JP2022091360A - Method for isolating fullerene c70 - Google Patents

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Abstract

To provide a method for efficiently isolating a high-purity fullerene C70 from a mixed fullerene.SOLUTION: Fullerene C70 is isolated by a method for isolating fullerene C70 including an adsorption step of adsorbing a mixed fullerene containing fullerene C60 and fullerene C70 on activated carbon, a fullerene C60 elution step of eluting the fullerene C60 from the activated carbon with an eluting solvent, and a sublimation step of sublimating the fullerene C70 by heating the activated carbon having adsorbed the fullerene C70.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、フラーレンC70(以下、「C70」ともいう)の単離方法に関する。 The present invention relates to a method for isolating fullerene C 70 (hereinafter, also referred to as “C 70 ”).

フラーレンの製造方法として、(1)グラファイトなど炭素質材料から成る電極を原料としてこの電極間にアーク放電によって原料を蒸発させる方法(アーク放電法)、(2)炭素質原料に高電流を流して原料を蒸発させる方法(抵抗加熱法)、(3)炭化水素を不完全燃焼させる方法(燃焼法)などが知られている。しかし、現状のいずれの製造方法でも目的の単一種類のフラーレンのみを製造することはできず、フラーレンC60(以下、「C60」ともいう)及びC70を主とするミックスフラーレンと多環式芳香族炭化水素及び炭素系高分子成分を含む混合物(以下「煤状物質」ともいう)が生成する。 As a method for producing fullerenes, (1) an electrode made of a carbonaceous material such as graphite is used as a raw material, and the raw material is evaporated by arc discharge between the electrodes (arc discharge method), and (2) a high current is passed through the carbonic material. A method of evaporating a raw material (resistance heating method), a method of (3) incomplete combustion of a hydrocarbon (combustion method), and the like are known. However, it is not possible to produce only the desired single type of fullerene by any of the current production methods, and it is possible to produce fullerene C 60 (hereinafter, also referred to as “C 60 ”) and mixed fullerene mainly composed of C 70 and polycyclic. A mixture containing formula aromatic hydrocarbons and carbon-based polymer components (hereinafter, also referred to as “soot-like substance”) is produced.

例えば、特許文献1に記載の燃焼法で生成した煤状物質において、ミックスフラーレンは通常、10~30質量%を含まれる。フラーレンと多環式芳香族炭化水素や炭素系高分子成分等のベンゼン、トルエン、二硫化炭素等の有機溶媒への溶解度が異なる性質を利用し、煤状物質からミックスフラーレンを抽出することができる。 For example, in the soot-like substance produced by the combustion method described in Patent Document 1, the mixed fullerene usually contains 10 to 30% by mass. It is possible to extract mixed fullerenes from soot-like substances by utilizing the properties of fullerenes and polycyclic aromatic hydrocarbons, carbon-based polymer components, etc., which have different solubilities in organic solvents such as benzene, toluene, and carbon disulfide. ..

ミックスフラーレンの中には、炭素数の異なる数種類のフラーレンが混在するため、純度の高い単独種類のフラーレンを提供することが望まれている。例えば、特許文献2、3に開示されたように、活性炭を用いてフラーレンを単離する方法が知られている。また、C70はC60より活性炭への吸着力が強く、C60を溶離させた後の活性炭にC70が大量に吸着されている。特許文献4には、ナフタレン骨格又はナフタレン骨格を形成する炭素原子の1又は2個が窒素原子に代替された骨格を有する芳香族化合物を含む溶離液を用いてC70を活性炭から溶離させ、C70を単離する方法が開示されている。 Since several types of fullerenes having different carbon atoms are mixed in the mixed fullerenes, it is desired to provide a single type of fullerenes with high purity. For example, as disclosed in Patent Documents 2 and 3, a method for isolating fullerenes using activated carbon is known. Further, C 70 has a stronger adsorption force to activated carbon than C 60 , and a large amount of C 70 is adsorbed to the activated carbon after elution of C 60 . In Patent Document 4, C 70 is eluted from activated carbon using an eluent containing an aromatic compound having a naphthalene skeleton or an aromatic compound having a skeleton in which one or two carbon atoms forming the naphthalene skeleton are replaced with nitrogen atoms. A method for isolating 70 is disclosed.

米国特許第5273729号公報US Pat. No. 5,273,729 特開2005-187252号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-187252 特開2004-99380号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-99380 特許第3974049号公報Japanese Patent No. 3974049

しかしながら、特許文献4に記載されたC70の単離方法で得たC70は、その純度は不十分である。また、特許文献4に記載されたC70の単離方法のC70の収率が低いため、回収効率を更なる向上する余地がある。 However, the purity of C 70 obtained by the method for isolating C 70 described in Patent Document 4 is insufficient. Further, since the yield of C 70 in the method for isolating C 70 described in Patent Document 4 is low, there is room for further improvement in recovery efficiency.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ミックスフラーレンから効率よく、高純度なC70を単離する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for efficiently isolating high-purity C 70 from mixed fullerenes.

