JP2009062230A - 気相成長炭素繊維の製造方法および気相成長炭素繊維 - Google Patents
気相成長炭素繊維の製造方法および気相成長炭素繊維 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009062230A JP2009062230A JP2007231800A JP2007231800A JP2009062230A JP 2009062230 A JP2009062230 A JP 2009062230A JP 2007231800 A JP2007231800 A JP 2007231800A JP 2007231800 A JP2007231800 A JP 2007231800A JP 2009062230 A JP2009062230 A JP 2009062230A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon fiber
- catalyst
- vapor
- manufacturing
- phase growth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 38
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title abstract description 35
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title abstract description 35
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 title abstract description 13
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 46
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 claims abstract description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 15
- UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L magnesium acetate Chemical compound [Mg+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 12
- 239000011654 magnesium acetate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 235000011285 magnesium acetate Nutrition 0.000 claims abstract description 12
- 229940069446 magnesium acetate Drugs 0.000 claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 53
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 claims description 20
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 17
- YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N magnesium nitrate Chemical compound [Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 10
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- APUPEJJSWDHEBO-UHFFFAOYSA-P ammonium molybdate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-][Mo]([O-])(=O)=O APUPEJJSWDHEBO-UHFFFAOYSA-P 0.000 claims description 5
- 239000011609 ammonium molybdate Substances 0.000 claims description 5
- 235000018660 ammonium molybdate Nutrition 0.000 claims description 5
- 229940010552 ammonium molybdate Drugs 0.000 claims description 5
