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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Segment length as an operating parameter of micro multiphase flow

Research Project

Project/Area Number 21H01706
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

外輪 健一郎  京都大学, 工学研究科, 教授 (00336009)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 永木 愛一郎  北海道大学, 理学研究院, 教授 (80452275)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywordsセグメント流 / マイクロ流路 / 共沈法 / マグネタイト / 空気酸化
Outline of Annual Research Achievements

前年度までにマイクロ流路内に生じるセグメント流のセグメント長さを流量を変化させることなく制御する技術を獲得し、さらにセグメント長さが物質移動速度に及ぼす影響を明らかにした。本年度は、セグメント流を利用して共沈法によるマグネタイトナノ粒子の合成を実施し、セグメント長さが粒子径に及ぼす影響を調査した。共沈法では二価と三価の鉄イオンを含む水溶液に水酸化ナトリウムを添加してマグネタイトを生じさせる。本研究では鉄イオンを含む水溶液と空気を合流させてセグメント流を生じさせ、その後水酸化ナトリウム水溶液と合流させることでマグネタイトのナノ粒子を得た。X線回折による解析によって得られた粒子がマグネタイトであることを確認し、磁性を持つことも確認した。二価と三価の鉄イオンの比や合成温度を変化させた実験を通じて最適な合成条件を明らかにした。得られたマグネタイト粒子の大きさは6nm程度であった。セグメント長さを短くすると平均径の変化は見られなかったが、粒子径の分布が狭くなる傾向がみられた。
従来の共沈法では価数が異なる鉄イオンを含む水溶液が原料として用いられる。本研究では、二価のイオンのみを含む水溶液を原料として共沈法によるマグネタイトの合成を試みた。提案法では、原料水溶液を空気と接触させてセグメント流を生じさせ、空気中の酸素によって二価のイオンの一部を三価に変換したのちに水酸化ナトリウム水溶液を導入する。検討の結果、水酸化ナトリウム水溶液と接触させるまでのセグメント流の流路を適切に制御することでマグネタイトナノ粒子の合成に成功した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (4 results)

All 2023

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] High throughput continuous synthesis of size-controlled nanoFe3O4 in segmented flow2023

    • Author(s)
      Jiang Xiaoyang、Li Sihui、Sotowa Ken-Ichiro、Tonomura Osamu、Hoon Oh Tae
    • Journal Title

      Chemical Engineering Journal

      Volume: 471 Pages: 144546~144546

    • DOI

      10.1016/j.cej.2023.144546

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Continuous Preparation of Fe3O4 Nanoparticles with Narrow Size Distribution by Partial Oxidation Coprecipitation of Fe2+ Ions in Microchannels2023

    • Author(s)
      Jiang Xiaoyang、Sotowa Ken-Ichiro、Li Sihui、Oh Tae Hoon、Tonomura Osamu
    • Journal Title

      Industrial & Engineering Chemistry Research

      Volume: 62 Pages: 21182~21190

    • DOI

      10.1021/acs.iecr.3c01536

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Continuous preparation of Fe3O4 nanoparticle from Fe2+ ions by partial oxidation coprecipitation in microreactor2023

    • Author(s)
      Xiaoyang Jiang, Ken-Ichiro Sotowa, Sihui Li, Tae Hoon Oh, Osamu Tonomura
    • Organizer
      The 34th International Symposium on Chemical Engineering (ISChE2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Flow synthesis of size-controlled Fe3O4 nanoparticle in multiphase microreactor2023

    • Author(s)
      Xiaoyang Jiang, Shihui Li, Ken-Ichiro Sotowa, Osamu Tonomura, Tae Hoon Oh
    • Organizer
      20th APCChE Congress
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2024-12-25  

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