ２）ガスからなるバリアガスを中空外筒１へ導入し、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）の蒸気と酸素とからなる反応ガスを、中空内筒５へ導入した。なお、バリアガスの流量は、２９０８ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
次に、予熱領域Ｘ、Ｙで、反応ガスとバリアガスをそれぞれ１５０℃に加熱した。なお、予熱領域Ｘ、Ｙにおける反応ガス中の四塩化チタン濃度は１３．０体積％とし、反応ガスの流量は１７２ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
原料に対する粉末生成物の収率は９６％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は８０％であった。
【０１０４】
（実施例６）
図１に示す金属酸化物粒子の製造装置１０１を用いて、以下の条件で酸化チタン粒子を製造した。なお、以下に示す条件以外は、実施例１と同様の条件とした。
酸素（Ｏ２）ガスからなるバリアガスを中空外筒１へ導入し、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）の蒸気と酸素とからなる反応ガスを、中空内筒５へ導入した。なお、バリアガスの流量は、２３２７ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
【０１０５】
次に、予熱領域Ｘ、Ｙで、反応ガスとバリアガスをそれぞれ１５０℃に加熱した。なお、予熱領域Ｘ、Ｙにおける反応ガス中の四塩化チタン濃度は１．０体積％とし、反応ガスの流量は８３１ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
次に、予熱した反応ガスとバリアガスを、中間領域Ｚで合流させて、合流ガスとした。中間領域Ｚにおける合流ガス中の四塩化チタンの濃度は０．２６体積％とした。また、中間領域Ｚでの合流ガスのレイノルズ数は７１とした。
原料に対する粉末生成物の収率は８０％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は７０％であった。
【０１０６】
（実施例７）
図１に示す金属酸化物粒子の製造装置１０１を用いて、以下の条件で酸化チタン粒子を製造した。なお、以下に示す条件以外は、実施例１と同様の条件とした。
酸素（Ｏ２）ガスからなるバリアガスを中空外筒１へ導入し、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）の蒸気と酸素とからなる反応ガスを、中空内筒５へ導入した。なお、バリアガスの流量は、２３２７ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
【０１０７】
次に、予熱領域Ｘ、Ｙで、反応ガスとバリアガスをそれぞれ１５０℃に加熱した。なお、予熱領域Ｘ、Ｙにおける反応ガス中の四塩化チタン濃度は５．７体積％とし、反応ガスの流量は８３１ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
次に、予熱した反応ガスとバリアガスを、中間領域Ｚで合流させて、合流ガスとした。中間領域Ｚにおける合流ガス中の四塩化チタンの濃度は１．５体積％とした。また、中間領域Ｚでの合流ガスのレイノルズ数は７３とした。
原料に対する粉末生成物の収率は７２％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は８０％であった。
【０１０８】
（実施例８）
図１に示す金属酸化物粒子の製造装置１０１を用いて、以下の条件で酸化チタン粒子を製造した。なお、以下に示す条件以外は、実施例１と同様の条件とした。
酸素（Ｏ２）ガスからなるバリアガスを中空外筒１へ導入し、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）の蒸気と酸素とからなる反応ガスを、中空内筒５へ導入した。なお、バリアガスの流量は、２５５２ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
【０１０９】
