(57)【要約】【課題】超臨界マイクロ混合デバイスを提供する。【解決手段】第一反応溶液と第二反応溶液を混合して所定の反応系を形成するためのマイクロミキサーであって、第一反応溶液と第二反応溶液を混合するマイクロ混合部、第一反応溶液を可動式のスピンドルを介して該混合部に導入する第一反応溶液導入管、第二反応溶液を該混合部に第一反応溶液導入管と垂直方向から導入する複数の第二反応溶液導入管、及び混合溶液を流出させる流出管を第二反応溶液導入管と垂直方向に設置したことを特徴とするマイクロミキサー。【効果】超臨界水を反応媒体とする反応系の反応システムにおける反応溶液と反応媒体の高速混合及び加熱手段として有用である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一反応溶液と第二反応溶液を混合して所定の反応系を形成するためのマイクロミキサーであって、第一反応溶液と第二反応溶液を混合するマイクロ混合部、第一反応溶液を可動式のスピンドルを介して該混合部に導入する第一反応溶液導入管、第二反応溶液を該混合部に第一反応溶液導入管と垂直方向から導入する複数の第二反応溶液導入管、及び混合溶液を流出させる流出管を第二反応溶液導入管と垂直方向に設置したことを特徴とするマイクロミキサー。
【請求項２】
上記第二反応溶液を混合部に導入する複数の導入管が４ウエイ方式からなる、請求項１に記載のマイクロミキサー。
【請求項３】
上記４ウエイ方式が十字形（４本の直交した）の４方向から導入される方式である、請求項２に記載のマイクロミキサー。
【請求項４】
上記第一反応溶液が基質を含む溶液であり、上記第二反応溶液が、高温高圧水である、請求項１に記載のマイクロミキサー。
【請求項５】
上記高温高圧水が、超臨界水である、請求項４に記載のマイクロミキサー。
【請求項６】
上記マイクロミキサーが、上記第一反応溶液導入管を含む上部本体と、上記複数の第二反応溶液導入管を含む下部本体から成り、両者が連結部を介して連結されている、請求項１に記載のマイクロミキサー。
【請求項７】
上記上部本体と下部本体が、両者からの熱移動を抑制するためのデルタリングで封止して連結されている、請求項６に記載のマイクロミキサー。
【請求項８】
上記上部本体に、該本体を外部から冷却する冷却フィンが形成されている、請求項６に記載のマイクロミキサー。
【請求項９】
上記スピンドルの先端を、上記混合部のトップ位置から０〜１．５ｍｍの範囲で下動させることが可能なスクリュー調整手段を有する、請求項１に記載のマイクロミキサー。
【請求項１０】
上記スピンドルに、該スピンドルの内部を冷却するための冷媒の流通孔が形成されている、請求項１に記載のマイクロミキサー。
【請求項１１】
上記第一反応溶液を導入する導入管の内径が１〜３ｍｍ、上記スピンドル本体の外径が０．８〜２．４ｍｍ、上記第二反応溶液を導入する複数の導入管の内径が０．５〜１．５ｍｍである、請求項１に記載のマイクロミキサー。
【請求項１２】
上記マイクロミキサーが、超臨界水を反応媒体とする反応系の反応システムにおける反応溶液と反応媒体の混合及び加熱手段である、請求項１に記載のマイクロミキサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一反応溶液と第二反応溶液を混合して所定の反応系を形成するためのマイクロミキサーに関するものであり、更に詳しくは、例えば、常温の基質溶液と超臨界水を混合して、所定の温度に設定された反応系を瞬時に調製することを可能とする超臨界水マイクロミキサーに関するものである。本発明は、特に、超臨界水を反応媒体とする反応系の反応システムにおける反応溶液と反応媒体の混合及び加熱手段として有用な新規マイクロミキサーを提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高圧場の流通式反応装置の反応器に、反応溶液、及び高温高圧水の反応媒体を導入して反応を行う反応システムは公知である（特許文献１）。また、超臨界水反応システムにおいて、超臨界水を超臨界水用ノズルにより反応器に導入することは公知である（特許文献２）。