(1)C60とC70とを含むミックスフラーレンからC70を単離する方法であって、前記ミックスフラーレンを活性炭に吸着させる吸着ステップと、溶離溶媒で前記C60を前記活性炭から溶離させるC60溶離ステップと、前記C70を吸着した前記活性炭を加熱して、C70を昇華させる昇華ステップと、を含むC70の単離方法。
(2)前記活性炭を充填剤として用いたカラムを使用し、前記ミックスフラーレンを前記活性炭に吸着させることを特徴とする(1)に記載のC70の単離方法。
(3)前記昇華ステップの加熱温度は、400℃~1000℃である(1)又は(2)に記載のC70の単離方法。
(4)前記昇華ステップは不活性ガス雰囲気下で実施されることを特徴とする(1)~(3)のいずれかに記載のC70の単離方法。
(5)前記活性炭はBET法による比表面積が1600m/g以上である(1)~(4)のいずれかに記載のC70の単離方法。
(6)前記溶離溶媒は、炭素数6~20の芳香族炭化水素、含ハロゲン芳香族炭化水素、多環芳香族系炭化水素、又は二硫化炭素より選ばれる少なくとも一種である(1)~(5)のいずれかに記載のC70の単離方法。
(1) A method for isolating C 70 from a mixed fullerene containing C 60 and C 70 , in which an adsorption step of adsorbing the mixed fullerene on activated carbon and C in which the C 60 is eluted from the activated carbon with an elution solvent. A method for isolating C 70 , comprising 60 elution steps and a sublimation step of heating the activated carbon adsorbing the C 70 to sublimate the C 70 .
(2) The method for isolating C70 according to (1), wherein a column using the activated carbon as a filler is used to adsorb the mixed fullerene on the activated carbon.
(3) The method for isolating C70 according to (1) or (2), wherein the heating temperature of the sublimation step is 400 ° C to 1000 ° C.
(4) The method for isolating C70 according to any one of (1) to (3), wherein the sublimation step is carried out in an inert gas atmosphere.
(5) The method for isolating C70 according to any one of (1) to (4), wherein the activated carbon has a specific surface area of 1600 m 2 / g or more by the BET method.
(6) The elution solvent is at least one selected from aromatic hydrocarbons having 6 to 20 carbon atoms, halogen-containing aromatic hydrocarbons, polycyclic aromatic hydrocarbons, and carbon disulfide (1) to (1). 5) The method for isolating C70 according to any one of 5).

本発明によれば、ミックスフラーレンから高純度なC70を効率よく単離する方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a method for efficiently isolating high-purity C 70 from mixed fullerenes.

実施例で用いた昇華装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the sublimation apparatus used in an Example.

以下、本発明に係るC70の単離方法をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の方法に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。 Hereinafter, the method for isolating C70 according to the present invention will be described in more detail. The present invention is not limited to the following methods, and various modifications can be made without changing the gist of the present invention.

本実施形態の単離方法に適用されるミックスフラーレンは、いかなる方法によって得られたものであっても良い。例えば、燃焼法によって生成した煤状物質から予め多環式芳香族炭化水素及び炭素系高分子成分を除去したものが挙げられる。煤状物質から多環式芳香族炭化水素を除去する方法としては、例えば、フラーレン類の溶解度の低い溶剤を用いて多環式芳香族炭化水素を抽出し除去する方法が挙げられる。煤状物質から炭素系高分子成分を除去する方法としては、フラーレン類の溶解度の高い溶剤を用いてフラーレン類を抽出し、不溶の炭素系高分子成分を濾別する方法が挙げられる。 The mixed fullerene applied to the isolation method of the present embodiment may be obtained by any method. For example, a soot-like substance produced by a combustion method from which polycyclic aromatic hydrocarbons and carbon-based polymer components have been removed in advance can be mentioned. Examples of the method for removing polycyclic aromatic hydrocarbons from soot-like substances include a method for extracting and removing polycyclic aromatic hydrocarbons using a solvent having a low solubility of fullerenes. Examples of the method for removing the carbon-based polymer component from the soot-like substance include a method of extracting the fullerene using a solvent having a high solubility of the fullerene and filtering the insoluble carbon-based polymer component.

ミックスフラーレン中には、C60とC70を合計した割合は好ましくは50質量%以上であり、更に好ましくは70質量%以上であり、特に好ましくは90質量%以上である。また、C70の割合は、10質量%以上であることが好ましい。なお、ミックスフラーレン中にはフラーレン以外の不純物(例えば、多環式芳香族炭化水素や炭素系高分子など)を含有してもよい。不純物の含有量は好ましく10質量%以下であり、より好ましくは5質量%以下である。 In the mixed fullerene, the total ratio of C 60 and C 70 is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more. Further, the ratio of C 70 is preferably 10% by mass or more. The mixed fullerene may contain impurities other than fullerene (for example, polycyclic aromatic hydrocarbons, carbon-based polymers, etc.). The content of impurities is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less.

