特開 2023-128352 粒子製造方法及び粒子製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023128352

(43)【公開日】2023-09-14

(54)【発明の名称】粒子製造方法及び粒子製造装置

(51)【国際特許分類】

   B01J 2/06 20060101AFI20230907BHJP

   C01B 33/18 20060101ALI20230907BHJP

【ＦＩ】

B01J2/06

C01B33/18 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022032647

(22)【出願日】2022-03-03

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り （１）一般社団法人日本原子力学会、２０２１年春の年会・予稿集（ダウンロード）、令和３年３月３日 （２）一般社団法人日本原子力学会、２０２１年春の年会（オンライン開催）、令和３年３月１９日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、文部科学省、国家課題対応型研究開発推進事業原子力システム研究開発事業「合理的なＭＡ回収工程の構築に向けた溶媒抽出／低圧損抽出クロマトグラフィを組み合わせたハイブリッド型プロセスの開発」委託業務、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】505374783

【氏名又は名称】国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】100139114

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 貞嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100139103

【弁理士】

【氏名又は名称】小山 卓志

(74)【代理人】

【識別番号】100214260

【弁理士】

【氏名又は名称】相羽 昌孝

(72)【発明者】

【氏名】佐野 雄一

(72)【発明者】

【氏名】渡部 創

(72)【発明者】

【氏名】宮▲崎▼ 康典

(72)【発明者】

【氏名】安倍 弘

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 健太

(72)【発明者】

【氏名】後藤 一郎

【テーマコード（参考）】

4G072

【Ｆターム（参考）】

4G072AA25

4G072BB05

4G072BB16

4G072CC13

4G072DD01

4G072EE10

4G072GG02

4G072GG03

4G072GG04

4G072HH18

4G072JJ33

4G072JJ45

4G072MM23

4G072MM31

4G072MM36

4G072QQ06

4G072RR12

4G072SS04

4G072UU11

(57)【要約】

【課題】粒子径が従来よりも大きく、粒子径の均一性が比較的高い粒子を製造することができる粒子製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る粒子製造方法は、組成物を、振動するノズルから、撹拌機により撹拌された溶媒中に滴下し、組成物が含まれる粒子を造粒する造粒工程（ステップＳ１）と、前記造粒工程（ステップＳ１）で得られた溶媒を含む粒子から、溶媒を除去し、粒子を得る溶媒除去工程（ステップＳ２）と、を含むことを特徴とする。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

組成物を、振動するノズルから、撹拌機により撹拌された溶媒中に滴下し、組成物が含まれる粒子を造粒する造粒工程と、
前記造粒工程で得られた溶媒を含む粒子から、溶媒を除去し、粒子を得る溶媒除去工程と、を含むことを特徴とする粒子製造方法。

【請求項2】

前記溶媒除去工程で得られた粒子を乾燥する乾燥工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の粒子製造方法。

【請求項3】

前記乾燥工程で乾燥された粒子を焼成する焼成工程をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の粒子製造方法。

【請求項4】

前記焼成工程で焼成された粒子を洗浄する洗浄工程をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の粒子製造方法。

【請求項5】

上下振動するノズルと、
前記ノズルに組成物を供給する配管と、
撹拌機により撹拌された溶媒中に、前記ノズルから滴下される組成物による粒子が造粒される造粒槽と、が少なくとも含まれた造粒部を有することを特徴とする粒子製造装置。

【請求項6】

組成物は、第１組成物と第２組成物とが混合されたものであることを特徴とする請求項５に記載の粒子製造装置。

【請求項7】

第１組成物と第２組成物との混合にはスタティックミキサーが用いられることを特徴とする請求項６に記載の粒子製造装置。

【請求項8】

第１組成物がシリカコロイド溶液であり、
第２組成物が気孔形成剤溶液であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の粒子製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クロマトグラフィーのカラムなどに充填可能な多孔質粒子の製造に好適な粒子製造方法及び粒子製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

