Preparation of compositionally graded zinc oxide/silica spherical hollow particles by spray-drying method

喷雾干燥法制备成分梯度氧化锌/二氧化硅球形空心颗粒

基本信息

批准号：
21K04680
负责人：
遠山岳史
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Nihon University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ZnOの製造は乾式法により行われているが，粉体の機能性の向上のためには形態制御可能な液相法が有効である．しかし，ZnOの溶解度は低く形態制御は困難である．そこで，本研究ではZnO懸濁液にCO2ガスを吹き込む単純なプロセスによりZnOを溶解させ，さらにシリカ分を添加した混合水溶液を噴霧乾燥することにより，外殻にZnO層，内部に保持層としてSiO2層を組成傾斜させた球状中空粒子の作製を目的としている．令和3年度（初年度）はZnO懸濁液にCO2を吹き込むことで最大約1.0 g/dm3（ZnO換算）の溶液を調製することに成功した．そこで，この方法で得られた高濃度Zn2+水溶液にケイ酸カリウム水溶液をSiO2/ZnO重量比0～1となるよう添加し，これを噴霧溶液とした．得られた混合水溶液を噴霧乾燥温度40～120℃，噴霧圧力200 kPaで噴霧乾燥を行ったところ，1～4μmの球状中空粒子を得ることができた．しかしながら，中空壁のEDX分析からSiとZnは均一に存在しており組成傾斜は認められなかった．令和4年度は前年度に得られた粒子の紫外線吸収能について評価した．得られたZnO球状中空粒子はおおよそ400 nm以下の紫外線を吸収しているのが確認できたが，SiO/ZnO重量比の増加に伴い紫外領域での吸収能は低下する傾向がみられ，ケイ酸亜鉛の生成がみられた重量比1では紫外線吸収能を示さなかった．また，光触媒活性についてメチレンブルー分解により評価を行ったところ，SiO2/ZnO重量比重量比の増加に伴い活性も低下することが分かった．以上の結果から，SiO2/ZnO重量比0.5において光触媒活性の低い紫外線吸収粉末の作製が可能であった．

ZnO是通过干燥方法产生的，但是可以控制的液相方法可有效改善粉末的功能。但是，ZnO的溶解度很低，形态很难控制。因此，在这项研究中，这项研究的目的是通过简单的过程溶解ZnO，其中二氧化碳气体被吹入ZnO悬浮液中，然后用二氧化硅在其中添加了混合的水溶液，以在外壳中添加了ZnO层，并在其内部添加了ZnO层，而Sio2层则是固定层。在2021年（第一年），我们通过将CO2注入ZnO悬浮液中，成功制定了大约1.0 g/dm3（ZnO等效）的解决方案。因此，将硅酸钾水溶液添加到通过该方法获得的高浓度Zn2+水溶液中，以从0到1的Sio2/ZnO的重量比，并用作喷雾溶液。将所获得的混合水溶液在40-120°C的喷雾干燥温度下喷涂，并获得200 kPa的喷雾压力，并获得1-4μm的球形空心颗粒。然而，从空心壁的EDX分析中，Si和Zn均匀地存在，未观察到组成梯度。在2022年，我们评估了上一年获得的颗粒的紫外线吸收能力。据证实，获得的ZnO球形空心颗粒吸收了大约400 nm或更小的紫外线，但是随着SIO/ZnO重量比的增加，紫外线区域的吸收能力趋于降低，重量比1显示了未显示紫外线吸收能力。此外，当通过亚甲基蓝分解评估光催化活性时，发现该活性也随SIO2/ZnO的重量比的增加而降低。从以上结果来看，可以在SIO2/ZnO重量比为0.5的情况下制备具有低光催化活性的紫外线吸收粉末。