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000001242 acetic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- ZKKLPDLKUGTPME-UHFFFAOYSA-N diazanium;bis(sulfanylidene)molybdenum;sulfanide Chemical compound [NH4+].[NH4+].[SH-].[SH-].S=[Mo]=S ZKKLPDLKUGTPME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VLAPMBHFAWRUQP-UHFFFAOYSA-L molybdic acid Chemical compound O[Mo](O)(=O)=O VLAPMBHFAWRUQP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 6
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 6
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 4
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N iron(2+);dinitrate Chemical compound [Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000004438 BET method Methods 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 238000001241 arc-discharge method Methods 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 238000001628 carbon nanotube synthesis method Methods 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N ferrocene Chemical compound [Fe+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002681 magnesium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
【課題】従来に比しグラファイト化度が高い気相成長炭素繊維を得ることのできる気相成長炭素繊維の製造方法および気相成長炭素繊維を提供する。
【解決手段】炭素を含むガスを触媒と接触させて気相成長炭素繊維を製造する方法において、触媒として、酢酸マグネシウムを含む担体、活性金属種および助触媒とを、シュウ酸を用いて共沈させて得られるものを用いる気相成長炭素繊維の製造方法である。前記製造方法により製造され、グラファイト化度が３．０以上である気相成長炭素繊維である。
【選択図】なし
【解決手段】炭素を含むガスを触媒と接触させて気相成長炭素繊維を製造する方法において、触媒として、酢酸マグネシウムを含む担体、活性金属種および助触媒とを、シュウ酸を用いて共沈させて得られるものを用いる気相成長炭素繊維の製造方法である。前記製造方法により製造され、グラファイト化度が３．０以上である気相成長炭素繊維である。
【選択図】なし
Description
本発明は、気相成長炭素繊維の製造方法（以下、単に「製造方法」とも称する）および気相成長炭素繊維に関し、詳しくは、使用する触媒の改良に係る気相成長炭素繊維の製造方法および気相成長炭素繊維に関する。
気相成長炭素繊維は、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーとも呼ばれる直径がナノメートルオーダーの繊維状の炭素材料である。かかる気相成長炭素繊維は、炭化水素や一酸化炭素等の炭素を含むガスを原料とし、これら原料ガスを５００〜１５００℃程の高温下で触媒に接触させて熱分解させる気相成長法により製造され、触媒として使用する金属の種類や粒径等を選択することで、得られる繊維の形状を制御できることが知られている。
気相成長法で用いられる触媒は、例えば、溶液中で触媒金属と担体とを共沈させる共沈法により調製できることが知られている。例えば、特許文献１には、金属化合物、およびアルミニウムおよび／またはマグネシウム化合物からなる水溶液を形成し、カルボキシレート存在下でこれらを共沈させ、共沈物を処理して担持された原繊維形成触媒を製造する炭素原繊維形成触媒の製造方法が開示されており、前記金属としては、鉄若しくは鉄およびモリブデンが使用できることが開示されている。
また、特許文献２には、少なくとも水溶性VIII族金属化合物と、有機化合物とを含む混合物を焼成してなり、VIII族金属酸化物における非晶質VIII族金属酸化物が１０質量％以上で、且つ全金属酸化物における結晶質金属酸化物が８５質量％以下である気相成長法炭素繊維製造用触媒が開示されている。
特開２００３−２０５２３９号公報（特許請求の範囲等）
特開２００６−１８１４７７号公報（特許請求の範囲等）
