JP2017132677A - 二酸化バナジウムの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 下記一般式(1)
V1-xMxO2 (1)
(式中、Mは、Cr、W、Mo、Nb、Ta、Os、Ir、Ru及びReの群から選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。xは0≦x≦0.5を示す。)で表わされる二酸化バナジウムの製造方法であって、
五酸化二バナジウムと有機酸とを含有する原料混合液を調製する第一工程、次いで該原料混合液を噴霧乾燥処理して、反応前駆体を得る第二工程と、
該反応前駆体を不活性ガス雰囲気中で600〜900℃で焼成する第三工程とを有し、必要により前記原料混合液にM源を添加することを特徴とする二酸化バナジウムの製造方法。
【選択図】図6
Description
従って、本発明の目的は、蓄熱特性に優れた二酸化バナジウムを工業的に有利な方法で製造する方法を提供することにある。
V1-xMxO2 (1)
(式中、Mは、Cr、W、Mo、Nb、Ta、Os、Ir、Ru及びReの群から選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。xは0≦x≦0.5を示す。)で表わされる二酸化バナジウムの製造方法であって、
五酸化二バナジウム(V2O5)と、有機酸とを含有する原料混合液を噴霧乾燥したものを反応前駆体とし、次いで該反応前駆体を特定温度範囲で焼成することにより蓄熱材として有用な二酸化バナジウムが得られることを見出し本発明を完成するに到った。
V1-xMxO2 (1)
(式中、Mは、Cr、W、Mo、Nb、Ta、Os、Ir、Ru及びReの群から選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。xは0≦x≦0.5を示す。)で表わされる二酸化バナジウムの製造方法であって、
五酸化二バナジウム(V2O5)と有機酸とを含有する原料混合液を調製する第一工程、次いで該原料混合液を噴霧乾燥処理して、反応前駆体を得る第二工程と、
該反応前駆体を不活性ガス雰囲気中で600〜900℃で焼成する第三工程とを有し、必要により前記原料混合液にM源を添加することを特徴とするものである。
本発明の製造方法により得られる二酸化バナジウムは下記一般式(1)で表わされる化合物である。
V1-xMxO2 (1)
(式中、Mは、Cr、W、Mo、Nb、Ta、Os、Ir、Ru及びReの群から選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。xは0≦x≦0.5を示す。)
なお、これら有機酸は、含水物であっても無水物であってもよい。
加熱処理の時間は、本製造方法において臨界的ではなく、五酸化二バナジウムが一部溶解するまで十分な時間を行えばよく、通常は1時間以上、好ましくは2〜12時間である。
M源の添加量は、得られる二酸化バナジウムの組成に合わせて適宜添加量を調製して添加することが好ましい。
多段焼成の焼成温度条件は、600℃以上700℃未満で1時間以上、好ましくは2〜20時間第一焼成を行い、次いで700℃以上900℃以下で1時間以上、好ましくは2〜20時間第二焼成を行うことが粉末状の二酸化バナジウムを高純度で、収率よく製造する観点から好ましい。
V1-xMxO2 (1)
(式中、Mは、Cr、W、Mo、Nb、Ta、Os、Ir、Ru及びReの群から選ばれる少なくとも1種又は2種以上の元素を示す。xは0≦x≦0.5を示す。)で表わされる二酸化バナジウム単層であり、示差走査熱量測定において、昇温過程と降温過程の両方で明確な相転移が観察される。また、本発明の二酸化バナジウムは、吸熱開始温度と発熱開始温度の差が好ましくは10℃以下、好ましくは5℃以下であることが好ましい。
各実施例において、相転移温度、熱量の測定は下記のように行った。
試料を示差走査熱量測定(DSC)用密閉式セル(SUSセル)に封入し、示差走査熱量測定装置(SIIエポリードサービス社製、形式DSC6200)にて昇温速度1℃/minにて100℃まで昇温し、その後20℃まで降温した.昇温過程で生じる吸熱ピーク、及び降温過程で生じる発熱ピークの開始温度、熱量を測定した.