【０００３】
一般に、混合操作は、熱の移動、物質の移動及び反応場形成の重要な操作であることから、マイクロミキサーは、マイクロ化学プロセスのための重要なデバイスであると言える。幾つかの良好なマイクロミキサーが拡散速度の抑制に基づいて開発されている。本発明者らは、Ｋ−Ｍミキサーを開発した。しかし、これらのミキサーは、低温及び低圧条件下で使用するものに限られていた（非特許文献１）。
【０００４】
最近、超臨界水反応が、グリーン・ケミストリーにおける力強い反応として非常に注目されている。しかしながら、反応速度は、これらの条件下では非常に速く、数ミリ秒のオーダで反応を正確にコントロールするのに十分なミキシングデバイスを開発することが望まれている。もし、そのようなマイクロミキサーが開発されれば、マイクロ反応技術は、様々なグリーン・ケミストリーの分野に広がると思われる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−５２７１５号公報
【特許文献２】特開２００２−５２３３４号公報
【非特許文献１】Nagasawa H. et al., Chem. Eng. Technol., 28, 324-330 (2005)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような状況の中で、本発明者らは、超臨界水を反応媒体とする反応系の反応システムにおいて好適に使用することができるマイクロミキサーを開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、反応溶液と反応媒体を混合する混合部、反応溶液を可動式のスピンドルを介して該混合部に導入する反応溶液導入管、及び反応媒体を該混合部に導入する複数の導入管を有するマイクロミキサーの開発に成功し、本発明を完成するに至った。本発明は、高温高圧条件下で好適に使用することが可能な、高いミキシング性能を有する新しいタイプのマイクロミキサーを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段より構成される。
（１）第一反応溶液と第二反応溶液を混合して所定の反応系を形成するためのマイクロミキサーであって、第一反応溶液と第二反応溶液を混合するマイクロ混合部、第一反応溶液を可動式のスピンドルを介して該混合部に導入する第一反応溶液導入管、第二反応溶液を該混合部に第一反応溶液導入管と垂直方向から導入する複数の第二反応溶液導入管、及び混合溶液を流出させる流出管を第二反応溶液導入管と垂直方向に設置したことを特徴とするマイクロミキサー。
（２）上記第二反応溶液を混合部に導入する複数の導入管が４ウエイ方式からなる、前記（１）に記載のマイクロミキサー。
（３）上記４ウエイ方式が十字形（４本の直交した）の４方向から導入される方式である、前記（２）に記載のマイクロミキサー。
（４）上記第一反応溶液が基質を含む溶液であり、上記第二反応溶液が、高温高圧水である、前記（１）に記載のマイクロミキサー。
（５）上記高温高圧水が、超臨界水である、前記（４）に記載のマイクロミキサー。
（６）上記マイクロミキサーが、上記第一反応溶液導入管を含む上部本体と、上記複数の第二反応溶液導入管を含む下部本体から成り、両者が連結部を介して連結されている、前記（１）に記載のマイクロミキサー。
（７）上記上部本体と下部本体が、両者からの熱移動を抑制するためのデルタリングで封止して連結されている、前記（６）に記載のマイクロミキサー。
（８）上記上部本体に、該本体を外部から冷却する冷却フィンが形成されている、前記（６）に記載のマイクロミキサー。
（９）上記スピンドルの先端を、上記混合部のトップ位置から０〜１．５ｍｍの範囲で下動させることが可能なスクリュー調整手段を有する、前記（１）に記載のマイクロミキサー。