カーボンナノチューブの合成法には、気相成長法以外にアーク放電法やレーザー蒸着法が存在するが、いずれもコストが高いという問題点があった。また、気相成長法においても、触媒に高価なフェロセン等を用いることが多いため、生産コストが高くなるという問題があった。さらに、低コストで一般的な触媒調製手法として含浸法が存在するが、含浸法では、得られる気相成長炭素繊維のグラファイト化度が低いという問題点があった。したがって、グラファイト化度が高い気相成長炭素繊維を、得るための技術の確立が求められていた。
そこで、本発明の目的は、従来に比しグラファイト化度が高い気相成長炭素繊維を得ることのできる気相成長炭素繊維の製造方法および気相成長炭素繊維を提供することにある。
本発明者は、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、気相成長法で用いる触媒を共沈法を用いて調製するにあたり、沈殿剤としてシュウ酸を用い、前記担体が酢酸マグネシウムを含むことで、グラファイト化度が高い炭素繊維を得ることが可能となることを見出して、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、炭素を含むガスを触媒と接触させて気相成長炭素繊維を製造する方法において、前記触媒として、酢酸マグネシウムを含む担体、活性金属種および助触媒とを、シュウ酸を用いて共沈させて得られるものを用いることを特徴とするものである。
また、本発明の気相成長炭素繊維は、上記本発明の製造方法により製造され、グラファイト化度が３．０以上であることを特徴とするものである。
本発明によると、従来に比しグラファイト化度が高い気相成長炭素繊維を得ることのできる気相成長炭素繊維の製造方法および気相成長炭素繊維を提供することができる。
以下に本発明の実施の形態について具体的に説明する。
本発明の気相成長炭素繊維の製造方法は、炭素を含むガスを触媒と接触させて気相成長炭素繊維を製造する方法において、触媒として、酢酸マグネシウムを含む担体、活性金属種および助触媒とを、シュウ酸を用いて共沈させて得られるものを用いるものである。
本発明の気相成長炭素繊維の製造方法は、炭素を含むガスを触媒と接触させて気相成長炭素繊維を製造する方法において、触媒として、酢酸マグネシウムを含む担体、活性金属種および助触媒とを、シュウ酸を用いて共沈させて得られるものを用いるものである。
かかる酢酸マグネシウムは、担体中に含まれていればよいが、好ましくは、担体に対して、１重量％以上であり、さらに好ましくは、２０重量％以上である。酢酸マグネシウムの配合量が１重量％未満であると、気相成長炭素繊維のグラファイト化度が低くなる場合があり、好ましくない。
また、本発明の前記担体としては、酢酸マグネシウムが含まれていれば特に限定されないが、硝酸マグネシウムを含むことが好ましく、硝酸マグネシウムが担体に対して、９９重量％以下が好ましく、さらに好ましくは、８０重量％以下である。硝酸マグネシウムの配合量が９９重量％を超えると、気相成長炭素繊維のグラファイト化度が低くなる場合があり、好ましくない。
また、その他の担体としては、アルミニウム、シリカ、マンガン等を用いることが好ましい。さらに、かかる担体が、硝酸塩、酢酸塩から選ばれる少なくとも１種の化合物の形態であることが好ましい。
さらに、本発明の製造方法において、活性金属種として鉄、ニッケル、コバルト、パラジウム等を用いることが好ましく、鉄、ニッケルまたはコバルトを用いることがさらに好ましい。
かかる活性金属種が、硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩および塩化物塩から選ばれる少なくとも１種の化合物の形態であることが好ましく、硝酸塩であることがさらに好ましい。
また、助触媒としては、モリブデン、イットリウム、タングステン等を用いることが好ましく、モリブデンを用いることがさらに好ましい。
さらに、かかる助触媒が、モリブデン酸、モリブデン酸アンモニウム、硫化モリブデン、モリブデンヘキサカルボニルまたはチオモリブデン酸アンモニウム等であることが好ましく、モリブデン酸アンモニウムであることがさらに好ましい。
本発明の製造方法において、活性金属種と、担体および助触媒の合計との配合比率は、５：９５〜５０：５０であることが好ましく、７：９３〜３０：７０であることがさらに好ましい。この配合比率が５：９５より小さいと十分な触媒性能が得られず炭素繊維の収率が悪くなる場合があり、５０：５０より大きいと均一な繊維径の炭素繊維とならず、好ましくない。
本発明の製造方法において、シュウ酸のモル数が、活性金属種、担体および助触媒の合計モル数に対して、０．８〜２．０倍量であることが好ましく、１．０〜１．５倍量であることがさらに好ましい。このシュウ酸のモル数が０．８倍量より小さいと触媒が共沈しない場合があり、２．０倍量より大きいと微細で均一な触媒が得られない場合があり、好ましくない。
また、本発明の製造方法において、触媒を、シュウ酸を用いて共沈させた後に、４００〜９００℃で１〜６時間焼成することが好ましく、５００〜７００℃で２〜５時間焼成することがさらに好ましい。焼成温度が４００℃より低いとシュウ酸塩の分解が不十分で炭素繊維の質が悪くなる場合があり、９００℃より高いと表面積が小さくなり炭素繊維の収率が悪くなる場合があり、好ましくない。また、焼成時間が１時間より短いとシュウ酸塩の分解が不十分で炭素繊維の質が悪くなる場合があり、６時間より長いと表面積が小さくなり炭素繊維の収率が悪くなる場合があり、好ましくない。
