CN100540466C - 二氧化碳的分解方法和碳颗粒结构体的形成方法 - Google Patents

二氧化碳的分解方法和碳颗粒结构体的形成方法 Download PDF

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Abstract

本申请发明提供一种新的技术方案，该方案是对超临界或亚临界的状态的二氧化碳照射UV波长的激光，将二氧化碳分解，使之生成碳颗粒结构体，由此能够解决作为地球环境问题而要迫切解决的课题，实现二氧化碳的减少、用于减少二氧化碳的分解处理、以及对伴随该分解的来自二氧化碳的碳资源进行附加价值更高的利用。

Description

二氧化碳的分解方法和碳颗粒结构体的形成方法
技术领域
本申请发明涉及对解决二氧化碳环境问题有用的二氧化碳的新的分解方法、与二氧化碳的分解相伴的碳颗粒结构体的新的形成方法。
背景技术
作为地球环境问题，减少二氧化碳成为世界性的重要课题，但关于从生活环境和产业环境等排出的二氧化碳的分解处理，未必发现其有效的对策。
二氧化碳(CO2)是碳与氧的化合物，因此如果能够将其分解、有效利用作为新的碳资源，则将给社会带来很大的贡献。
可是实际情况是，关于二氧化碳的分解和其作为碳资源的有效利用尚未怎么进行研究，
发明内容
本申请发明的课题是，从上述那样的背景出发，提供一种新的技术方案，能够解决作为地球环境问题而要迫切解决的课题，实现二氧化碳的减少、用于减少二氧化碳的分解处理、以及对伴随该分解的来自二氧化碳的碳资源进行附加价值更高的利用。
本申请发明，其解决上述课题的方案，第一是提供一种二氧化碳的分解方法，该方法的特征在于，对超临界状态或亚临界状态的二氧化碳照射UV波长的激光，将二氧化碳分解。
另外，本申请发明，第二是提供一种碳颗粒结构体的生成方法，该方法的特征在于，对超临界或亚临界的状态的二氧化碳照射UV波长的激光，使之生成碳颗粒结构体。
附图说明
图1是在实施例中使用的装置的构成概要图。
图2是例示在实施例1中生成的碳颗粒结构体的SEM像的图像。
图3是例示生成的碳颗粒结构体的另一SEM像的图像。
图4是例示生成的碳颗粒结构体的另一SEM像的图像。
图5是例示生成的碳颗粒结构体的又一SEM像的图像。
图6是例示碳颗粒结构体的EDS分析结果的图像。
图7是例示在实施例2中生成的碳颗粒结构体的SEM像的图像。
图8是图7的碳颗粒结构体的EDS图像。
图9是图7的碳颗粒结构体的TEM图像。
图10是图7的碳颗粒结构体的电子束衍射像。
具体实施方式
本申请发明是具有上述特征的发明，以下对其实施方案进行说明。
在本申请发明的二氧化碳的分解和碳颗粒结构体的生成中，二氧化碳为处于与其临界点(临界密度466kg/m3、临界压力7.38MPa、临界温度304.2K)相关的超临界或亚临界的状态的二氧化碳。在该状态下，照射UV波长的激光。该照射可以适宜采用各种的激光光源、光学系统，例如作为UV(紫外)波长的激光，其代表性的例子可例举YAG-THG(3倍频)：波长355nm，YAG-FHG(4倍频)：波长266nm，KrF受激准分子激光：波长248nm等。
这些UV波长激光的照射可以是不聚光的照射，根据需要也可以是聚光的照射。
另外，关于用于使二氧化碳成为超临界或亚临界的状态的装置也可以同样，可以适宜地确定。
另外，在生成碳颗粒结构体时，既可以使用例如铝、镍、钨、钼、镁、银、金、锡、钛、钽、硅等各种金属、不锈钢、镍基合金、镁合金等各种金属的合金、或者氧化铝、石墨、BN、SiC等无机质材料的基板，也可以不使用上述这些基板。
所生成的碳颗粒结构体如在后述的实施例中例示说明的那样，生成成为单一的颗粒状体或多个颗粒状体聚集或融合或结合的状态的结构体。这些碳颗粒结构体，是其大小通常为几十微米(μm)以下的、例如几十纳米(nm)尺寸～几十微米(μm)尺寸的范围的微小结构体。另外，这样的大小可通过UV波长激光的波长和照射时间等的照射能量来控制。