（１０）上記スピンドルに、該スピンドルの内部を冷却するための冷媒の流通孔が形成されている、前記（１）に記載のマイクロミキサー。
（１１）上記第一反応溶液を導入する導入管の内径が１〜３ｍｍ、上記スピンドル本体の外径が０．８〜２．４ｍｍ、上記第二反応溶液を導入する複数の導入管の内径が０．５〜１．５ｍｍである、前記（１）に記載のマイクロミキサー。
（１２）上記マイクロミキサーが、超臨界水を反応媒体とする反応系の反応システムにおける反応溶液と反応媒体の混合及び加熱手段である、前記（１）に記載のマイクロミキサー。
【０００８】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、第一反応溶液と第二反応溶液を混合して所定の反応系を形成するためのマイクロミキサーであって、第一反応溶液と第二反応溶液を混合するマイクロ混合部、第一反応溶液を可動式のスピンドルを介して該混合部に導入する第一反応溶液導入管、第二反応溶液を該混合部に第一反応溶液導入管と垂直方向から導入する複数の第二反応溶液導入管、及び混合溶液を流出させる流出管を第二反応溶液導入管と垂直方向に設置したことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では、上記第一反応溶液が基質を含む溶液であり、上記第二反応溶液が、高温高圧水であること、上記高温高圧水が、超臨界水であること、上記マイクロミキサーが、上記反応溶液導入管を含む上部本体と、上記複数の導入管を含む下部本体から成り、両者が連結部を介して連結されていること、を好ましい実施態様としている。
【００１０】
本発明において、上記上部本体と下部本体は、例えば、両者からの熱移動を抑制するためのデルタリングで封止して連結することが好ましいが、これに制限されるものではなく、これと同等ないし類似の封止手段を適宜使用することができる。上記スピンドルは、スクリュー調整手段により、その先端を、上記混合部のトップ位置から０〜１．５ｍｍの範囲で任意に下動させることが可能であり、それにより、第一反応溶液の混合部への流入流速や第二反応溶液（超臨界水）のスピンドルへの衝突状態を調節することができ、その結果、第一反応溶液と第二反応溶液（超臨界水）との混合状態を調整することができる。
【００１１】
また、上記上部本体の外部に、該本体を外部から冷却するための外部冷却フィンを形成することが可能であり、それにより、上部本体を外部から適宜冷却することが好適である。また、上記スピンドルに、該スピンドルの内部を冷却するための冷媒の流通孔を形成することが可能であり、それにより、第一反応溶液の導入管を適宜冷却することが好適である。これにより、第一反応溶液が混合される前に加熱されることが防止でき、混合前の段階において第一反応溶液中の基質の分解や副反応の抑制などが期待できる。
【００１２】
本発明では、上記反応溶液を導入する導入管の内径は１〜３ｍｍ、上記スピンドル本体の外径が０．８〜２．４ｍｍ、上記第二反応溶液を導入する複数の導入管の内径が０．５〜１．５ｍｍであること、が好適なものとして例示されるが、これらは、反応系の種類、ミキサーの使用目的、装置の大きさ等に応じて任意に設計することができる。
【００１３】
本発明のマイクロミキサーは、好適には、例えば、超臨界水を反応媒体とする反応系の反応システムにおける反応溶液の混合及び加熱手段として使用されるが、これに制限されるものではなく、適宜の反応溶液と高温高圧流体を混合するためのマイクロミキサーとして、また、反応溶液と他の反応溶液との混合に任意に使用することができる。本発明のマイクロミキサーの混合部は、全体として、第一反応溶液を可動式のスピンドルを介して導入する導入管と、第二反応溶液（例えば、超臨界水）を導入する複数の導入管及び排出管から構成されている。
【００１４】