造粒などにより製造される粒子は、例えば、触媒などの吸着材担体（固定相）として利用することができ、触媒を担持したこのような粒子は、溶液中の金属の分離や除去、或いは、医薬・食品・化学工業分野における化合物の分離・精製といった用途に用いることができる。

【0003】

上記のような粒子は、例えば、凍結乾燥法を利用した造粒などにより製造することが可能である。特許文献１（国際公開番号ＷＯ２０１９／１７５９５４）には、連続的に供給される原液を冷却することにより凍結造粒用チャンバ内で凍結造粒体を生成し、生成した前記凍結造粒体を凍結乾燥して乾燥粉体を製造する噴霧凍結造粒乾燥粉体製造に関する技術が記載されている。

【特許文献1】国際公開番号ＷＯ２０１９／１７５９５４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

高レベル放射性廃液からマイナーアクチニドを分離するため実施される抽出クロマトグラフィーにおいては、多孔質のシリカ粒子を担体とする吸着材を利用した研究が進められている。

【0005】

上記のような抽出クロマトグラフィーでは、カラムに充填した多孔質粒子に対し、高レベル放射性廃液を送り込む際には、安全性を高めるために送液における加圧を可能な限り避けることが好ましい。

【0006】

しかしながら、従来の方法により造粒される粒子では、粒径が小さいためカラムにおける圧力損失が大きくなってしまい、カラムに充填した多孔質の造粒粒子に対し、高レベル放射性廃液を送り込む際には、所定の加圧力で送液を行う必要があり、問題であった。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記のような問題点を解決するために、本発明に係る粒子製造方法は、組成物を、振動するノズルから、撹拌機により撹拌された溶媒中に滴下し、組成物が含まれる粒子を造粒する造粒工程と、前記造粒工程で得られた溶媒を含む粒子から、溶媒を除去し、粒子を得る溶媒除去工程と、を含むことを特徴とする。

【0008】

また、本発明に係る粒子製造方法は、前記溶媒除去工程で得られた粒子を乾燥する乾燥工程をさらに含むことを特徴とする。

【0009】

また、本発明に係る粒子製造方法は、前記乾燥工程で乾燥された粒子を焼成する焼成工程をさらに含むことを特徴とする。

【0010】

また、本発明に係る粒子製造方法は、前記焼成工程で焼成された粒子を洗浄する洗浄工程をさらに含むことを特徴とする。

【0011】

また、本発明に係る粒子製造装置は、上下振動するノズルと、前記ノズルに組成物を供給する配管と、撹拌機により撹拌された溶媒中に、前記ノズルから滴下される組成物による粒子が造粒される造粒槽と、が少なくとも含まれた造粒部を有することを特徴とする。

【0012】

また、本発明に係る粒子製造装置は、組成物は、第１組成物と第２組成物とが混合されたものであることを特徴とする。

【0013】

また、本発明に係る粒子製造装置は、第１組成物と第２組成物との混合にはスタティックミキサーが用いられることを特徴とする。

【0014】

また、本発明に係る粒子製造装置は、第１組成物がシリカコロイド溶液であり、第２組成物が気孔形成剤溶液であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る粒子製造方法は、組成物を、振動するノズルから、撹拌機により撹拌された溶媒中に滴下し、組成物が含まれる粒子を造粒する造粒工程と、前記造粒工程で得られた溶媒を含む粒子から、溶媒を除去し、粒子を得る溶媒除去工程と、を含んでおり、このような粒子製造方法によれば、粒子径が従来よりも大きく、粒子径の均一性が比較的高い粒子を製造することができ、抽出クロマトグラフィーのカラムに用いた場合、圧力損失が小さくなり、より安全な高レベル放射性廃液の送液が可能となる。

【0016】

さらに、請求項３、請求項４に係る粒子製造方法によれば、粒子径が大きく、かつ、細孔容積及び細孔径の大きい多孔質粒子を得ることができるので、カラムに充填して用いた場合、圧力損失が小さくなり、より安全な高レベル放射性廃液の送液が可能となる。

