超臨界水ってどういうもの?

水は、通常、気体、液体、固体の3つの状態が知られていますが、温度と圧力を上昇していき、374℃、22Mpaにて液体と気体の境界線がなくなり、臨界点となり、この境界以上では超臨界水(Super Critical Water 略してSCW)といいます。超臨界水では密度が小さくなり、誘電率も低下するという現象が見られます。

水の状態図

水の分子状態のイメージ

 

 

超臨界水の特徴

 

ナノ粒子合成に使用される金属塩水溶液といった水と、有機分子が溶解しやすい有機溶媒とは水と油の関係であることを比較しても、きちんと混合して均一な相を組むのは不可能です。
そこで、超臨界水を利用します。水の臨界点である 347℃、22Mpa以上で、水の誘電率は急激に減少し、2~10程度となります。これにより超臨界状態により水と油が均一相を形成することによりナノ粒子と有機修飾剤が混合することが容易となり、均一な有機・無機ハイブリッドナノ粒子の合成が可能となるのです。

 

 

 

超臨界水ナノ粒子合成の反応機構

 

常温にて金属塩溶解している金属塩水溶液が超臨界水に混合され、超臨界状態になると、金属塩は、溶解状態から加水分解と脱水反応で、高結晶性の金属酸化物ナノ粒子の状態で析出します。またこの状態で、油などの修飾剤溶液と混合されると、このナノ粒子の周りに修飾剤が修飾され、有機・無機ハイブリッドナノ粒子を得ることが可能となります。

 

 

 

既存の粒子への有機修飾も可能

 

お客様のご要望に対応できるように、配管を変更して原料や修飾液の混合部分を変更したり、混合後の配管長さを変更して反応時間を調整することも可能です。還元剤を投入して金属ナノ粒子を合成することも可能ですし、すべての原料、修飾剤を混合して加熱することも可能です。よって、反応方法は多数考えられ、お客様のニーズに応じた反応方法が可能となります。高温高圧を使用するため、ネジ締め後のリークチェックをきちんと確認していただければ、様々な反応、混合方法を試験することが可能な装置となっております。

 

 

 

様々な粒子合成が可能