上記混合部の上部本体及び下部本体の材料としては、好適には、ニッケル合金、例えば、インコネル６２５、ハステロイＣ２７６や条件によってはＳＵＳ３１６、３０４などのステンレス鋼が例示されるが、これらと同等ないし類似の材料であれば同様に使用することができる。上記上部本体の外部に形成する外部冷却フィンの個数は、必要に応じて適宜増減することができる。
【００１５】
上記混合部に導入される超臨界水は、好適には４ウエイ方式の導入管より均等分配して導入される。その場合、例えば、Ｔ字継手を３個組み合わせて超臨界水を１／４に均等分配する方式が好適なものとして例示されるが、これに制限されるものではない。また、その場合、各配管の分岐点から混合部までの各ラインの圧力損失が流量を決定することになるので、配管のばらつきに起因する圧力損失の差を抑えるために、各配管の長さは精密に一定とし、更に、保温に支障がない範囲で長めの方が好ましい（分岐した配管の長さが長ければ、配管自身での圧力損失がほぼ全体の圧力損失となり、均等分配が可能となる）。
【００１６】
超臨界水の均等分配について、例えば、外径１／８インチ−内径１ｍｍ−長さ２８０ｍｍのＳＵＳ３０４配管を用いて大気圧開放条件において流量分配の試験を行った結果、流速が約４０ｍｌ／ｍｉｎ以上であれば、約１−２％程度の時間平均流量のばらつき範囲で分配可能であることが分かった。また、低流量時は、出口における濡れ性や表面張力の影響により、各出口で滴下の状態のため、確率的にばらつきが大きくなることが分かった。
【００１７】
上記４ウエイ方式の導入管としては、反応溶液を移送する円管に対して４本の直交した導入管を設置して、反応溶液に対して反応媒体を４方向から衝突させることが好適である。本発明では、上記各配管の材料、内径、長さ、ノズルの形状及び構造等については、マイクロミキサーの種類、大きさ、反応系の種類、使用目的等に応じて任意に設計することができる。
【００１８】
本発明のマイクロミキサーは、上述のように、超臨界水を反応媒体とする反応系の調製に好適に使用することができるが、これに制限されるものではなく、例えば、微粒子混合用デバイス、微粒子生成反応用混合デバイス、流体混合用デバイス等としてあらゆる種類の流体混合に好適に使用することができる。本発明のマイクロミキサーは、特に、高温高圧水を反応媒体とする反応系において、極めて短時間（瞬時）に、流体の混合、伝熱、固体分布の均一化を実現する流体の混合場、反応場を提供することを可能にするものとして従来のミキサーにない高い性能と有用性を有するものである。
【００１９】
本発明は、高温高圧条件における高速ミキシング及び高速加熱のための新しいタイプのマイクロミキサーを提供するものである。本発明のミキサーは、数１０ミリ秒内のミキシング、良好な熱絶縁（断熱性）、高速処理という特徴を有する。本発明のミキサーデバイスは、高温高圧の厳しい条件下における種々の反応場に広く適用することが可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、次のような効果が奏される。
（１）高温高圧水、特に、超臨界水を反応媒体とする反応系の混合及び加熱操作を短時間に高効率で行うことが可能な新規マイクロミキサーを提供することができる。
（２）反応溶液と反応媒体を混合して極めて短時間（瞬時）に所定の温度及び圧力条件の反応系を形成するためのマイクロミキサーを提供することができる。
（３）円管内を高い流速で流通する反応溶液に、それと直交した４本のノズルから超臨界水を衝突させて反応溶液を設定温度に瞬時に昇温することを実現できるマイクロミキサーを提供することができる。
（４）本発明のマイクロミキサーを使用することで、流体混合系の調製、昇温、反応、流出及び冷却等の一連の操作工程を短時間で高精度に実施することを可能とする超臨界水高速マイクロ反応システムを構築することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００２２】
（１）マイクロミキサーの概要