【0017】

また、本発明に係る粒子製造装置によれば、上下振動するノズルと、前記ノズルに組成物を供給する配管と、撹拌機により撹拌された溶媒中に、前記ノズルから滴下される組成物による粒子が造粒される造粒槽と、が少なくとも含まれた造粒部を有しており、このような本発明に係る粒子製造装置によれば、粒子径が従来よりも大きく、粒子径の均一性が高い粒子を製造することができ、これを抽出クロマトグラフィーのカラムに用いた場合、圧力損失が小さくなり、より安全な高レベル放射性廃液の送液が可能となる。

【0018】

さらに、請求項８に係る粒子製造装置によれば、粒子径が大きく、かつ、細孔容積及び細孔径の大きい多孔質粒子を製造できるので、細孔径の観点からも、カラムに充填して用いた場合、圧力損失が小さくなり、より安全な高レベル放射性廃液の送液が可能となる。

【0019】

また、本発明に係る粒子製造方法、粒子製造装置においては、中実球状の多孔質粒子であって、比較的強度が高い多孔質粒子が得られると共に、粒子径の均一性が比較的高い多孔質粒子が製造できるものである。このような本発明に係る粒子製造方法、粒子製造装置によれば、多孔質粒子の製造後に、分級操作が省力化されるので、製造コストの削減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係る粒子製造方法のフローを示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係る粒子製造装置１における造粒部１０の装置構成を示す図である。

【図3】（Ａ）加振器２０による上下振動がない場合のノズル２１からの混合溶液の液滴を撮影した写真、（Ｂ）加振器２０による上下振動がある場合のノズル２１からの混合溶液の液滴を撮影した写真。

【図4】本発明の実施形態に係る粒子製造方法における溶媒除去工程を説明する模式図である。

【図5】本発明の実施形態に係る粒子製造方法における乾燥工程を説明する模式図である。

【図6】シリカ粒子（多孔質粒子）の内部構造の変化を説明する模式図である。

【図7】本発明の実施形態に係る粒子製造方法・製造装置に基づいて製造されたシリカ粒子５０のＳＥＭ画像である。

【図8】本発明に係る粒子製造方法で製造されたシリカ粒子５０と、従来のシリカ粒子とを、それぞれカラムに充填した際の送液速度－圧力の関係を示すグラフである。（カラム無充填の場合も含む。）

【図9】各実施例に係るシリカ粒子５０製造時に設定されたパラメータを示すテーブルである。

【図10】各実施例に係るシリカ粒子５０の特性を示すテーブルである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。 図１は本発明の実施形態に係る粒子製造方法のフローを示す図である。また、図２は本発明の実施形態に係る粒子製造装置１における造粒部１０の装置構成を示す図である。

【0022】

以下の実施形態では、本発明による多孔質のシリカ粒子の製造方法と、製造装置とを例示することで説明を行うが、本発明に係る粒子製造方法や、粒子製造装置１が、シリカ以外を主要材料とする多孔質粒子の製造への適用が妨げられるものではない。本発明に係る粒子製造方法や、粒子製造装置１は、任意の材料を主要材料とする多孔質粒子に適用し得るものである。

【0023】

図１に示すように、本発明の実施形態に係る粒子製造方法においては、ステップＳ１の溶媒への滴下による造粒工程が実施される。このような造粒工程を具体的に実施するための装置構成が、図２に示す粒子製造装置１における造粒部１０である。

【0024】

造粒部１０で造粒される多孔質のシリカ粒子の原料となる組成物は、第１組成物貯留槽１１と、第２組成物貯留槽１２とにそれぞれ貯留されている。第１組成物貯留槽１１には、シリカ（ＳｉＯ₂）のコロイド溶液（多孔質粒子の骨格となるナノサイズのシリカ粒子の弱塩基性水溶液）が貯留されており、第２組成物貯留槽１２には、気孔形成剤溶液が貯留されている。