次に、予熱領域Ｘ、Ｙで、反応ガスとバリアガスをそれぞれ１５０℃に加熱した。なお、予熱領域Ｘ、Ｙにおける反応ガス中の四塩化チタン濃度は３．７体積％とし、反応ガスの流量は６０６ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
また、予熱領域Ｘ、Ｙにおける反応ガスの線速度に対するバリアガスの線速度の比は１．５とした。
次に、予熱した反応ガスとバリアガスを、中間領域Ｚで合流させて、合流ガスとした。中間領域Ｚにおける合流ガス中の四塩化チタンの濃度は０．７２体積％とした。
原料に対する粉末生成物の収率は７２％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は５０％であった。
【０１１０】
（実施例９）
図１に示す金属酸化物粒子の製造装置１０１を用いて、以下の条件で酸化チタン粒子を製造した。なお、以下に示す条件以外は、実施例１と同様の条件とした。
酸素（Ｏ２）ガスからなるバリアガスを中空外筒１へ導入し、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）の蒸気と酸素とからなる反応ガスを、中空内筒５へ導入した。なお、バリアガスの流量は、２４５８ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
【０１１１】
次に、予熱領域Ｘ、Ｙで、反応ガスとバリアガスをそれぞれ１５０℃に加熱した。なお、予熱領域Ｘ、Ｙにおける反応ガス中の四塩化チタン濃度は３．２体積％とし、反応ガスの流量は７００ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
また、予熱領域Ｘ、Ｙにおける反応ガスの線速度に対するバリアガスの線速度の比は１．２５とした。
次に、予熱した反応ガスとバリアガスを、中間領域Ｚで合流させて、合流ガスとした。中間領域Ｚにおける合流ガス中の四塩化チタンの濃度は０．７２体積％とした。
原料に対する粉末生成物の収率は８２％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は６０％であった。
【０１１２】
（実施例１０）
図１に示す金属酸化物粒子の製造装置１０１を用いて、以下の条件で酸化チタン粒子を製造した。なお、以下に示す条件以外は、実施例１と同様の条件とした。
酸素（Ｏ２）ガスからなるバリアガスを中空外筒１へ導入し、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）の蒸気と酸素とからなる反応ガスを、中空内筒５へ導入した。なお、バリアガスの流量は、２１８５ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
【０１１３】
次に、予熱領域Ｘ、Ｙで、反応ガスとバリアガスをそれぞれ１５０℃に加熱した。なお、予熱領域Ｘ、Ｙにおける反応ガス中の四塩化チタン濃度は２．３体積％とし、反応ガスの流量は９７３ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
また、予熱領域Ｘ、Ｙにおける反応ガスの線速度に対するバリアガスの線速度の比は１／１．２５とした。
次に、予熱した反応ガスとバリアガスを、中間領域Ｚで合流させて、合流ガスとした。中間領域Ｚにおける合流ガス中の四塩化チタンの濃度は０．７２体積％とした。
原料に対する粉末生成物の収率は８１％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は６０％であった。
【０１１４】
（実施例１１）
図１に示す金属酸化物粒子の製造装置１０１を用いて、以下の条件で酸化チタン粒子を製造した。なお、以下に示す条件以外は、実施例１と同様の条件とした。
酸素（Ｏ２）ガスからなるバリアガスを中空外筒１へ導入し、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）の蒸気と酸素とからなる反応ガスを、中空内筒５へ導入した。なお、バリアガスの流量は、２０５８ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
【０１１５】