図１に、本実施例で使用したマイクロミキサーの模式図を示す。このマイクロミキサーは、５０ＭＰａ及び６００℃で使用するように設計されたものであり、その混合部は、直径２５ｍｍ、高さ７０ｍｍで、可動のスピンドル（Ｍｏｖａｂｌｅ  Ｓｐｉｎｄｌｅ）を有する第一反応溶液導入管と、４ウエイ方式の第二反応溶液導入管を有する５ウエイの連結構造を有する混合部から形成されている。供給流体Ａの管状の流路の内径は２ｍｍでスピンドル外径は１．６ｍｍ、すなわち流体Ａが通過する環状部の幅は０．２ｍｍとなる。一方、供給流体Ｂの４ウエイチューブの内径は１ｍｍで、出口チューブの内径は０．８ｍｍである。
【００２３】
スピンドルの先端は、調整スクリューにより５ウエイの連結構造の混合部のトップ位置から０〜１ｍｍの範囲内で下方に動く。このトップ位置からの可動距離は、Ｌと定義され、Ｌ＝０は、スピンドルのトップ位置を意味する。スピンドルを高圧で移動させるために、二重スクリュー構造が、ミキサーの上部に配設されている。
【００２４】
一方、熱の絶縁（断熱）が重要であり、デバイスは、上部本体と下部本体からなり、それらは、両部からの熱移動を抑制するために、デルタリングによる封止部材を介して連結して組み立てられる。ミキサーの上部本体において、供給流体Ａは、クーラント及び外部冷却フィンによる熱交換によって室温に保持される。これらの設計は、供給流体の各温度を保ちながら、供給流体を混合させることを可能とする。上述の構造に基づいて、ミキシング工程は以下の通り行われる。
【００２５】
供給流体Ａは、導入口Ａから供給され、室温に保ちながら、環状の内部を通して混合部に送られる。供給流体Ｂは、所望の温度で４つの導入口Ｂから混合部へ均等分配して供給され、スピンドルの壁において、供給流体Ａの分流に衝突して混合する。混合流体の濃度及び温度は、短時間で均一になる。流路の内径は非常に大きいので、ミキサーは、低い圧損で高い生産性を発揮することができる。
【実施例２】
【００２６】
実施例１で示したマイクロミキサーを用いて、混合実験を行った。実験は、二つの混合可能な流体のVillermaux/Dushman Reactionに基づいて、Ehrfeld法（Ehrfeld, W., et al., Ind. Eng. Chem. Res., 38, 1075-1082 (1999)）で行い、１５秒以内に、３５２ｎｍ（Ｉ３  ｉｏｎ）でＵＶスペクトロメトリーの吸収を測定した。具体的には、第一反応溶液としてＨＣｌ水溶液（０．１３７ｍｏｌＬ−１）を、第二反応溶液として［ＫＩ］＝０．０１６ｍｏｌＬ−１、［ＫＩＯ３］＝０．００３２ｍｏｌＬ−１、［ＣＨ３ＣＯＯＮａ］＝１．３２ｍｏｌＬ−１の流体を、流量比１:３でミキサーに供給した。Ｉ３−のＵＶ吸光度（λ＝３５２ｎｍ）を測定し、ミキサーの混合性能を調べた。原理は以下の通りである。
【００２７】
ＣＨ３ＣＯＯ−  ＋  Ｈ＋  ←→  ＣＨ３ＣＯＯＨ                          （１）
５Ｉ−  ＋  ＩＯ３−  ＋  ６Ｈ＋  ←→  ３Ｉ２  ＋  ３Ｈ２Ｏ            （２）
Ｉ２  ＋  Ｉ−  ←→  Ｉ３−                                            （３）
上記（１）、（２）式の反応は共に迅速であるが、反応（１）が最も迅速である。混合が迅速である程、Ｉ２及びＩ３−の生成量が減少する。従って、Ｉ３−のＵＶ吸光度が低いほど混合が良好と評価される。
【００２８】