【0025】

なお、第２組成物貯留槽１２に貯留される気孔形成剤溶液は、多孔質粒子における細孔形成のために添加されるものである。気孔形成剤溶液は、モリブデン酸アンモニウム（ＮＨ₄）₆Ｍｏ₇Ｏ₂₄・４Ｈ₂Ｏ、りん酸二水素ナトリウムＮａＨ₂ＰＯ₄、モリブデン酸二ナトリウムＮａ₂ＭｏＯ₄・２Ｈ₂Ｏなどの塩類が混合された水溶液であることが好ましい。

【0026】

第１組成物貯留槽１１に貯留されているシリカ（ＳｉＯ₂）のコロイド溶液、及び、第２組成物貯留槽１２に貯留されている気孔形成剤溶液は、それぞれの貯留槽と連結されている配管１７中に設けられている第１ポンプ１３、及び、第２ポンプ１４によってスタティックミキサー１５へと送液される。

【0027】

スタティックミキサー１５では、シリカ（ＳｉＯ₂）のコロイド溶液と気孔形成剤溶液とが混合される。なお、本発明においては、シリカ（ＳｉＯ₂）のコロイド溶液と気孔形成剤溶液とを混合するためにスタティックミキサー１５を用いることは必須ではなく、他の溶液混合手段を用いるようにしてもよい。

【0028】

スタティックミキサー１５の下流側へと排出された、シリカ（ＳｉＯ₂）のコロイド溶液と気孔形成剤溶液との混合溶液は、ノズル２１へと供給される。なお、ノズル２１の先端のノズル径は、約０．５ｍｍのものである。ノズル２１の先端から、シリカ（ＳｉＯ₂）のコロイド溶液と気孔形成剤溶液との混合溶液が吐出される。

【0029】

ノズル２１の鉛直下方部には、液体窒素２３が貯留されている造粒槽２５が設けられている。 なお、造粒槽２５に貯留されている溶媒は液体窒素２３を例としているが、液体窒素に代えて、液体アルゴン、液体ヘリウムなどの液体冷媒を用いることもできる。

【0030】

液体窒素２３に浸漬されているフィン２８は、ロッド２７を介して攪拌機２６の本体部のモーター（不図示）により回転される。これにより、造粒槽２５中に貯留されている液体窒素２３は、撹拌された状態とされる。

【0031】

一方、前述したノズル２１は、鉛直上下の方向に加振を行う加振器２０に取り付けられている。この加振器２０は、コントローラー１９によって振動の態様（周波数、振幅等）が制御されるようになっている。

【0032】

加振器２０により上下振動しているノズル２１には、シリカ（ＳｉＯ₂）のコロイド溶液と気孔形成剤溶液との混合溶液が配管１７を介して供給される。前記の混合溶液は、ノズル２１の上下振動により、形状が均一で、かつ、径がそろった略球状の液滴となりノズル２１から吐出され、造粒槽２５中で撹拌されている液体窒素２３へと滴下される。

【0033】

図３（Ａ）は加振器２０による上下振動がない場合のノズル２１からの混合溶液の液滴を撮影した写真であり、図３（Ｂ）は加振器２０による上下振動がある場合のノズル２１からの混合溶液の液滴を撮影した写真である。図３（Ｂ）に示すように、加振器２０による上下振動により、ノズル２１から吐出される混合溶液の液滴は、形状が均一で、かつ、径がそろった略球状のものであることがわかる。

【0034】

ノズル２１から液体窒素２３中へと滴下された混合溶液の液滴は、まず、液体窒素２３中で凍結（凝固）された球状の粒子（以下、「シリカ粒子５０」と言う。）となる。液体窒素２３に滴下された混合溶液の液滴は、その中に含まれている水分が凍結（凝固）し、凍結球状粒子となる。