さらに、本発明の製造方法において、触媒は、１０〜２００ｎｍの粒径で、かつ１５０〜１０００ｍ２／ｇの表面積であることが好ましく、３０〜１５０ｎｍの粒径で、かつ２００〜３００ｍ２／ｇの表面積であることがさらに好ましい。粒径が１０ｎｍより小さいと作業性が悪化する場合があり、２００ｎｍより大きいと触媒の効果が得られず炭素繊維の収率が悪くなる場合があり、好ましくない。また、表面積が１５０ｍ２／ｇより小さいと触媒の効果が得られず炭素繊維の収率が悪くなる場合があり、１０００ｍ２／ｇより大きいと作業性が悪化する場合があり、好ましくない。
さらにまた、本発明の製造方法において、触媒を、４００〜８００℃で１０〜１２０分間還元処理することが好ましく、水素／窒素が５０ｍＬ／５０ｍＬ／ｍｉｎ〜１０００ｍＬ／１０００ｍＬ／ｍｉｎの気流中で処理することが好ましい。還元処理温度が４００℃より低いと十分に還元できず炭素繊維の収率が悪くなる場合があり、８００℃より高いと触媒が凝集して表面積が低下する場合があり、好ましくない。また、還元処理時間が１０分間より短いと十分に還元できず炭素繊維の収率が悪くなる場合があり、１２０分間より長いと作業コストがかかり、好ましくない。さらに、水素／窒素が５０ｍＬ／５０ｍＬ／ｍｉｎより少ない気流中で処理すると十分な処理ができず、水素／窒素が１０００ｍＬ／１０００ｍＬ／ｍｉｎより多い気流中で処理すると触媒にＨ２が接触する時間が短くなり十分な処理ができない場合があり、好ましくない。
さらにまた、本発明の製造方法において、ガスと触媒の接触は、７００〜１０００℃で０．２５〜２時間であることが好ましく、８００〜９００℃で０．５〜１．５時間であることがさらに好ましい。接触温度が７００℃より低いと触媒の効果が不十分で良好な炭素繊維を得ることができない場合があり、１０００℃より高いとメタンが熱分解して触媒と接触する前に炭素となる場合があり、好ましくない。また、接触時間が０．２５時間より短いと触媒の効果が不十分で良好な炭素繊維を得ることができない場合があり、２時間より長いと触媒が失活し活性を示さず反応が進行しない場合があり、好ましくない。
本発明の製造方法において、ガスとしては炭素を含むガスであれば特に限定されず、例えば、メタン、エチレン、アセチレン等の炭化水素や、一酸化炭素、アルコール等が挙げられ、好ましくは、窒素／メタンとの混合ガスである。また、ガスの組成がＮ２／ＣＨ４＝１／１〜１／１０であり、この流量が触媒０．５ｇあたり１５０ｍＬ／ｍｉｎ〜１０００ｍＬ／ｍｉｎであることが、好ましい。
また、本発明の気相成長炭素繊維は、上記本発明の製造方法により製造され、グラファイト化度が３．０以上であり、好ましくは３．５〜２０である。グラファイト化度が３．０未満であると、十分な炭素繊維を得ることができず、好ましくない。
本発明におけるグラファイト化度（ラマン）測定は、Ｎｉｃｏｌｅ Ａ Ｉｍｅｇａ ＸＲ（サーモフィシャーサイエンティフィック株式会社製）を使用して測定した。グラファイト化度とは、ラマンバンドのＧ（グラファイト）バンド（１５８０ｃｍ−１）とＤバンド（１３６０ｃｍ−１）のピーク比で、これによりカーボン表面のグラファイト化度（Ｇ／Ｄ比）が分かる。Ｇ／Ｄが高いほどグラファイト化度が高く、熱伝導性および電気伝導性が良好である。
次に、本発明を実施例により更に詳しく説明する。本発明は、この例によって限定されるものではない。
実施例１〜４
触媒の調製
硝酸鉄（関東化学株式会社製）、表１記載の割合（重量％）で酢酸マグネシウム（関東化学株式会社製）と硝酸マグネシウム（関東化学株式会社製）を含む担体、およびモリブデン酸アンモニウム（関東化学株式会社製）を、重量比で（Ｆｅ：Ｍｏ：Ｍｇ＝１０：７：８３）の割合で秤量し、それぞれの前駆体のモル数に対して１ｍｏｌ／Ｌになるように９０％エタノールに溶解して、活性金属化合物溶液を調製した。Ｆｅ＋Ｍｏ＋Ｍｇの合計モル数に対して１．２倍量のシュウ酸を１ｍｏｌ／Ｌになるように９０％エタノールに溶解して、シュウ酸溶液を調製した。活性金属化合物溶液とシュウ酸溶液を混合し、鉄、マグネシウムおよびモリブデンをシュウ酸により同時に沈殿させた。沈殿溶液を８０℃で４時間真空乾燥し、前駆体を作製した。得られた前駆体を５５０℃で４時間焼成して触媒とした。実施例１〜４で、得られた触媒の粒径は、いずれも１００〜１５０ｎｍであり、ＢＥＴ表面積は、それぞれ２４７、２５０、２４８、２４８ｍ２／ｇであった。
触媒の調製
硝酸鉄（関東化学株式会社製）、表１記載の割合（重量％）で酢酸マグネシウム（関東化学株式会社製）と硝酸マグネシウム（関東化学株式会社製）を含む担体、およびモリブデン酸アンモニウム（関東化学株式会社製）を、重量比で（Ｆｅ：Ｍｏ：Ｍｇ＝１０：７：８３）の割合で秤量し、それぞれの前駆体のモル数に対して１ｍｏｌ／Ｌになるように９０％エタノールに溶解して、活性金属化合物溶液を調製した。Ｆｅ＋Ｍｏ＋Ｍｇの合計モル数に対して１．２倍量のシュウ酸を１ｍｏｌ／Ｌになるように９０％エタノールに溶解して、シュウ酸溶液を調製した。活性金属化合物溶液とシュウ酸溶液を混合し、鉄、マグネシウムおよびモリブデンをシュウ酸により同時に沈殿させた。沈殿溶液を８０℃で４時間真空乾燥し、前駆体を作製した。得られた前駆体を５５０℃で４時間焼成して触媒とした。実施例１〜４で、得られた触媒の粒径は、いずれも１００〜１５０ｎｍであり、ＢＥＴ表面積は、それぞれ２４７、２５０、２４８、２４８ｍ２／ｇであった。