以下に、本実施形態にかかるC70の単離方法の吸着ステップ、C60溶離ステップ、及び昇華ステップについて説明する。 Hereinafter, the adsorption step, the C 60 elution step, and the sublimation step of the method for isolating C 70 according to the present embodiment will be described.

(吸着ステップ)
吸着ステップは、活性炭にミックスフラーレンを吸着させるステップである。ミックスフラーレンを活性炭に吸着させる方法としては、具体的には、(a)活性炭とミックスフラーレンと溶離溶媒とを混合し攪拌することにより、ミックスフラーレンを活性炭に吸着させる方法、或いは、(b)カラムに活性炭を充填材として充填し、ミックスフラーレンと溶離溶媒を含む混合液をカラムの上部から流すことにより、ミックスフラーレンを活性炭に吸着させる方法が挙げられる。
(Adsorption step)
The adsorption step is a step of adsorbing mixed fullerene on activated carbon. Specific examples of the method for adsorbing mixed fullerene on activated carbon include (a) a method of adsorbing mixed fullerene on activated carbon by mixing and stirring the activated carbon, mixed fullerene, and an elution solvent, or (b) column. There is a method of adsorbing mixed carbon to activated carbon by filling the mixture with activated carbon as a filler and flowing a mixed solution containing mixed fullerene and an elution solvent from the upper part of the column.

活性炭として、直径2nm以下の細孔の積算ポアボリュームが0.3cm3/g以上の活性炭を挙げることができる。この活性炭はC60に対する吸着力が比較的小さく、C70以上の高次フラーレンに対する吸着力が比較的高いので、C60とC70以上の高次フラーレンを分離する能力に優れる。すなわち、次のC60溶離ステップの前に活性炭に吸着されるC70の濃度をあらかじめ高めることができる。
直径2nm以下の細孔の積算ポアボリュームは、好ましくは0.4cm/g以上であり、更に好ましくは0.5cm/g以上である。上限は特に規定されないが、通常10cm/g以下である。
また、活性炭のBET法による比表面積は1600m2/g以上であることが好ましく、2000m2/g以上であることがより好ましく、2500m2/g以上であることが特に好ましい。比表面積が上記範囲であれば、1回当たりのミックスフラーレンの処理能力が大きくなる。
なお、活性炭は30μm以下の粒径を持つ粒子の割合が40%以下であるものが好ましく、30%以下であるものがより好ましく、25%以下であるものが特に好ましい。30μm以下の小粒径の活性炭の割合が上記範囲内であれば、後述するC60溶離ステップの操作が容易となる。
Examples of the activated carbon include activated carbon having an integrated pore volume of 0.3 cm 3 / g or more in pores having a diameter of 2 nm or less. Since this activated carbon has a relatively small adsorption force for C 60 and a relatively high adsorption force for higher-order fullerenes of C 70 or higher, it has an excellent ability to separate C 60 and higher-order fullerenes of C 70 or higher. That is, the concentration of C 70 adsorbed on the activated carbon can be increased in advance before the next C 60 elution step.
The integrated pore volume of the pores having a diameter of 2 nm or less is preferably 0.4 cm 3 / g or more, and more preferably 0.5 cm 3 / g or more. The upper limit is not particularly specified, but is usually 10 cm 3 / g or less.
The specific surface area of the activated carbon by the BET method is preferably 1600 m 2 / g or more, more preferably 2000 m 2 / g or more, and particularly preferably 2500 m 2 / g or more. If the specific surface area is in the above range, the processing capacity of the mixed fullerene at one time is increased.
The activated carbon preferably has a particle size of 30 μm or less in an amount of 40% or less, more preferably 30% or less, and particularly preferably 25% or less. When the ratio of activated carbon having a small particle size of 30 μm or less is within the above range, the operation of the C60 elution step described later becomes easy.

(C60溶離ステップ)
活性炭に吸着されたミックスフラーレンの内、C60がC70より優先的に溶離するので、この性質を利用して、C60を活性炭から溶離する。
具体的に、前述した吸着ステップの(a)の活性炭とミックスフラーレンと溶離溶媒からなる混合物を濾過することが挙げられる。また、濾過して得た固体に、更に新しい溶離溶媒と混合して、攪拌した後に再度濾過してもよく、この動作を複数回繰り返してもよい。こうして、活性炭に吸着されたC60が溶離溶媒に溶解して、活性炭からC60を分離することができる。
或いは、前述した吸着ステップの(b)について、ミックスフラーレンと溶離溶媒を含む混合液をカラムの上部から流した後に、溶離溶媒をカラムの上部から流すことにより、活性炭からC60を溶離することができる。
60溶離ステップにより、C60が殆どなくC70を大量に吸着した活性炭を得ることができる。
(C 60 elution step)
Of the mixed fullerenes adsorbed on the activated carbon, C 60 elutes preferentially over C 70 , and this property is utilized to elute C 60 from the activated carbon.
Specifically, the above-mentioned adsorption step (a) may include filtering a mixture of activated carbon, mixed fullerene, and an elution solvent. Further, the solid obtained by filtration may be further mixed with a new elution solvent, stirred, and then filtered again, or this operation may be repeated a plurality of times. In this way, the C 60 adsorbed on the activated carbon is dissolved in the elution solvent, and the C 60 can be separated from the activated carbon.
Alternatively, for ( b) of the adsorption step described above, C60 can be eluted from the activated carbon by flowing a mixed solution containing mixed fullerenes and an elution solvent from the upper part of the column and then flowing the elution solvent from the upper part of the column. can.
By the C 60 elution step, activated carbon having almost no C 60 and adsorbing a large amount of C 70 can be obtained.