【0035】

ここで、液体窒素２３はフィン２８によって撹拌されているので、先のシリカ粒子５０の複数同士が結合して一つの粒子となることが防止される。従って、シリカ粒子５０は、粒子径が揃った（例えば、粒子径１ｍｍ程度）球状の粒子となる。

【0036】

一方、仮に、造粒槽２５中で液体窒素２３が撹拌されていないものとすると、ノズル２１から滴下された液滴一つによって生成される粒子同士が合一化してしまい、粒子径が不揃いで、しかも、球状でない粒子が多くなってしまうこととなる。

【0037】

さて、上記に説明したような造粒工程の実施によって得られた、粒子径の大きなシリカ粒子５０に対する処理を実施していき、細孔が設けられた完成形のシリカ粒子５０とする工程を以下に説明していく。

【0038】

図１に戻り、ステップＳ２においては、シリカ粒子５０の周囲に残留している液体窒素２３（溶媒）を除去する溶媒除去工程が実施される。図４は本発明の実施形態に係る粒子製造方法における溶媒除去工程を説明する模式図である。

【0039】

造粒槽２５の液体窒素２３中で造粒したシリカ粒子５０は、例えばフラスコなどのガラス容器３０中に回収される。チャンバ４３中には不凍液４４が貯留されている。溶媒除去工程においては、チャンバ４３中で、ガラス容器３０を０℃以下に冷却した不凍液４４に接触させることで、シリカ粒子５０内の凍結した水分を融解することなく余分な液体窒素２３を蒸発させる。

【0040】

ステップＳ２に引き続き、ステップＳ３において乾燥工程が実施される。図５は本発明の実施形態に係る粒子製造方法における乾燥工程を説明する模式図である。

【0041】

図５に示すように、溶媒除去工程を経たガラス容器３０の開口部には、排気管３６が挿通されているゴム栓３５が装着される。排気管３６のガラス容器３０内の端部でない方の端部には、不図示の真空ポンプが取り付けられる。この真空ポンプを動作させることで、ガラス容器３０内を減圧してシリカ粒子５０における水分を除去する。

【0042】

ステップＳ３に引き続き、ステップＳ４では仮焼成工程が実施され、さらにステップＳ４に引き続き、ステップＳ５では本焼成工程が実施される。

【0043】

仮焼成工程・本焼成工程の各工程を実施するために、ガラス容器３０内のシリカ粒子５０は、るつぼなどの耐熱性容器（不図示）に移され、当該るつぼは電気炉（不図示）中に投入され、各焼成工程が実施される。仮焼成工程は例えば３５０℃で、また、本焼成工程は例えば６９０℃の温度で各所定時間（例えば、１時間程度）実施される。なお、各焼成工程を実施するための器具として、るつぼや電気炉は必須のものではなく、あくまで一例として示したものである。

【0044】

上記のような仮焼成工程・本焼成工程の各工程を実施する目的は、スピノーダル分解を利用して、分相を起こすことである。分相された２相のうち第１の相は、ＳｉＯ₂を主成分とするシリカ粒子の骨格部となる相であり、第２の相は、リンモリブデン酸などの複合塩の相である。

【0045】

上記のような各焼成工程を実施した後には、ステップＳ６として、洗浄工程が実施される。この洗浄工程では、１ｍｏｌ／Ｌの硝酸溶液及び９０℃の熱水を用いることで、分相されたうちの第２の相である複合塩等を洗浄・除去する。

【0046】

ステップＳ６の洗浄工程の後に、ステップＳ７の乾燥工程を実施することで、第１の相として残った多孔質のシリカ粒子５０を得ることができる。

【0047】

ステップＳ４～Ｓ７工程におけるシリカ粒子５０の内部構造の変化を図６の模式図を用いて説明する。図６の各図は、シリカ粒子５０の一部拡大図である。図６の最左端側の図は、ステップＳ３の工程を経た未分相状態のシリカ粒子５０の内部構造を示している。