粒径測定
粒径は、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製のＳＥＭ Ｓ−５０００を用いて、ＳＥＭ観察で測定した。
粒径は、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製のＳＥＭ Ｓ−５０００を用いて、ＳＥＭ観察で測定した。
ＢＥＴ表面積測定
ＢＥＴ表面積は、ユアサアイオニクス株式会社製のＡｕｔｏＳｏｒｂ−１により測定した。
ＢＥＴ表面積は、ユアサアイオニクス株式会社製のＡｕｔｏＳｏｒｂ−１により測定した。
前処理工程
得られた触媒を横型流通式反応炉中の５０ｍｇ石英ボードの上に配置し、水素／窒素＝１５０ｍＬ／１５０ｍＬ／ｍｉｎの気流中で６５０℃、２０分間還元処理した。
得られた触媒を横型流通式反応炉中の５０ｍｇ石英ボードの上に配置し、水素／窒素＝１５０ｍＬ／１５０ｍＬ／ｍｉｎの気流中で６５０℃、２０分間還元処理した。
反応工程
前処理後の触媒を表１記載の反応温度まで昇温し、水素をメタンに切り替え、窒素／メタン＝１５０ｍＬ／１５０ｍＬ／ｍｉｎで３０分間反応させた。反応後、生成した炭素繊維を取り出し、グラファイト化度を求めた。実施例１〜４で、得られた炭素繊維の繊維径は、いずれも１０〜３０ｎｍであった。また、グラファイト化度の結果を表１に示す。
前処理後の触媒を表１記載の反応温度まで昇温し、水素をメタンに切り替え、窒素／メタン＝１５０ｍＬ／１５０ｍＬ／ｍｉｎで３０分間反応させた。反応後、生成した炭素繊維を取り出し、グラファイト化度を求めた。実施例１〜４で、得られた炭素繊維の繊維径は、いずれも１０〜３０ｎｍであった。また、グラファイト化度の結果を表１に示す。
グラファイト化度（ラマン）測定
Ｎｉｃｏｌｅ Ａ Ｉｍｅｇａ ＸＲ（サーモフィシャーサイエンティフィック株式会社製）を使用して測定した。
Ｎｉｃｏｌｅ Ａ Ｉｍｅｇａ ＸＲ（サーモフィシャーサイエンティフィック株式会社製）を使用して測定した。
比較例１〜３
触媒の調製
硝酸鉄（関東化学株式会社製）、表１記載の割合の硝酸マグネシウム（関東化学株式会社製）塩化マグネシウム（関東化学株式会社製）および硫酸マグネシウム（関東化学株式会社製）から選ばれる担体、ならびにモリブデン酸アンモニウム（関東化学株式会社製）を、重量比で（Ｆｅ：Ｍｏ：Ｍｇ＝１０：７：８３）の割合で秤量し、それぞれの前駆体のモル数に対して１ｍｏｌ／Ｌになるように９０％エタノールに溶解して、活性金属化合物溶液を調製した。Ｆｅ＋Ｍｏ＋Ｍｇの合計モル数に対して１．２倍量のシュウ酸を１ｍｏｌ／Ｌになるように９０％エタノールに溶解して、シュウ酸溶液を調製した。活性金属化合物溶液とシュウ酸溶液を混合し、鉄、マグネシウムおよびモリブデンをシュウ酸により同時に沈殿させた。沈殿溶液を８０℃で４時間真空乾燥し、前駆体を作製した。得られた前駆体を５５０℃で４時間焼成して触媒とした。比較例１〜３で、得られた触媒の粒径は、それぞれ１００〜１５０、３００〜５００、３００〜５００ｎｍであり、ＢＥＴ表面積は、それぞれ２００、３０、４３ｍ２／ｇであった。
触媒の調製
硝酸鉄（関東化学株式会社製）、表１記載の割合の硝酸マグネシウム（関東化学株式会社製）塩化マグネシウム（関東化学株式会社製）および硫酸マグネシウム（関東化学株式会社製）から選ばれる担体、ならびにモリブデン酸アンモニウム（関東化学株式会社製）を、重量比で（Ｆｅ：Ｍｏ：Ｍｇ＝１０：７：８３）の割合で秤量し、それぞれの前駆体のモル数に対して１ｍｏｌ／Ｌになるように９０％エタノールに溶解して、活性金属化合物溶液を調製した。Ｆｅ＋Ｍｏ＋Ｍｇの合計モル数に対して１．２倍量のシュウ酸を１ｍｏｌ／Ｌになるように９０％エタノールに溶解して、シュウ酸溶液を調製した。活性金属化合物溶液とシュウ酸溶液を混合し、鉄、マグネシウムおよびモリブデンをシュウ酸により同時に沈殿させた。沈殿溶液を８０℃で４時間真空乾燥し、前駆体を作製した。得られた前駆体を５５０℃で４時間焼成して触媒とした。比較例１〜３で、得られた触媒の粒径は、それぞれ１００〜１５０、３００〜５００、３００〜５００ｎｍであり、ＢＥＴ表面積は、それぞれ２００、３０、４３ｍ２／ｇであった。
実施例１〜４と同様の方法で、前処理工程および反応工程を行った。反応後、生成した炭素繊維を取り出し、グラファイト化度を求めた。比較例１および２で、得られた炭素繊維の繊維径は、いずれも１０〜３０ｎｍであった。また、グラファイト化度の結果を表１に示す。なお、比較例３では、炭素繊維を生成できなかった。
表１から、実施例１〜４では、担体として酢酸マグネシウムを含有することにより、グラファイト化度が高い気相成長炭素繊維が得られることが分かる。一方、比較例１および２では、担体として酢酸マグネシウムを含有しないため、グラファイト化度が低い気相成長炭素繊維が得られ、比較例３では気相成長炭素繊維が生成されないことが分かる。
Claims (15)