另外，也可以生成在其表面具有凹部的碳颗粒结构体、中空的碳颗粒结构体、半球形或部分球形的碳颗粒结构体。
关于本申请发明的方法，在现阶段在原理上可象以下那样地考察。
在二氧化碳的临界点(临界密度466kg/m3、临界压力7.38MPa、临界温度304.2K)邻近，生成大的分子簇，光被散射，因此变得不透明(临界蛋白光)。起因于此，各种物性显示出特异的行为。例如随着靠近临界点，比热和压缩率发散。
对该临界点邻近的二氧化碳照射UV激光时，在光子碰撞上C-O键的场合，可以认为C-O被切断。即可以认为几率地发生二氧化碳分解过程CO2→C+O2。特别是在临界点邻近象上述那样形成大的分子簇，因此可以认为CO2和光子的碰撞几率增大，分解过程CO2→C+O2被促进。此外，C之间彼此结合，形成纳米结构、微米级的结构体。随着从临界点离开，光子和CO2分子的碰撞几率降低，因此CO2分解率减少。
不用说，这样的考察被进一步加深、发展。
以下示出实施例，进一步详细地说明。
当然，本发明不会被以下的例子限定。
<实施例1>
图1示出在实施例中使用的装置的概要，可在内部配置基板，可以从玻璃窗照射激光。向该装置内部引入二氧化碳，在超临界状态(气氛温度31.4℃)下照射了波长266nm的UV激光。其结果，证实了二氧化碳分解和生成了碳颗粒结构体。
图2、图3、图4和图5例示出所生成的碳颗粒结构体的SEM像。另外，图6例示出在铝基板上生成的碳颗粒结构体的EDS分解结果，证实是碳。
以上那样的碳颗粒结构体，不仅在使用铝、石墨等基板的场合，在不使用基板的场合也证实了其生成。
再有，为了比较，对1大气压的二氧化碳照射上述激光的场合，完全不能确认出碳颗粒结构体生成。该场合，在存在铝基板时，生成了纳米尺寸铝球。
<实施例2>
在与实施例1同样的装置中，在其内部配置硅基板，在不聚光的情况下对超临界状态的二氧化碳照射了波长266nm的UV激光。其结果，证实在硅基板上生成了碳颗粒纳米结构体。
图7表示出堆积在硅基板的水平表面和垂直表面的所生成的碳颗粒结构体的SEM像。图8是与该图7对应的EDS图像，绿色部分表示碳原子。
另外，图9是碳颗粒结构体的TEM图像，图10是电子束衍射像。可知为无定形结构。
<实施例3>
在实施例2中，代替硅基板，使用镍、镁、碳的每一个作为基板，同样照射了UV波长激光。其结果，在任何场合都证实生成了碳颗粒结构体。
<实施例4>
在实施例2中，代替波长266nm的UV激光，照射了波长248nm的UV激光。在该场合也同样证实生成了碳颗粒结构体。
产业上的可利用性
根据本申请的上述第1发明，可在常温或其邻近实现二氧化碳的分解。通过照射UV波长激光，在分解时温度不会上升。另外，根据第2发明，伴随着该二氧化碳的分解处理，可由作为碳资源的二氧化碳生成碳颗粒结构体，该碳颗粒结构体作为电气·电子、医疗、催化剂、润滑、塑料·机械成型品等各种领域中的功能性材料是有用的。另外，该碳颗粒结构体在不使用基板的场合也能够生成。

Claims (6)

1.一种二氧化碳的分解方法，其特征在于，对超临界状态或亚临界状态的二氧化碳照射UV波长的激光，将二氧化碳分解。
2.一种碳颗粒结构体的生成方法，其特征在于，对超临界状态或亚临界状态的二氧化碳照射UV波长的激光，使之生成碳颗粒结构体。
3.如权利要求2所述的碳颗粒结构体的生成方法，其特征在于，在基板上生成碳颗粒结构体。
4.如权利要求2或3所述的碳颗粒结构体的生成方法，其特征在于，碳颗粒结构体具有无定形结构。
5.一种二氧化碳的分解方法，其特征在于，对临界点附近的二氧化碳照射UV波长激光的光子，使光子与二氧化碳碰撞，将二氧化碳分解。
6.一种碳颗粒的生成方法，其特征在于，对临界点附近的二氧化碳照射UV波长激光的光子，使光子与二氧化碳碰撞，使之生成碳颗粒结构体。
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