【0048】

この未分相のシリカ粒子５０に対して、Ｓ４、Ｓ５の各焼成工程を実施することで、ＳｉＯ₂を主成分とする相と、複合塩等を主成分とする相とに分相がされる。（図６の中央の図）
分相されたシリカ粒子５０に対して、ステップＳ６で、酸と熱水で洗浄することで、複合塩等の相を洗い流して除去し、Ｓ７の乾燥工程で不要な水分を飛ばすことで、最終的に細孔が設けられた多孔質のシリカ粒子５０を得ることができる。

【0049】

図７に、本発明の実施形態に係る粒子製造方法・製造装置に基づいて製造されたシリカ粒子５０のＳＥＭ画像を示す。図７（Ａ）はシリカ粒子５０全体を撮影したものであり、図７（Ｂ）はシリカ粒子５０表面を撮影したものである。図７（Ａ）からも分かるように、本発明によりなる多孔質のシリカ粒子５０の粒径は約１ｍｍに近づくものである。また、図７（Ｂ）からは、シリカ粒子５０の表面には多数の細孔を確認することができる。

【0050】

以上のような本発明に係る粒子製造方法によって製造されたシリカ粒子５０と、従来のシリカ粒子の比較を行った。なお、従来のシリカ粒子としては、市販品を用いた。本発明によりなるシリカ粒子５０と、従来のシリカ粒子の粒度分布測定を行った結果、前者の平均粒子径は１ｍｍ程度であったのに対して、後者の平均粒子径は約５０μｍ程度であった。これから分かるように、本発明によりなるシリカ粒子５０の粒子径は、従来のシリカ粒子の粒子径に比して、オーダーで２桁程度の差を有していることがわかる。なお、平均粒子径の測定には、レーザー回折・散乱法を用いた。

【0051】

以上のように、本発明に係る粒子製造方法・粒子製造装置で製造されたシリカ粒子５０は、粒子径が従来よりも大きい粒子を製造することが可能である。

【0052】

次に、本発明に係る粒子製造方法によって製造されたシリカ粒子５０と、従来のシリカ粒子をそれぞれカラムに充填し、送液速度と圧力の関係を調べた。なお、参考として、カラムに何も充填していない無充填の場合についても、送液速度と圧力の関係を調べた。図８は、これら３通りの場合の送液速度－圧力の関係を示すグラフである。

【0053】

送液速度－圧力の関係を取得する手順は以下の通りであった。まず、イオン交換水に良く馴染ませた粒子等を、空気が入らないよう注意しながらガラスカラム（１０ｍｍφ×４００ｍｍＨ）に高さ３８０ｍｍまで充填する。

【0054】

次に、プランジャーポンプと圧力センサ（日本電産コパル電子株式会社製アンプ内蔵圧力センサＰＡ－７５０）を接続後、イオン交換水（２５℃）を送液し、送液速度を増加させていったときの圧力センサの電圧値を測定する。

【0055】

圧力センサの電圧値を圧力値に変換することで、圧力を求めた。

【0056】

なお、従来のシリカ粒子としては、市販品を用いた。

【0057】

図８に示すように、本発明に係る粒子製造方法で製造されたシリカ粒子５０が充填されたカラムは、カラムに何も充填されていない時の送液速度－圧力の関係性と、ほぼ変わらなかった。これに対して、従来のシリカ粒子が充填されたカラムは、送液速度の増加に伴う圧力の増加が著しいことがわかる。

【0058】

図８に関連する検証からも、本発明に係る粒子製造方法・粒子製造装置で製造されたシリカ粒子５０は、例えば高レベル放射性廃液からマイナーアクチニドを分離する際に、カラムに充填して用いることで、圧力損失を小さくでき、より安全な高レベル放射性廃液の送液が可能となる。
（実施例）
以下、本発明に係る粒子製造方法及び粒子製造装置に基づいて、複数のシリカ粒子５０の実施例を製造したので説明する。各実施形態で製造時に設定されたパラメータはそれぞれ異なっており、図９のテーブルにこれを示す。また、図１０は各実施例に係るシリカ粒子５０の特性を示すテーブルである。