- 炭素を含むガスを触媒と接触させて気相成長炭素繊維を製造する方法において、前記触媒として、酢酸マグネシウムを含む担体、活性金属種および助触媒とを、シュウ酸を用いて共沈させて得られるものを用いることを特徴とする気相成長炭素繊維の製造方法。
- 前記担体として、酢酸マグネシウムを１重量％以上含む請求項１記載の製造方法。
- 前記担体として、硝酸マグネシウムを含む請求項１または２記載の製造方法。
- 前記活性金属種として、鉄、ニッケルまたはコバルトを用いる請求項１〜３のうちいずれか一項記載の製造方法。
- 前記活性金属種が、硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩および塩化物塩から選ばれる少なくとも１種の化合物の形態である請求項４記載の製造方法。
- 前記助触媒としてモリブデンを用いる請求項１〜５のうちいずれか一項記載の製造方法。
- 前記助触媒が、モリブデン酸、モリブデン酸アンモニウム、硫化モリブデン、モリブデンヘキサカルボニルおよびチオモリブデン酸アンモニウムから選ばれる少なくとも１種の化合物である請求項６記載の製造方法。
- 前記活性金属種と、前記担体および前記助触媒の合計との配合比率が、５：９５〜５０：５０である請求項１〜７のうちいずれか一項記載の製造方法。
- 前記シュウ酸のモル数が、活性金属種、担体および助触媒の合計モル数に対して、０．８〜２．０倍量である請求項１〜８のうちいずれか一項記載の製造方法。
- 前記触媒を、シュウ酸を用いて共沈させた後に、４００〜９００℃で１〜６時間焼成する請求項１〜９のうちいずれか一項記載の製造方法。
- 前記触媒が、１０〜２００ｎｍの粒径で、かつ１５０〜１０００ｍ２／ｇの表面積である請求項１〜１０のうちいずれか一項記載の製造方法。
- 前記触媒を、４００〜８００℃で１０〜１２０分間還元処理する請求項１〜１１のうちいずれか一項記載の製造方法。
- 前記ガスと前記触媒の接触が、７００〜１０００℃で０．２５〜２時間である請求項１〜１２のうちいずれか一項記載の製造方法。
- 前記ガスの組成がＮ２／ＣＨ４＝１／１〜１／１０であり、この流量が触媒０．５ｇあたり１５０ｍＬ／ｍｉｎ〜１０００ｍＬ／ｍｉｎである請求項１〜１３のうちいずれか一項記載の製造方法。
- 請求項１〜１４のうちいずれか一項記載の製造方法により製造され、グラファイト化度が３．０以上であることを特徴とする気相成長炭素繊維。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007231800A JP2009062230A (ja) | 2007-09-06 | 2007-09-06 | 気相成長炭素繊維の製造方法および気相成長炭素繊維 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007231800A JP2009062230A (ja) | 2007-09-06 | 2007-09-06 | 気相成長炭素繊維の製造方法および気相成長炭素繊維 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009062230A true JP2009062230A (ja) | 2009-03-26 |
Family
ID=40557170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007231800A Pending JP2009062230A (ja) | 2007-09-06 | 2007-09-06 | 気相成長炭素繊維の製造方法および気相成長炭素繊維 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009062230A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4582819B1 (ja) * | 2009-06-30 | 2010-11-17 | 東洋紡績株式会社 | 高強度ポリアクリロニトリル系炭素繊維の製造方法 |
| JP2012533413A (ja) * | 2009-07-17 | 2012-12-27 | サウスウエスト ナノテクノロジーズ， インコーポレイテッド | 多層カーボンナノチューブ製造のための触媒および方法 |
| CN105565292A (zh) * | 2014-10-29 | 2016-05-11 | 北京大学 | 一种超高密度单壁碳纳米管水平阵列及其可控制备方法 |
-
2007
- 2007-09-06 JP JP2007231800A patent/JP2009062230A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4582819B1 (ja) * | 2009-06-30 | 2010-11-17 | 東洋紡績株式会社 | 高強度ポリアクリロニトリル系炭素繊維の製造方法 |
| JP2011026750A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-02-10 | Toyobo Co Ltd | 高強度ポリアクリロニトリル系炭素繊維の製造方法 |