次に、予熱領域Ｘ、Ｙで、反応ガスとバリアガスをそれぞれ１５０℃に加熱した。なお、予熱領域Ｘ、Ｙにおける反応ガス中の四塩化チタン濃度は２．１体積％とし、反応ガスの流量は１１０ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
また、予熱領域Ｘ、Ｙにおける反応ガスの線速度に対するバリアガスの線速度の比は１／１．５とした。
次に、予熱した反応ガスとバリアガスを、中間領域Ｚで合流させて、合流ガスとした。中間領域Ｚにおける合流ガス中の四塩化チタンの濃度は０．７２体積％とした。
原料に対する粉末生成物の収率は８０％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は６０％であった。
【０１１６】
（実施例１２）
中空内筒５の下流端部５ｂの位置を、本加熱領域Ａの上流端から５ｃｍ上流の位置に配置した以外は実施例３と同じ条件で、酸化チタン粒子を製造した。なお、中間領域Ｚで合流ガスが形成された後、前記合流ガスが本加熱領域Ａの最上流端に達するまでの時間（経過時間）は、６３ミリ秒であった。
原料に対する粉末生成物の収率は９１％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は５０％であった。
【０１１７】
（実施例１３）
中空内筒５の下流端部５ｂの位置を、本加熱領域Ａの上流端から４ｃｍ上流の位置に配置した以外は実施例３と同じ条件で、酸化チタン粒子を製造した。なお、中間領域Ｚで合流ガスが形成された後、前記合流ガスが本加熱領域Ａの最上流端に達するまでの時間（経過時間）は、５０ミリ秒であった。
原料に対する粉末生成物の収率は９５％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は５０％であった。
【０１１８】
（実施例１４）
図２に示す金属酸化物粒子の製造装置１０２を用いて、以下のようにして、酸化チタン粒子を製造した。なお、以下に示す条件以外は、実施例１３と同様の条件とした。
中空内筒５の下流端部５ｂより上流側に、８ｃｍの長さの白金板を巻いた別の予熱領域Ｂを設定した。
また、中空内筒５の下流端部５ｂより下流側に、７ｃｍ幅の中間領域を挟んで、１６ｃｍの長さの白金板を巻いた本加熱領域Ａを設定した。
そして、これら２つの領域に赤外線が照射されるように、加熱装置（赤外線ゴールドイメージ炉）２を設置した。
【０１１９】
加熱装置（赤外線ゴールドイメージ炉）２を制御して、別の予熱領域Ｂの白金板の表面温度を５００℃にするとともに、本加熱領域Ａの白金板の表面温度を１２００℃にした。最後に、生成物回収部３で酸化チタン粒子を回収した。
原料に対する粉末生成物の収率は９５％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は５０％であった。
【０１２０】
（実施例１５）
図１に示す金属酸化物粒子の製造装置１０１を用いて、以下の条件で酸化チタン粒子を製造した。なお、以下に示す条件以外は、実施例１と同様の条件とした。
酸素（Ｏ２）ガスからなるバリアガスを中空外筒１へ導入し、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）の蒸気と窒素（Ｎ２）とからなる反応ガスを、中空内筒５へ導入した。中間領域Ｚでの合流ガスのレイノルズ数は６９とした。
原料に対する粉末生成物の収率は７７％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は８０％であった。
【０１２１】
（実施例１６）
図１に示す金属酸化物粒子の製造装置１０１を用いて、以下の条件で酸化チタン粒子を製造した。なお、以下に示す条件以外は、実施例１と同様の条件とした。
窒素（Ｎ２）ガスからなるバリアガスを中空外筒１へ導入し、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）の蒸気と酸素（Ｏ２）とからなる反応ガスを、中空内筒５へ導入した。
原料に対する粉末生成物の収率は７１％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は６０％であった。
【０１２２】
（実施例１７）
図１に示す金属酸化物粒子の製造装置１０１を用いて、以下の条件で酸化チタン粒子を製造した。なお、以下に示す条件以外は、実施例１と同様の条件とした。