溶離溶媒としては、炭素数6~20の芳香族炭化水素、含ハロゲン芳香族炭化水素、多環芳香族系炭化水素、二硫化炭素を用いることが好ましい。炭素数6~20の芳香族炭化水素化合物として、例えば、分子内に少なくとも1つのベンゼン核を有する炭化水素化合物であり、具体的にはベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、n-プロピルベンゼン、イソプロピルベンゼン、n-ブチルベンゼン、sec-ブチルベンゼン、tert-ブチルベンゼン、1,2,3-トリメチルベンゼン、1,2,4-トリメチルベンゼン、1,3,5-トリメチルベンゼン、1,2,3,4-テトラメチルベンゼン、1,2,3,5-テトラメチルベンゼン、ジエチルベンゼン、シメン等のアルキルベンゼン類があげられる。含ハロゲン芳香族炭化水素としては、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、1,3-ジクロロベンゼン、1,2-ジクロロベンゼン、1,2-ジブロモベンゼン、1,3-ジブロベンゼン、1,2,4-トリクロロベンゼン等が挙げられる。多環芳香族系炭化水素としては、キノリン、テトラリン、1-メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、1-フェニルナフタレン、1-クロロナフタレン、1-ブロモ-2-メチルナフタレン等が挙げられる。これらを単独または2種以上を任意の割合で用いてもよい。その中に、1,2,4-トリメチルベンゼン及びテトラリンを用いるのはもっとも好ましい。 As the elution solvent, it is preferable to use an aromatic hydrocarbon having 6 to 20 carbon atoms, a halogen-containing aromatic hydrocarbon, a polycyclic aromatic hydrocarbon, and carbon disulfide. As an aromatic hydrocarbon compound having 6 to 20 carbon atoms, for example, it is a hydrocarbon compound having at least one benzene nucleus in the molecule, and specifically, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, n-propylbenzene, isopropylbenzene. , N-butylbenzene, sec-butylbenzene, tert-butylbenzene, 1,2,3-trimethylbenzene, 1,2,4-trimethylbenzene, 1,3,5-trimethylbenzene, 1,2,3,4 -Alkylbenzenes such as tetramethylbenzene, 1,2,3,5-tetramethylbenzene, diethylbenzene and simen can be mentioned. Examples of the halogen-containing aromatic hydrocarbon include chlorobenzene, bromobenzene, 1,3-dichlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,2-dibromobenzene, 1,3-dibrobenzene, 1,2,4-trichlorobenzene and the like. Can be mentioned. Examples of polycyclic aromatic hydrocarbons include quinoline, tetralin, 1-methylnaphthalene, dimethylnaphthalene, 1-phenylnaphthalene, 1-chloronaphthalene, 1-bromo-2-methylnaphthalene and the like. These may be used alone or in 2 or more at an arbitrary ratio. It is most preferable to use 1,2,4-trimethylbenzene and tetralin among them.

(昇華ステップ)
次に、C60溶離ステップで得られた活性炭を加熱して、C70を昇華させることにより活性炭からC70を単離する。昇華ステップの前処理として、活性炭を溶離溶媒の沸点近傍で真空乾燥して溶離溶媒をほとんど除去することが好ましい。溶離溶媒が残っていると収率が低下するので好ましくない。溶離溶媒の残存量は0.5質量%以下が好ましい。
(Sublimation step)
Next, C 70 is isolated from the activated carbon by heating the activated carbon obtained in the C 60 elution step to sublimate C 70 . As a pretreatment for the sublimation step, it is preferable to vacuum dry the activated carbon near the boiling point of the elution solvent to remove most of the elution solvent. If the elution solvent remains, the yield will decrease, which is not preferable. The residual amount of the elution solvent is preferably 0.5% by mass or less.