| JP2011026758A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-02-10 | Toyobo Co Ltd | 高強度炭素繊維 |
| JP2012533413A (ja) * | 2009-07-17 | 2012-12-27 | サウスウエスト ナノテクノロジーズ， インコーポレイテッド | 多層カーボンナノチューブ製造のための触媒および方法 |
| CN105565292A (zh) * | 2014-10-29 | 2016-05-11 | 北京大学 | 一种超高密度单壁碳纳米管水平阵列及其可控制备方法 |
| CN105565292B (zh) * | 2014-10-29 | 2018-04-06 | 北京大学 | 一种超高密度单壁碳纳米管水平阵列及其可控制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8496904B2 (en) | Single-walled carbon nanotube catalysts and method for preparing same | |
| JP4979705B2 (ja) | 多層カーボンナノチューブ製造工程のための触媒系 | |
| KR101508101B1 (ko) | 높은 비표면적을 갖는 탄소나노튜브 및 그 제조 방법 | |
| JP5702043B2 (ja) | 不均一触媒でガス状炭素化合物を分解することによりカーボンナノチューブを製造するための触媒 | |
| KR101303061B1 (ko) | 다중벽 탄소나노튜브 제조용 촉매조성물 | |
| JP5250535B2 (ja) | 薄型多層カーボンナノチューブ製造用触媒組成物 | |
| Ahmed et al. | Ni/CeO2–Al2O3 catalysts for methane thermo-catalytic decomposition to COx-free H2 production | |
| US20150224479A1 (en) | Method for preparing metal catalyst for preparing carbon nanotubes and method for preparing carbon nanotubes using the same | |
| JP2010137222A (ja) | 金属ナノ触媒およびその製造方法、ならびにこれを用いて製造されたカーボンナノチューブの成長形態の調節方法 | |
| JP2016522083A (ja) | 酸化炭素を含まない水素およびバンブー構造カーボンナノチューブを製造するための低級炭化水素の触媒分解 | |
| JP2005512925A (ja) | 多面黒鉛系ナノチューブの製造方法 | |
| EP1782884A1 (en) | Catalyst based on MgO or alumina nanoporous support and preparation of the same | |
| CN113578315A (zh) | 氧化镁负载的钌催化剂生长粉体单壁碳纳米管的方法 | |
| Donato et al. | Influence of carbon source and Fe-catalyst support on the growth of multi-walled carbon nanotubes | |
| Izadi et al. | Preparation of highly stable bimetallic ni–cu catalyst for simultaneous production of hydrogen and fish-bone carbon nanofibers: Optimization, effect of catalyst preparation methods and deactivation | |
| JP5473306B2 (ja) | カーボンナノチューブ製造用触媒、それを用いたカーボンナノチューブの製造方法及び該触媒の製造方法 | |
| JP2009062230A (ja) | 気相成長炭素繊維の製造方法および気相成長炭素繊維 | |
| JP4639798B2 (ja) | 気相成長法炭素繊維製造用触媒および炭素繊維の製造方法 | |
| JP2009041127A (ja) | 気相成長炭素繊維の製造方法および気相成長炭素繊維 | |
| KR20170032566A (ko) | 결정성이 개선된 카본나노튜브 | |
| JP2004324004A (ja) | カーボン繊維及びその製造方法 | |
| JP2009167573A (ja) | 気相成長炭素繊維の製造方法および気相成長炭素繊維 | |
| KR100991012B1 (ko) | 저온영역에서 탄소섬유 제조가 가능한코발트／알루미늄포스페이트 촉매 및 이의 제조방법 | |
| JP2009062646A (ja) | 気相成長炭素繊維の製造方法および気相成長炭素繊維 | |
| JP2004277925A (ja) | コイン積層型ナノグラファイト、その製造方法及びその製造用触媒 |