酸素（Ｏ２）ガスと水蒸気とからなるバリアガスを中空外筒１へ導入し、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）の蒸気と酸素（Ｏ２）とからなる反応ガスを、中空内筒５へ導入した。なお、四塩化チタンの蒸気と水蒸気の体積比は１：０．５とした。中間領域Ｚでの合流ガスのレイノルズ数は６９とした。
原料に対する粉末生成物の収率は８９％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は５０％であった。
【０１２３】
（実施例１８）
図１に示す金属酸化物粒子の製造装置１０１を用いて、以下の条件で酸化チタン粒子を製造した。なお、以下に示す条件以外は、実施例１と同様の条件とした。
酸素（Ｏ２）ガスと水蒸気とからなるバリアガスを中空外筒１へ導入し、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）の蒸気と酸素（Ｏ２）とからなる反応ガスを、中空内筒５へ導入した。なお、四塩化チタンの蒸気と水蒸気の体積比は１：１とした。中間領域Ｚでの合流ガスのレイノルズ数は６９とした。
原料に対する粉末生成物の収率は９５％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は４０％であった。
【０１２４】
（比較例１）
図３に示す金属酸化物粒子の製造装置２０１を用いて、以下の条件で、酸化チタン粒子を製造した。ここで、実施例１で示した部材と同じ部材については同じ符号を付して示している。なお、以下に示す条件以外は、実施例１と同様の条件とした。
図３に示すように、金属酸化物粒子の製造装置２０１は、中空内筒５の下流端部５ｂが、加熱装置（赤外線ゴールドイメージ炉）２から上流側に大きく離間して設置されて、反応管３１に二重管構造部が設けられていない点と、反応管３１にバッフル９が挿入されている点が、本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造装置１０１、１０２と大きく異なる。なお、反応管３１としては、実施例１と同じ寸法の石英管を用いた。
反応ガスとしては、四塩化チタンの蒸気と酸素（Ｏ２）との混合ガスを用い、気化器７を通過させると同時に、中空内筒５の下流端部５ｂから反応管３１の内部に導入した。
【０１２５】
バッフル９は、反応管３１の下流側１ｂから挿入されている。バッフル９としては、図３に示すように、例えば、石英管の先端を閉塞して尖った形状にしたものが使用され、中空内筒５から反応管３１内に導入される反応ガスを、高温状態にされた反応管３１の内壁面側へと導く。なお、本比較例では、バッフル９の外径を１２．７ｍｍとした。
気化器７を通過した後の混合ガス中の四塩化チタンの濃度は０．７２体積％とし、流量を合計で２２６４ＮｍＬ／ｍｉｎとした。
【０１２６】
反応管３１の表面には、実施例１と同じ長さの白金板が巻き付けられて、本加熱領域Ｄが設定されている。本加熱領域Ｄにおける反応ガスの滞留時間及び白金板の表面温度は実施例１と同様にされて、本加熱がなされた。最後に、生成物回収部３で酸化チタン粒子を回収した。
原料に対する粉末生成物の収率は３１％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は７０％であった。また、反応管３１の内壁面に膜状生成物が形成され、その収率は６３％であった。
【０１２７】
（比較例２）  
バッフル９が設置されていない他は同様の金属酸化物粒子の製造装置２０１を用いて、気化器７を通過させた後の四塩化チタンの蒸気と酸素（Ｏ２）との反応ガスの流量を、３４６１ＮｍＬ／ｍｉｎとした他は比較例１と同様の条件で、金属酸化物粒子を製造した。
原料に対する粉末生成物の収率は４０％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は４０％であった。また、反応管３１の内壁面に膜状生成物が形成され、その収率は５５％であった。
【０１２８】
（比較例３）
図４に示す金属酸化物粒子の製造装置２０２を用いて、以下の条件で、酸化チタン粒子を製造した。ここで、実施例１で示した部材と同じ部材については同じ符号を付して示している。なお、以下に示す条件以外は、実施例１と同様の条件とした。