昇華ステップは、常圧もしくは0.5~5Pa程度の減圧下で実施する。常圧では装置が簡単になるメリットがあり、減圧下ではフラーレンの昇華温度が低くなるメリットがある。経済性を考えて、最適な条件で実施すればよい。フラーレンの反応を避けるためには、昇華に際して昇華装置中を実質的に不活性ガスにより置換し、昇華装置内の気体中の酸素の含有量として10体積%以下とするのが好ましく、5体積%以下とするのが好ましく、1体積%以下とするのが特に好ましい。酸素の含有量が多い場合には、フラーレンの酸化物が生成する場合がある。また、加熱の際に、ミックスフラーレン1gに対して0.1~10ml/min程度で、好ましくは0.5~8ml/min程度で不活性ガスを流し、不活性ガスの流通下で昇温することが好ましい。昇華を実施する際の不活性ガスは、予熱しても良いし、予熱しなくても良い。
昇華させる際の温度は、400℃~1000℃が好ましく、より好ましくは500~900℃、更に好ましくは600℃~800℃である。昇華温度は400℃以上であると、C70の昇華効率がよく、1000℃以下であるとC70が変性してしまう恐れがない。
The sublimation step is carried out under normal pressure or reduced pressure of about 0.5 to 5 Pa. Normal pressure has the advantage of simplifying the device, and under reduced pressure has the advantage of lowering the sublimation temperature of fullerenes. Considering the economic efficiency, it should be carried out under the optimum conditions. In order to avoid the reaction of fullerene, it is preferable to replace the inside of the sublimation apparatus with an inert gas at the time of sublimation, and the oxygen content in the gas in the sublimation apparatus is preferably 10% by volume or less, preferably 5% by volume. It is preferably the following, and particularly preferably 1% by volume or less. When the oxygen content is high, an oxide of fullerene may be formed. Further, during heating, the inert gas is flowed at about 0.1 to 10 ml / min, preferably about 0.5 to 8 ml / min per 1 g of mixed fullerene, and the temperature is raised under the flow of the inert gas. Is preferable. The inert gas used for sublimation may or may not be preheated.
The temperature for sublimation is preferably 400 ° C. to 1000 ° C., more preferably 500 to 900 ° C., and even more preferably 600 ° C. to 800 ° C. When the sublimation temperature is 400 ° C. or higher, the sublimation efficiency of C 70 is good, and when it is 1000 ° C. or lower, there is no possibility that C 70 is denatured.

昇華に用いる装置は、上述の温度/圧力となる昇華条件に耐えうるものであれば、バッチ式、固定床型、流動層型、連続型等、特に限定はない。
昇華装置から昇華したC70は不活性ガスに運ばれ、温度を下げて析出させる。析出する装置は、昇華装置と同一装置内に設けても別々に設けてもよい。また、バッチ式、または連続式でもよい。析出したC70の回収には、機械的に集めて回収しても、溶媒に溶解して回収してもよい。C70を析出して回収した後の不活性ガスは、大気に放出するかリサイクル使用する。
The apparatus used for sublimation is not particularly limited as long as it can withstand the above-mentioned temperature / pressure sublimation conditions, such as batch type, fixed bed type, fluidized bed type, and continuous type.
The C 70 sublimated from the sublimation apparatus is carried to the inert gas, and the temperature is lowered to cause precipitation. The device for precipitation may be provided in the same device as the sublimation apparatus or may be provided separately. Further, it may be a batch type or a continuous type. To recover the precipitated C 70 , it may be mechanically collected and recovered, or it may be dissolved in a solvent and recovered. The inert gas after depositing and recovering C 70 is released to the atmosphere or recycled.

本実施形態において不活性ガスとは、昇華の温度/圧力条件でC70と実質的に反応しない気体を意味する。不活性ガスの種類としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、窒素ガス及びこれらの混合物が挙げられる。 In the present embodiment, the inert gas means a gas that does not substantially react with C 70 under sublimation temperature / pressure conditions. Types of the inert gas include helium, neon, argon, nitrogen gas and mixtures thereof.

昇華装置の一例として、図1に示すものが挙げられる。
図1に示す昇華装置1は、昇華部2と、第一析出部3と、第二析出部4と、昇華部2と接続するガス導入配管5と、第二析出部4と接続するガス排出配管6と、ガス排出配管6と接続する真空ポンプからなる減圧部7を備える。
As an example of the sublimation apparatus, the one shown in FIG. 1 can be mentioned.
The sublimation apparatus 1 shown in FIG. 1 has a sublimation unit 2, a first precipitation unit 3, a second precipitation unit 4, a gas introduction pipe 5 connected to the sublimation unit 2, and a gas discharge unit connected to the second precipitation unit 4. A decompression unit 7 including a pipe 6 and a vacuum pump connected to the gas discharge pipe 6 is provided.