【0059】

図９のテーブルの（ａ）列で攪拌機２６として用いたのは、柴田科学株式会社製のＭ－１０２である。また、４枚羽根フィンの径は６０ｍｍであり、６枚羽根フィンの径は１２０ｍｍである。また、攪拌機２６で撹拌する液体窒素２３が貯留される造粒槽２５には、株式会社スギヤマゲン製のＢＴ－１００を用いた。この製品の内寸法はφ２００ｍｍ×１４０ｍｍであり、材質はＳＵＳ３０４ｔ１．０である。

【0060】

図９のテーブルにおいて、（ｃ）列に記載されているスノーテックス（登録商標）はシリカ（ＳｉＯ₂）のコロイド溶液（多孔質粒子の骨格となるナノサイズのシリカ粒子の弱塩基性水溶液）であり、日産化学株式会社の製品である。スノーテックス（登録商標）の型番Ｎ－４０はシリカ濃度４０％で、コロイド溶液中のシリカ粒子径が２２ｎｍである。

【0061】

また、図９のテーブルの（ｅ）列における気孔形成剤溶液において、モリブデン酸アンモニウムと、りん酸二水素ナトリウムと、モリブデン酸二ナトリウムとの混合比率は、重量比率で、それぞれ１．５：１：０．７５であった。

【0062】

また、図９のテーブルの（ｇ）列に関連して、加振器２０としてはＩＭＶ株式会社製のＰＥＴ－０５が用いられた。

【0063】

また、図９のテーブルの（ｈ）列で言う「送液速度」とは、第１ポンプ１３及び第２ポンプ１４の流量である。

【0064】

また、図１０のテーブルの（ｉ）列における「平均粒子径」では、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ社製のＭａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ３０００（ＡｅｒｏＳによる乾式分散での測定）を用いて粒度分布を測定し、体積基準５０％粒？径を平均粒？径とした。

【0065】

また、図１０のテーブルの（ｊ）列における「均一性」は、上記Ｍａｌｖｅｒｎ Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ社製のＭａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ３０００（ＡｅｒｏＳによる乾式分散での測定）を用いて粒度分布を測定し、粒度分布の結果を下式に当てはめて算出し、均一性とした。

【0066】

【数1】

【0067】

ただし、

【0068】

【数2】

【0069】

はサイズクラスｉの体積［％］及び粒径［ｍｍ］であり、

【0070】

【数3】

【0071】

はメディアン径（平均粒子径）［ｍｍ］である。
均一性は粒子径の分布状態を示す一つの指標数値であり、値が小さいほど平均粒子径に対する粒子の分布が狭い（粒子径の均一性が高い）ことを表している。

【0072】

また、図１０のテーブルの（ｋ）列、（ｌ）列の「細孔」に関連するデータ取得には、Ｑｕａｎｔａｃｈｒｏｍｅ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（現Ａｎｔｏｎ Ｐａａｒ）社製のＰｏｒｅＭａｓｔｅｒ ６０を用いて、水銀圧入法により細孔分布を測定した。また、平均細孔径は、体積基準５０％細孔径に基づいている。

【0073】

以上から、本発明に係る粒子製造方法及び粒子製造装置によれば、各パラメータを適宜設定することで、１．０７～１．３８ｍｍの粒子径を有するシリカ粒子５０を製造可能であることが確認できた。

【0074】

また、本発明に係る粒子製造方法及び粒子製造装置によれば、各パラメータを適宜設定することで、均一性が０．２７～０．４０の比較的均一性が良好なシリカ粒子５０を製造可能であることが確認できた。