図４に示すように、金属酸化物粒子の製造装置２０２は、二重管構造部５２の一部と、一重間構造部５１の一部とに重なるように、中空外筒１の表面に白金板が巻きつけられて、加熱領域Ｆが形成されている点と、反応管３２にバッフル９が挿入されている点が、本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造装置１０２と大きく異なる。なお、反応管３２及び中空内筒５としては、実施例１と同じ寸法の石英管を用いた。
【０１２９】
バッフル９は、その先端が中空内筒５の下流端部５ｂと対向するように、反応管３２の下流側１ｂから挿入されている。これにより、バッフル９は、中空内筒５から反応管３２内に導入される反応ガスを、高温状態にされた反応管３２の内壁面側へと導く。なお、本比較例では、バッフル９の外径を１２．７ｍｍとした。
【０１３０】
バリアガスとしては、酸素と水蒸気とからなる混合ガスを用い、２５３０ＮｍＬ／ｍｉｎの流量で流した。
反応ガスとしては、四塩化チタンの蒸気と酸素とからなる混合ガスを用い、気化器７を通過した後の混合ガス中の四塩化チタンの濃度は２．７体積％とし、流量が合計で９２８ＮｍＬ／ｍｉｎとした。また、四塩化チタン蒸気と水蒸気の体積比は１：３とした。
さらに、反応ガスの線速度に対するバリアガスの線速度の比、合流ガス中の四塩化チタン濃度及び合流ガスのレイノルズ数は実施例１と同じ値とした。
【０１３１】
反応管３１の表面には、２４ｃｍの長さの白金板が巻き付けられて、本加熱領域Ｆが設定されている。また、中空内筒５の下流端部５ｂが、本加熱領域Ｆの上流端から８ｃｍ下流側の位置となるように、中空内筒５が配置されている。そのため、本加熱領域Ｆは、中空内筒５と中空外筒１とからなる二重管構造の部分Ｆ２と、中空外筒１のみからなる一重管構造の部分Ｆ１とを有する。本加熱領域Ｆの温度を１２００℃としたので、二重管構造の部分Ｆ２及び一重管構造の部分Ｆ１はともに１２００℃となった。
【０１３２】
図４に示す金属酸化物粒子の製造装置２０２では、中間領域Ｚを設けない構成なので、前記合流ガスが本加熱領域Ａの最上流端に達するまでの時間（経過時間）は、０ミリ秒であった。
本加熱領域Ｆの一重管構造の部分Ｆ１における反応ガスの滞留時間は２００ミリ秒とした。また、白金板の表面温度を実施例１と同様にして、本加熱を行った。最後に、生成物回収部３で酸化チタン粒子を回収した。
原料に対する粉末生成物の収率は４０％であり、粉末生成物中の１０面体酸化チタンの比率は４０％であった。また、反応管３１の内壁面に膜状生成物が形成され、その収率は５８％であった。
【０１３３】
実施例１〜１８及び比較例１〜３の製造条件について、表１にまとめた。また、実施例１〜１８及び比較例１〜３で得られた酸化チタン粒子、膜状生成物及び１０面体酸化チタン粒子の収率について、表２にまとめた。
【０１３４】
【表１】
2010095401.tif 000004
【０１３５】
【表２】
2010095401.tif 000005
【０１３６】
ここで、酸化チタン粒子の収率は、使用した四塩化チタンの質量に対して製造された酸化チタン粒子の質量の割合である。また、膜状生成物の収率は、使用した四塩化チタンの質量に対して製造された膜状生成物の質量の割合である。さらに、１０面体酸化チタン粒子の収率は、走査型電子顕微鏡により５箇所以上の視野にて、製造された酸化チタン粒子を観察して、酸化チタン粒子に対する１０面体酸化チタン粒子の割合を算出したものである。
【０１３７】
表１に示すように、比較例１〜３においては、粉末生成物（酸化チタン粒子）の収率は３０〜４０％と低く、逆に、膜状生成物が収率６０％程度で反応管の内壁に固着した。
これに対して、反応管に二重管構造部を設け、バッフルを除いた実施例１では、膜状生成物の収率が大幅に減り、粉末生成物の収率が８４％と大幅に増えた。
【０１３８】
実施例１〜５では、中空内筒外径をほぼ一定としたまま、中空内筒の内径を小さくしていき、内筒開口部断面積に対するリング状開口部断面積の割合を大きくした。同時に、内筒開口部断面積に対する外筒開口部断面積の割合も大きくした。内筒開口部断面積に対するリング状開口部断面積及び外筒開口部断面積の割合を大きくするにつれて、粉末生成物の収率が高まった。
【０１３９】