昇華部2は、昇華管21と、昇華管21の外周に配置され、昇華管21の少なくとも一部を加熱する加熱部22と、昇華管21と加熱部22を保持する断熱部23とを有する。加熱部22として、抵抗加熱装置、赤外線加熱装置、高周波誘導加熱装置などが挙げられる。断熱部23の材料として、アルミナ質の耐火煉瓦、アルミナ質の不定形耐火材等の断熱材が挙げられる。昇華部2において、C70及びC70よりも昇華温度が低い不純物が昇華する。
第一析出部3は、第一析出管31と第一析出管31の外周の少なく一部に配置される放熱部32とを有する。放熱部32の材料として、例えば、熱伝導率が高い銅、アルミニウムなどの金属が挙げられる。第一析出部3において、昇華したC70が析出する。
第二析出部4は、第二析出管41と、第二析出管41の外周の少なくとも一部に配置される冷却部42を有する。冷却部42として、例えば水冷ジャケットや、冷媒が流れる銅パイプなどが挙げられる。第二析出部4において、C70以外の昇華した不純物が析出する。
昇華管21と、第一析出管31と第二析出管41の材質は、例えば、石英ガラス、ステンレス等の金属類、セラミックス等が挙げられる。また、昇華管21と第一析出管31と第二析出管41が一体化したものあってもよいが、析出したC70の回収しやすさから、それぞれ分離できるのが好ましい。
The sublimation section 2 has a sublimation tube 21, a heating section 22 arranged on the outer periphery of the sublimation tube 21 and heating at least a part of the sublimation tube 21, and a heat insulating section 23 holding the sublimation tube 21 and the heating section 22. .. Examples of the heating unit 22 include a resistance heating device, an infrared heating device, a high frequency induction heating device, and the like. Examples of the material of the heat insulating portion 23 include heat insulating materials such as alumina refractory bricks and alumina amorphous refractory materials. In the sublimation section 2, impurities having a lower sublimation temperature than C 70 and C 70 are sublimated.
The first precipitation section 3 has a first precipitation tube 31 and a heat dissipation section 32 arranged in a small part of the outer circumference of the first precipitation tube 31. Examples of the material of the heat radiating portion 32 include metals such as copper and aluminum having high thermal conductivity. In the first precipitation section 3, the sublimated C 70 is precipitated.
The second precipitation section 4 has a second precipitation tube 41 and a cooling section 42 arranged on at least a part of the outer periphery of the second precipitation tube 41. Examples of the cooling unit 42 include a water-cooled jacket and a copper pipe through which a refrigerant flows. Sublimated impurities other than C 70 are deposited in the second precipitation section 4.
Examples of the material of the sublimation tube 21, the first precipitation tube 31 and the second precipitation tube 41 include quartz glass, metals such as stainless steel, and ceramics. Further, the sublimation tube 21, the first precipitation tube 31, and the second precipitation tube 41 may be integrated, but it is preferable that the precipitated C 70 can be separated from each other because of the ease of recovery.

以下の実施例及び比較例により、本実施形態の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。 The effects of this embodiment will be made clearer by the following examples and comparative examples. The present invention is not limited to the examples, and can be appropriately modified and implemented without changing the gist thereof.

[実施例1]
(活性炭カラムの作製)
関西熱化学社製粉末状活性炭MAXSORB MSC30(直径2nm以下の細孔の積算ポアボリューム;0.55cm/g、比表面積3250m/g;水酸化カリウム賦活)をヤマト科学社製篩いNo.286の上に95.1g量りとり、筒井理化学機械株式会社製篩震とう機VSS―50及び目の開き26マイクロメートルの篩いを使用して、目盛り50の強度で空気中5分間篩ったところ、49.5gが篩い上に残存したので1Lガラス製ビーカーに移し取った。篩いの上に量りとる量を変えながら同様の操作をさらに2回繰り返し、篩い上に残存したMAXSORB MSC30を合計177.6g得た。篩いの上に残存したMAXSORB MSC30を0.2g量りとり水に分散させ、株式会社島津製作所製レーザーディフラクションパーティクルアナライザーSALD-2000Jで分析したところ、篩い残存物の平均粒径が94μmであった。また、篩い残存物の内、30μm以下の粒径を持つ粒子の割合は13%であった。
[Example 1]
(Preparation of activated carbon column)
The powdered activated carbon MAXSORB MSC30 manufactured by Kansai Thermal Chemical Co., Ltd. (integrated pore volume of pores with a diameter of 2 nm or less; 0.55 cm 3 / g, specific surface area 3250 m 2 / g; potassium hydroxide activated) was sieved by Yamato Scientific Co., Ltd. No. Weighed 95.1 g on 286 and sieved in air at the strength of scale 50 using a sieve shaking machine VSS-50 manufactured by Tsutsui Rikagaku Kikai Co., Ltd. and a sieve with an opening of 26 micrometers. , 49.5 g remained on the sieve and was transferred to a 1 L glass beaker. The same operation was repeated twice more while changing the amount to be weighed on the sieve, and a total of 177.6 g of MAXSORB MSC30 remaining on the sieve was obtained. When 0.2 g of MAXSORB MSC30 remaining on the sieve was weighed and dispersed in water and analyzed with a laser dispersion particle analyzer SALD-2000J manufactured by Shimadzu Corporation, the average particle size of the sieve residue was 94 μm. In addition, the proportion of particles having a particle size of 30 μm or less in the sieve residue was 13%.