第一工程;
容器に、V2O5(平均粒径;25μm)20g、シュウ酸・2水塩13.86g、イオン交換水100gを室温下(25℃)で仕込み、次いで昇温して80℃で3時間加熱処理してV2O5が一部溶解した原料混合液のスラリーを得た。
第二工程;
次いで、熱風入り口の温度を220℃、出口温度を120℃に設定した噴霧乾燥装置に、原料混合液のスラリーを供給し、反応前駆体を得た。得られた反応前駆体をXRDで測定した結果、反応前駆体はV2O5の回折ピークが確認された(図1参照)。また、反応前駆体のSEM写真を図2に示す。
第三工程;
第二工程で得られる反応前駆体をアルミナるつぼに投入し、窒素雰囲気中で650℃で5時間第1焼成を行い、次いで850℃で2時間第2焼成を行って焼成品試料を得た。
焼成品試料をXRD分析した結果、回折ピークのパターンがVO2と一致し、単斜晶のVO2単相であることを確認した。焼成品試料のX線回折図を図3に示す。
また、得られた焼成品試料について示差走査熱量計を用いた示差走査熱量測定により、昇温及び降温過程での相転移の開始温度、及び、相転移に伴う熱量を測定した。示差走査熱量測定の結果を図4に示す。
実施例1で得られた焼成品試料をアルミナるつぼに投入し、大気中で300℃で3時間アリール処理を行いアニール処理品試料を得た。
アニール処理品試料をXRD分析した結果、回折ピークのパターンがVO2と一致し、単斜晶のVO2単相であることを確認した。アニール処理品試料のX線回折図を図5に示す。
また、実施例1と同様にして、得られたアニール処理品試料について示差走査熱量計を用いた示差走査熱量測定により、昇温及び降温過程での相転移の開始温度、及び、相転移に伴う熱量を測定した。示差走査熱量測定の結果を図6に示す。また、得られたアニール処理品のSEM写真を図7に示す。
第三工程において、反応前駆体を、窒素雰囲気中で650℃で5時間第1焼成を行い、次いで800℃で2時間第2焼成を行った以外は、実施例1と同様にして焼成品試料を得た。焼成品試料をXRD分析した結果、回折ピークのパターンがVO2と一致し、単斜晶のVO2単相であることを確認した。
次いで、得られた焼成品を実施例2と同様にして、大気中で300℃で3時間アリール処理を行いアニール処理品試料を得た。アニール処理品試料をXRD分析した結果、回折ピークのパターンがVO2と一致し、単斜晶のVO2単相であることを確認した。
また、得られたアニール処理品試料について示差走査熱量計を用いた示差走査熱量測定により、昇温及び降温過程での相転移の開始温度、及び、相転移に伴う熱量を測定した。示差走査熱量測定の結果を図8に示す。
実施例1の第3工程において、窒素雰囲気中で650℃で5時間焼成、次いで1000℃で2時間焼成を行う以外は、実施例1と同様にして焼成品試料を得た。焼成品試料をXRD分析した結果、回折ピークのパターンがVO2と一致し、単斜晶のVO2単相であることを確認した。
次いで、得られた焼成品を実施例2と同様にして、大気中で300℃で3時間アリール処理を行いアニール処理品試料を得た。アニール処理品試料をXRD分析した結果、回折ピークのパターンがVO2と一致し、単斜晶のVO2単相であることを確認した。
また、得られたアニール処理品試料について示差走査熱量計を用いた示差走査熱量測定により、昇温及び降温過程での相転移の開始温度、及び、相転移に伴う熱量を測定した。示差走査熱量測定の結果を図9に示す。
Claims (11)
- 下記一般式(1)
V1-xMxO2 (1)
(式中、Mは、Cr、W、Mo、Nb、Ta、Os、Ir、Ru及びReの群から選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。xは0≦x≦0.5を示す。)で表わされる二酸化バナジウムの製造方法であって、
五酸化二バナジウムと有機酸とを含有する原料混合液を調製する第一工程、次いで該原料混合液を噴霧乾燥処理して、反応前駆体を得る第二工程と、
該反応前駆体を不活性ガス雰囲気中で600〜900℃で焼成する第三工程とを有し、必要により前記原料混合液にM源を添加することを特徴とする二酸化バナジウムの製造方法。 - 第一工程において、五酸化二バナジウムの添加量が水溶媒100重量部に対して10〜50重量部として原料混合液のスラリーを調製することを特徴とする請求項1記載の二酸化バナジウムの製造方法。
- 第一工程は、原料混合液のスラリーを加熱処理する工程を含むことを特徴とする請求項2記載の二酸化バナジウムの製造方法。
- 有機酸が、有機カルボン酸であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の二酸化バナジウムの製造方法。
- 有機酸が、シュウ酸であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の二酸化バナジウムの製造方法。
- 原料混合液の有機酸の配合量が、五酸化二バナジウム中のバナジウム原子に対する有機酸中の炭素原子のモル比(C/V)で、0.90〜1.1であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の二酸化バナジウムの製造方法。
- 第三工程の焼成は、多段焼成により行うことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の二酸化バナジウムの製造方法。
- 第三工程の焼成は、600℃以上700℃未満で第一焼成を行い、次いで700℃以上900℃以下で第二焼成を行うことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の二酸化バナジウムの製造方法。
- 第三工程後に、更にアニール処理を行う工程を設けることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の二酸化バナジウムの製造方法。
- アニール処理の温度が100〜550℃であることを特徴とする請求項9に記載の二酸化バナジウムの製造方法。
- 蓄熱材として用いられることを特徴とする請求項1乃至10の何れか一項に記載の二酸化バナジウムの製造方法。
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