図２に、混合後流量と３５２ｎｍでの吸収の強さ（Ｉ３−）との関係を示す。３５２ｎｍでの吸収の強さは、混合後流量の増加で一度減少したが、吸収は１２０ｍｌ／ｍｉｎより高い流量で増加した。また、Ｌ＝１ｍｍでの吸収は、Ｌ＝０ｍｍにおける吸収より小さかった。言い換えるならば、混合後流量が１２０ｍｌ／ｍｉｎより小さい領域では、流量の増加に伴って混合状態が良くなり、スピンドル位置はＬ＝１の方がＬ＝０より良好な混合状態を示した。ただし、１２０ｍｌ／ｍｉｎ以上では、流量の増加により混合状態は悪化した。事前の検討により、ミキシング時間は吸収の値が１０−２のときに、数十ミリ秒と評価されているので、本発明のミキサーは、４０ｍｌ／ｍｉｎ以上の流量において、十分なミキシング効果を有することが明らかとなった。また、ミキシング時間は、スピンドルの位置により影響を受けた結果からみて、十分なミキシングは、スピンドル部における反応物の衝突によって実現されたことが分かった。しかし、反応物のミキシング状態は、１２０ｍｌ／ｍｉｎ以上、すなわち乱流域で悪くなっており、乱流域ではスピンドル部での効果的な衝突が妨害されていると考えられた。
【実施例３】
【００２９】
実施例１で示したマイクロミキサーを用いて、他の混合実験を行った。実験は、０．５ｗｔ％のポリスチレン溶液と０．０５ｗｔ％のＡＯＴ溶液の混合によるポリスチレン（ＰＳ）粒子の合成とした。図３に、供給流体をＬ＝１ｍｍでミキシングしたときのＰＳの粒子サイズ分布を示す。平均粒子サイズ及び分布は、混合後流速における増加で、それぞれ、小さく、狭くなったが、平均サイズは、図２に示されるように、２００ｍｌ／ｍｉｎで大きくなった。本マイクロミキサーでは、他のＫ−ＭミキサーやＩＭＭシングルミキサーのような他のマイクロミキサーのものと比較して、シャープな分布の微小粒子が高速で生成された。
【実施例４】
【００３０】
実施例１で示したマイクロミキサーを用いて、超臨界水条件下でのベーマイト粒子の合成実験を行った。第一反応溶液として、硝酸アルミニウム９水和物（和光純薬、特級９９．９％）を蒸留水に溶解し、濃度を０．０２Ｍに調整して出発原料とした。第二反応溶液として、超臨界水を使用して、超臨界水と原料溶液の流量比を１１：４に固定し、全流量（混合後流量）を１５，３０，４５，６０，７５ｇ／ｍｉｎと変化させて、流量変化が粒子特性（サイズ、結晶性）へ及ぼす影響を調べた。合成反応は、マイクロミキサー直後の反応管において４００℃、３０ＭＰａの条件で一定時間行い、反応管直後に冷却器を設けることにより終了させた。
【００３１】
なお、本実施例では、スピンドル長Ｌ＝１ｍｍとした。反応管出口より回収した溶液は、一部は、溶液のまま光散乱法により粒子サイズの測定を行った。更に、電子顕微鏡観察により、粒子のサイズや形状の観察を行った。ＴＥＭサンプルは、次のように作製した。エタノール１ｍｌ中に反応液を数滴加え、超音波処理（１０ｍｉｎ）の後、マイクログリッドに数滴滴下し、オーブン（６０℃）で乾燥させた。残りの反応液からは、メンブレンフィルターにより濾過分離し、固体粒子を回収した。回収した粒子は、オーブンで乾燥した後に、Ｘ線回折法により、結晶構造の同定を行った。
【００３２】
本実施例では、全流量を１５，３０，４５，６０，７５ｇ／ｍｉｎと変化させているが、反応管長さは一定としているため、流量の変化とともに滞在時間が変化し、それぞれ８０，４０，２７，２０，１６，１３ｍｓとなった。全流量１５及び３０ｇ／ｍｉｎの場合、回収した反応溶液は白濁していたが、沈降はみられず、よく分散していた。全流量が４５ｇ／ｍｉｎ以上では、反応溶液は、半透明の溶液として回収された。図４に、光散乱測定によって求めた粒子サイズ分布を示す。全流量の増加とともに、平均粒子サイズは小さく、そのサイズ分布が狭くなった。全流量４５ｇ／ｍｉｎ以上では、粒子径の変化はなくなり、平均粒子径３０ｎｍ程度ナノ粒子が合成できた。
【００３３】
図５に、ぞれぞれの流量条件で合成された生成物の電子顕微鏡像を示す。全流量１５及び３０ｇ／ｍｉｎの場合は、ベーマイト固有の板状粒子（直径１００−２００ｎｍ）が観察された。また、それらの板状粒子の上や周りに数ｎｍの粒子も同時に観察された。一方、４５ｇ／ｍｉｎ以上では、大きな板状粒子は観察されず、一次粒子径が数ｎｍのナノ粒子が凝集した直径２０−５０ｎｍの粒子のみが観察された。これらの電子顕微鏡観察結果は、光散乱測定の結果とよく一致している。
【００３４】