篩いの上に残存したMAXSORB MSC30の比表面積を相対圧0.002~0.2の範囲でBET多点法により算出したとこ2990m/gであった。細孔容積を相対圧が0.93における窒素の吸着量より算出したところ、篩い残存物は1.59mL/gであった。篩い残存物のうち130gを別の1Lビーカーに移し取り、22℃の水浴中で丸善石油化学株式会社製1,2,4-トリメチルベンゼン(別名プソイドクメン)0.6Lを撹拌しながら5分間かけてゆっくりと添加して活性炭スラリーを作製した。 The specific surface area of MAXSORB MSC30 remaining on the sieve was 2990 m 2 / g calculated by the BET multipoint method in the range of relative pressure of 0.002 to 0.2. When the pore volume was calculated from the amount of nitrogen adsorbed at a relative pressure of 0.93, the sieve residue was 1.59 mL / g. Transfer 130 g of the sieve residue to another 1 L beaker, and stir 0.6 L of 1,2,4-trimethylbenzene (also known as pseudocumene) manufactured by Maruzen Petrochemical Co., Ltd. in a water bath at 22 ° C for 5 minutes. It was added slowly to prepare an activated carbon slurry.

SUS304製カラム(カラム内部の内径68mm、高さ100mm)の底部フランジ部に目皿を入れ、目皿の上に直径68mm、孔径0.2ミクロンのPTFE製メンブランフィルターを置き、カラム本体に取り付けてネジで固定した。上部フランジ部を取り外し、上記活性炭スラリー0.049Lをカラム本体の中にそそぎ込み底部抜き出し口から減圧吸引し、スラリー中の1,2,4-トリメチルベンゼンを抜き出しながら活性炭ベッドを作製した。活性炭ベッドの上部が液面より上に出る直前までトリメチルベンゼンを抜き、スラリーを追加する操作を繰り返しながら層高98mmの活性炭ベッドを作製し、目皿とメンブランフィルターを入れた上部フランジを取り付けてネジで固定した。活性炭ベッドの体積は363cmであった。カラム上部の入り口を送液ラインと接続させた。底部抜き出し口をろ液回収タンクと接続させた。 Place a perforated plate in the bottom flange of a SUS304 column (inner diameter 68 mm, height 100 mm inside the column), place a PTFE membrane filter with a diameter of 68 mm and a hole diameter of 0.2 micron on the perforated plate, and attach it to the column body. It was fixed with screws. The upper flange portion was removed, 0.049 L of the activated carbon slurry was poured into the column body, and the activated carbon slurry was sucked under reduced pressure from the bottom extraction port to prepare an activated carbon bed while extracting 1,2,4-trimethylbenzene in the slurry. Remove trimethylbenzene until just before the upper part of the activated carbon bed rises above the liquid level, repeat the operation of adding slurry to make an activated carbon bed with a layer height of 98 mm, attach the upper flange containing the perforated plate and membrane filter, and screw. Fixed with. The volume of the activated carbon bed was 363 cm 3 . The entrance at the top of the column was connected to the liquid feed line. The bottom extraction port was connected to the filtrate collection tank.

(吸着ステップとC60溶離ステップ)
ミックスフラーレン(混合比:C60/C70/高次フラーレン=60/35/5質量%(フロンティアカーボン株式会社製))20gと、溶離溶液1,2,4-トリメチルベンゼン180gとを混合して、スリーワンモータで60minを攪拌して混合液を作製した。
送液ポンプを駆動し、送液ラインを介して混合液をカラムに送液した。抜き出し口からC60を含むろ液を回収した。抜き出し口から流出するろ液の流出速度を40ml/minにしたところ、カラムに設置した圧力計の表示は0.1MPaであった。
混合液を送液した後に、同様な方法で、溶離溶液1,2,4-トリメチルベンゼンを80.0Lカラムに送液した。抜き出し口から流出する溶液の流出速度を160ml/minにしたところ、カラムに設置した圧力計の表示は0.5MPaであった。
高速液体クロマトグラフィーで溶出液を分析した結果、カラムからは溶出されたC60及びC70の溶出量はそれぞれトータルで11.70gと0.30gであった。
( Adsorption step and C60 elution step)
20 g of mixed fullerene (mixing ratio: C 60 / C 70 / higher-order fullerene = 60/35/5% by mass (manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd.)) and 180 g of elution solution 1,2,4-trimethylbenzene are mixed. , 60 min was stirred with a three-one motor to prepare a mixed solution.
The liquid feed pump was driven and the mixed liquid was fed to the column via the liquid feed line. The filtrate containing C60 was collected from the extraction port. When the outflow rate of the filtrate flowing out from the extraction port was set to 40 ml / min, the display of the pressure gauge installed on the column was 0.1 MPa.
After the mixed solution was sent, the eluent solution 1,2,4-trimethylbenzene was sent to the 80.0 L column in the same manner. When the outflow rate of the solution flowing out from the extraction port was set to 160 ml / min, the display of the pressure gauge installed on the column was 0.5 MPa.
As a result of analyzing the eluate by high performance liquid chromatography, the total elution amounts of C 60 and C 70 eluted from the column were 11.70 g and 0.30 g, respectively.