【0075】

また、本発明に係る粒子製造方法及び粒子製造装置によれば、各パラメータを適宜設定することで、全細孔容積が１．６７ｍＬ／ｇ以上の、比較的大きな細孔容積を有するシリカ粒子５０を製造可能であった。

【0076】

また、本発明に係る粒子製造方法及び粒子製造装置によれば、各パラメータを適宜設定することで、平均細孔径が０．９０μｍ以上の、大きな細孔径を有するシリカ粒子５０を製造可能であった。

【0077】

このように、本発明に係る粒子製造方法・粒子製造装置で製造されたシリカ粒子５０は、粒子径が大きく、かつ、細孔容積及び細孔径の大きいシリカ粒子５０である。

【0078】

以上、本発明に係る粒子製造方法は、組成物を、振動するノズルから、撹拌機により撹拌された溶媒中に滴下し、組成物が含まれる粒子を造粒する造粒工程と、前記造粒工程で得られた溶媒を含む粒子から、溶媒を除去し、粒子を得る溶媒除去工程と、を含んでおり、このような粒子製造方法によれば、粒子径が従来よりも大きく、粒子径の均一性が高い粒子を製造することができ、抽出クロマトグラフィーのカラムに用いた場合、圧力損失が小さくなり、より安全な高レベル放射性廃液の送液が可能となる。

【0079】

さらに、請求項３、請求項４に係る粒子製造方法によれば、粒子径が大きく、かつ、細孔容積及び細孔径の大きい多孔質粒子を得ることができるので、カラムに充填して用いた場合、圧力損失が小さくなり、より安全な高レベル放射性廃液の送液が可能となる。

【0080】

また、本発明に係る粒子製造装置１によれば、上下振動するノズル２１と、前記ノズル２１に組成物を供給する配管１７と、攪拌機２６により撹拌された溶媒中に、前記ノズル２１から滴下される組成物による粒子が造粒される造粒槽２５と、が少なくとも含まれた造粒部１０を有しており、このような本発明に係る粒子製造装置１によれば、粒子径が従来よりも大きく、粒子径の均一性が比較的高い粒子を製造することができ、これを抽出クロマトグラフィーのカラムに用いた場合、圧力損失が小さくなり、より安全な高レベル放射性廃液の送液が可能となる。

【0081】

さらに、請求項８に係る粒子製造装置１によれば、粒子径が大きく、かつ、細孔容積及び細孔径の大きい多孔質粒子を製造できるので、カラムに充填して用いた場合、圧力損失が小さくなり、より安全な高レベル放射性廃液の送液が可能となる。

【0082】

また、本発明に係る粒子製造方法、粒子製造装置１においては、中実球状の多孔質粒子であって、比較的強度が高い多孔質粒子が得られると共に、粒子径の均一性が比較的高い多孔質粒子が製造できるものである。このような本発明に係る粒子製造方法、粒子製造装置１によれば、多孔質粒子の製造後に、分級操作が省力化されるので、製造コストの削減が可能となる。

【符号の説明】

【0083】

１・・・粒子製造装置
１０・・・造粒部
１１・・・第１組成物貯留槽
１２・・・第２組成物貯留槽
１３・・・第１ポンプ
１４・・・第２ポンプ
１５・・・スタティックミキサー
１７・・・配管
１９・・・コントローラー
２０・・・加振器
２１・・・ノズル
２３・・・液体窒素（溶媒）
２５・・・造粒槽
２６・・・攪拌機
２７・・・ロッド
２８・・・フィン
３０・・・ガラス容器
３５・・・ゴム栓
３６・・・排気管
４３・・・チャンバ
４４・・・不凍液
５０・・・シリカ粒子（多孔質粒子）
ステップＳ１・・・溶媒への滴下による造粒工程
ステップＳ２・・・溶媒除去工程
ステップＳ３・・・乾燥工程
ステップＳ４・・・仮焼成工程
ステップＳ５・・・本焼成工程
ステップＳ６・・・洗浄工程
ステップＳ７・・・乾燥工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】