JP2015151281A - 反応管及び触媒担持方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】支持体にカーボンナノチューブ合成用の触媒を担持させる触媒担持反応管10であって、支持体が充填され、下方からキャリアガスが供給される第一管部11と、第一管部11における反応領域Aの下端に配置され、第一管部11に充填される支持体を保持し、キャリアガスを通過させる分散板12と、分散板12を貫通し、触媒ガスを反応領域Aに供給する第二管部13と、第一管部11の反応領域Aを覆う第一加熱部14と、を備える。
【選択図】図1
Description
まず、カーボンナノチューブの製造方法について説明する。
次に、カーボンナノチューブの製造に用いるカーボンナノチューブ製造装置について説明する。
次に、触媒担持工程(S1)において用いる触媒担持反応管について説明する。
次に、本実施形態に係る触媒担持反応管10を用いた触媒担持工程(S1)について説明する。
触媒担持工程(S1)では、まず、支持体上に第一触媒ガスを流通させることで支持体上に触媒担持層を形成する第一触媒担持工程を行う。
以上の第一触媒担持工程が終了すると、次に、支持体上に第二触媒ガスを流通させることで触媒担持層上に触媒を担持させる第二触媒担持工程を行う。
以上の第二触媒担持工程が終了すると、次に、キャリアガス及び触媒ガスの供給を停止することで、第一管部11から支持体を抜き出す抜出工程を行う。図5は、支持体を抜き出している状態を示した図である。図5に示すように、キャリアガス及び触媒ガスの供給を停止すると、まず、キャリアガスにより吹き上げられていた支持体が分散板12に落ちてくる。そして、第二管部13の開口13aに発生していた触媒ガスの噴出圧力が無くなるため、分散板12に落ちてきた支持体が、開口13aから第二管部13内に落ち込む。なお、第二管部13内に落ち込んだ支持体は、第二管部13の下端から回収することができる。これにより、触媒担持反応管10から支持体を抜き出すことが可能となる。
図6は、実施例1におけるカーボンナノチューブの製造方法を概略的に示す図である。図6に示すように、実施例1では、触媒担持工程(S1)、触媒還元工程(S2)、カーボンナノチューブ合成工程(S3)、カーボンナノチューブ分離工程(S4)、及びビーズ焼成工程(S5)を行った。触媒担持工程(S1)では、図3に示す、第一管部11、分散板12、第二管部13、及び第一加熱部14を備える触媒担持反応管10を用いた。触媒還元工程(S2)及びカーボンナノチューブ合成工程(S3)では、触媒担持反応管10とは異なる反応管を用いた。
図8は、比較例1におけるカーボンナノチューブの製造方法を概略的に示す図である。図8に示すように、比較例1では、触媒担持工程(S1)において用いる触媒担持反応管を変更した他は、実施例1と同一条件でカーボンナノチューブを製造した。
図12は、実施例1及び比較例1において担持された触媒の膜厚を計測した結果を示した図であり、図13は、実施例1及び比較例1において合成されたカーボンナノチューブの高さを計測した結果を示している。なお、図12において、縦軸は、Fe(触媒)の膜厚に相当する値を計測したものである。膜厚(膜厚に相当する値)の計測は、まず、Feの膜厚が既知の基板を用意し、この基板のFe量を走査型電子顕微鏡(SEM−EDX、日立ハイテクテクノロジーズ社製:TM−3000)で測定し、Fe量に対する膜厚の検量線を作成した。その後、前記走査型電子顕微鏡で測定した対象触媒のFe量から膜厚を算出した。また、図13において、縦軸は、カーボンナノチューブ合成工程(S3)により合成されたカーボンナノチューブの高さを計測したものである。評価1におけるカーボンナノチューブの高さとは、個々の支持体に合成されたカーボンナノチューブの高さではなく、反応管内における全ての支持体の堆積高さをいう。つまり、支持体にカーボンナノチューブが合成されると、カーボンナノチューブを含めた支持体の大きさが大きくなる。そこで、反応管内における全ての支持体の堆積高さ、つまり、反応管内における支持体の占める部分の高さを、評価1におけるカーボンナノチューブの高さとして表している。
図14は、比較例1における触媒の担持効率を示した図である。図14において、横軸は、第二触媒ガスに含まれるFe成分の供給量を、支持体に担持された際の膜厚に換算した値であり、縦軸は、支持体に担持されたFeの膜厚に相当する値を計測したものである。膜厚(膜厚に相当する値)の計測は、評価1における膜厚(膜厚に相当する値)の計測(図12の縦軸)と同様である。図15は、比較例1におけるAlの供給量に対するカーボンナノチューブの高さを示した図であり、図16は、実施例1におけるAl及びFeの供給量に対するカーボンナノチューブの高さを示した図である。評価2におけるカーボンナノチューブの高さとは、評価1におけるカーボンナノチューブの高さと同様である。
Claims (6)
- 支持体にカーボンナノチューブ合成用の触媒を担持させる反応管であって、
支持体が充填され、下方からキャリアガスが供給される第一管部と、
前記第一管部における反応領域の下端に配置され、前記第一管部に充填される前記支持体を保持し、前記キャリアガスを通過させる分散板と、
前記分散板を貫通し、触媒の前駆体を含む触媒ガスを前記反応領域に供給する第二管部と、
前記第一管部の前記反応領域を覆う第一加熱部と、を備える、
反応管。 - 前記第一管部が、前記分散板に対して上流側部分と下流側部分とが離れる方向に延びている、
請求項1に記載の反応管。 - 前記第一管部が、直線状に形成されている、
請求項2に記載の反応管。 - 前記分散板が、上方から前記第二管部との接続位置に向けて窄まる漏斗状に形成されている、
請求項1〜3の何れか一項に記載の反応管。 - 請求項1〜4の何れか一項に記載された反応管を用いて前記支持体にカーボンナノチューブ合成用の触媒を担持させる触媒担持方法であって、
前記キャリアガスを前記第一管部の下方から供給するとともに、前記触媒ガスを前記第二管部から前記反応領域に供給するガス供給工程と、
前記ガス供給工程を行いながら、前記第一加熱部により前記第一管部の前記反応領域を加熱して前記支持体を前記第一管部に充填する熱分解工程と、を備える、
触媒担持方法。 - 前記熱分解工程の後に、少なくとも前記触媒ガスの供給を停止して、前記第一管部から前記支持体を抜き出す抜出工程を更に備える、
請求項5に記載の触媒担持方法。
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