図６に、それぞれの生成物のＸＲＤパターンを示す。全流量１５及び３０ｇ／ｍｉｎで得られた粉末のＸＲＤプロファイルのピーク強度が大きかった。これは、電子顕微鏡観察及び光散乱測定で確認されたサブミクロンオーダーの粒子に由来している。全流量４５ｇ／ｍｉｎ以上は、粒子が数ｎｍと極めて小さいため、ＸＲＤパターンのピークは、強度が弱く、ブロードとなった。しかし、いずれの流量条件のおいても、ＸＲＤパターンのピークは、すべてベーマイトに帰属できたことから、生成物は単一相ベーマイトであることが確認できた。
【００３５】
以上の結果から、流量の効果について整理すると、流量が小さい場合は、原料溶液が超臨界水との混合の速度が十分速くない（混合の時定数が加水分解、脱水反応の速度定数よりも大きい）ために、原料溶液が超臨界温度に達する間に核生成、成長が連続的に生じ、その結果、大粒子の生成及びサイズ分布の広がりが生じたと考えられる。一方、全流量４５ｇ／ｍｉｎ以上では、２流体の混合が迅速に進んだため、反応が瞬時に完結し、粒子が成長することなく、ナノ粒子として回収された。
【００３６】
図７に、スピンドル長Ｌの効果を見るために、全流量６０ｇ／ｍｉｎにおいて、スピンドル長Ｌ＝１ｍｍと、スピンドル長Ｌ＝０ｍｍとの比較を行なった。その結果、Ｌ＝０ｍｍの場合が平均粒子径９７ｎｍであったのに対し、Ｌ＝１ｍｍでは３７ｎｍと減少しており、スピンドル位置により混合状態を変えることが、言い換えるならば、平均粒子径を変えることが、できることが明らかとなった。
【００３７】
また、図８に、従来のＴ字混合で合成したベーマイト粒子（流路径０．８ｍｍφ、トータル流量６０ｇ／ｍｉｎ）及び本実施例で合成したベーマイト粒子（全流量６０ｇ／ｍｉｎ，スピンドル長さ１ｍｍ）の粒子サイズ分布を示す。従来のＴ字混合方式の場合においても、流量の増加、流路径の減少にともない、粒子は微粒化する。しかしながら、得られる粒子の平均粒子径は、高々１２０ｎｍが限界であった。本発明によれば、超臨界水と原料溶液の混合が大幅に改善されたため、平均粒子径を３０ｎｍまで減少させることができた。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上詳述したように、本発明は、超臨界水マイクロ混合デバイスに係るものであり、本発明により、超臨界水を反応媒体とする反応系の反応システムにおける反応溶液と反応溶媒の混合及び加熱手段として有用なマイクロミキサーを提供することができる。本発明は、例えば、常温の反応溶液に超臨界水を衝突させて、これらを瞬時に混合及び昇温して所定の高温高圧条件の反応系を調製するための新しいタイプの超臨界水マイクロミキサーを提供することを可能にするものとして高い技術的意義を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のマイクロミキサーの一実施例の模式図を示す。
【図２】Dashman反応における全流量（混合後流量）とミキシング性能（３５２ｎｍにおける吸光度）との関係を示す。
【図３】常温常圧下でのポリスチレン粒子合成における全流量（混合後流量）と粒子サイズ分布の関係を示す。
【図４】超臨界水条件下でのベーマイト合成における全流量（混合後流量）と粒子サイズ分布の関係を示す。
【図５】超臨界水条件下でのベーマイト合成における全流量（混合後流量）と生成物の電子顕微鏡像の関係を示す。
【図６】超臨界水条件下でのベーマイト合成における全流量（混合後流量）と生成物のＸＲＤパターンの関係を示す。
【図７】超臨界水条件下でのベーマイト合成におけるスピンドル位置と粒子サイズ分布の関係を示す。
【図８】超臨界水条件下でのベーマイト合成におけるＴ字ミキサーと本発明のマイクロミキサーとの粒子サイズ分布の比較を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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