実施例１、６、７では、二重管構造部と一重管構造部の四塩化チタンの濃度（体積％）を変えて、比較を行った。四塩化チタンの濃度を変えても７２％以上の高収率で粉末生成物が得られた。また、粉末生成物に対する１０面体酸化チタン粒子の比率も７０％以上であった。
【０１４０】
実施例１、８〜１１では、反応ガスとバリアガスの線速度の比を変えて、比較を行った。前記線速度の比を変えても、７２％以上の高収率で粉末生成物が得られた。また、粉末生成物に対する１０面体酸化チタン粒子の比率も５０％以上であった。
特に、前記線速度の比を１対１付近とした際に、粉末生成物の収率が８４％と最も高まり、粉末生成物に対する１０面体酸化チタン粒子の比率も７０％と最も高まった。
【０１４１】
実施例３、４、１２、１３では、中空内筒の下流端部から白金板までの距離を変えることにより、反応ガスとバリアガスとからなる合流ガスが本加熱領域の最上流端に達するまでの時間（経過時間）を変化させて、比較を行った。ここで、本加熱領域は白金板が巻かれた領域であって、本加熱温度である１２００℃とされた領域である。
この時間を５０ミリ秒以下に短くすることで、粉末生成物の収率が９４〜９６％まで高まった。
【０１４２】
実施例１３に対して実施例１４では、別の予熱領域を設ける構成とした。別の予熱領域の予熱温度を５００℃と高くしても、９５％と高収率で粉末生成物が得られ、粉末生成物に対する１０面体酸化チタン粒子の比率も５０％と高かった。
【０１４３】
実施例１に対して実施例１５では、反応ガスの種類を変えた。実施例１５に示すように、反応ガスが四塩化チタンの蒸気と窒素とからなる混合ガスであっても、７７％と高収率で粉末生成物が得られ、粉末生成物に対する１０面体酸化チタン粒子の比率も８０％と高かった。
【０１４４】
実施例１に対して実施例１６〜１８では、バリアガスの種類を変えた。
実施例１６に示すように、バリアガスを窒素としても、７１％と高収率で粉末生成物が得られ、粉末生成物に対する１０面体酸化チタン粒子の比率も６０％と高かった。
また、実施例１７、１８に示すように、バリアガスとして酸素と水蒸気を用いた場合、四塩化チタンの蒸気に対する水蒸気の体積比を増やすほど、粉末生成物の収率が増えたが、粉末生成物に対する１０面体酸化チタン粒子の比率は低下した。
以上、本発明の金属酸化物粒子の製造方法及び製造装置によれば、反応管の内壁部に生成する膜状生成物の発生を抑制して、１０面体酸化チタン粒子もしくはそれ以外の酸化チタン粒子を効率よく製造することが可能であった。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明の金属酸化物粒子の製造方法及び製造装置は、反応管の内壁部に生成する膜状生成物の発生を抑制して、光触媒材料として好適な１０面体酸化チタン粒子もしくはそれ以外の酸化チタン粒子を効率よく製造することができるので、光触媒産業などにおいて利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態である金属酸化物粒子の製造装置の別の一例を示す模式図である。
【図３】金属酸化物粒子の製造装置の比較例を示す模式図である。
【図４】金属酸化物粒子の製造装置の別の比較例を示す模式図である。
【図５】実施例３の金属酸化物粒子（酸化チタン粒子）の走査型電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【０１４７】
１…中空外筒。
１ａ…上流側。
１ｂ…下流側。
２…加熱装置（赤外線ゴールドイメージ炉）。
３…生成物回収部。
３ａ…排気ポンプ。
３ｂ…圧力調整バルブ。
４、４ａ…バリアガス導入管。
５…中空内筒。
５ａ…上流側。
５ｂ…下流側（下流端部）。
６、７…気化器。
８…排出管。
９…バッフル。
１１、１２…反応管。
２５ａ、２５ｂ…反応ガス導入管。
２６…内筒開口部。
２７…リング状開口部。
２８…外筒開口部。
３１、３２…反応管。
１０１、１０２、２０１、２０２…金属酸化物粒子の製造装置。
Ａ…本加熱領域。
Ｂ…予熱領域。
Ｄ…本加熱領域。
Ｆ…本加熱領域。
Ｆ１…本加熱領域。
Ｆ２…本加熱領域。
Ｘ…予熱領域。
Ｙ…予熱領域。
Ｚ…中間領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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