(昇華ステップ)
続いて、カラムの上部フランジを外し、カラム内の活性炭を全て取り出した。取り出した活性炭をトレイに入れ、120℃の乾燥機で10h真空乾燥した。乾燥した活性炭を二回に分けて乳鉢で粉砕し、C70を吸着した活性炭粉末を137.8g得た。
(Sublimation step)
Subsequently, the upper flange of the column was removed, and all the activated carbon in the column was taken out. The removed activated carbon was placed in a tray and vacuum dried in a dryer at 120 ° C. for 10 hours. The dried activated carbon was pulverized in a mortar in two portions to obtain 137.8 g of activated carbon powder adsorbed with C 70 .

図1に示す昇華装置1を用いて、昇華処理を実施した。昇華管21と、第一析出管31と第二析出管41は内径160mmの石英ガラス管であり、それぞれ連結または分離できる。昇華管21の長さは40cmであり、第一析出管31の長さは50cmであり、第二析出管41の長さは60cmである。
加熱部22は、カーボンヒーターであり、昇華管21の外周面の面積の約90%を覆うように配置された。断熱部23は、多孔質アルミナからなるものである。
放熱部32は、第一析出管31の外周面の全面を覆う銅の部材である。冷却部42は、第二析出管41の外周面の全面を覆い、室温の水が流れる水冷ジャケットである。
また、昇華管21と、第一析出管31と第二析出管41の温度を測定するために、図に示さない熱電対をそれぞれの中間部に配置した。
The sublimation process was carried out using the sublimation apparatus 1 shown in FIG. The sublimation tube 21, the first precipitation tube 31, and the second precipitation tube 41 are quartz glass tubes having an inner diameter of 160 mm, and can be connected or separated from each other. The length of the sublimation tube 21 is 40 cm, the length of the first precipitation tube 31 is 50 cm, and the length of the second precipitation tube 41 is 60 cm.
The heating unit 22 is a carbon heater and is arranged so as to cover about 90% of the area of the outer peripheral surface of the sublimation tube 21. The heat insulating portion 23 is made of porous alumina.
The heat radiating portion 32 is a copper member that covers the entire outer peripheral surface of the first precipitation pipe 31. The cooling unit 42 is a water-cooled jacket that covers the entire outer peripheral surface of the second precipitation pipe 41 and allows water at room temperature to flow.
Further, in order to measure the temperatures of the sublimation tube 21, the first precipitation tube 31 and the second precipitation tube 41, thermocouples (not shown in the figure) were arranged in the intermediate portions thereof.

昇華管21と、第一析出管31と、第二析出管41を連結し、C70を吸着した活性炭粉末を137.8g、昇華管21に仕込んだ後に、真空ポンプからなる減圧部7を稼働して、昇華管21と、第一析出管31と第二析出管41の内部を減圧した。昇華管21内部が1.5Paまでに減圧された時点で、真空ポンプを止め、800.0ml/minの速度で不活性ガスとしてアルゴンガスを60min流して、置換を行った。次に、アルゴンガスの流量を10.0ml/minに設定し、昇華管21内部の圧力が3.4Paになるように、真空ポンプの吸引力を調整した。また、冷却部42に20ml/minの流速で室温の水を流した。続いて、昇華管21が20℃/minの速度で600℃までに昇温させ、600℃で24hを保温した。保温の際に、昇華管21の温度は600℃であり、第一析出管31の温度は、200℃であり、第二析出管41の温度は100℃である。その後、一旦室温まで徐冷し、第一析出部31から析出物を6.72g回収した。 After connecting the sublimation pipe 21, the first precipitation pipe 31, and the second precipitation pipe 41 and charging 137.8 g of activated carbon powder adsorbing C 70 into the sublimation pipe 21, the decompression unit 7 made of a vacuum pump is operated. Then, the pressure inside the sublimation tube 21, the first precipitation tube 31, and the second precipitation tube 41 was reduced. When the inside of the sublimation tube 21 was depressurized to 1.5 Pa, the vacuum pump was stopped and argon gas was flowed as an inert gas at a rate of 800.0 ml / min for 60 min to perform replacement. Next, the flow rate of the argon gas was set to 10.0 ml / min, and the suction force of the vacuum pump was adjusted so that the pressure inside the sublimation tube 21 was 3.4 Pa. Further, water at room temperature was flowed through the cooling unit 42 at a flow rate of 20 ml / min. Subsequently, the sublimation tube 21 was heated to 600 ° C. at a rate of 20 ° C./min, and kept warm at 600 ° C. for 24 hours. At the time of heat retention, the temperature of the sublimation tube 21 is 600 ° C., the temperature of the first precipitation tube 31 is 200 ° C., and the temperature of the second precipitation tube 41 is 100 ° C. Then, it was slowly cooled to room temperature, and 6.72 g of the precipitate was recovered from the first precipitation section 31.

島津社製高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いて、析出物中のC70の含有率(質量%)を測定した。その結果、析出物中のC70の含有率は99.3質量%であった。この結果から、析出物中のC70の含有量は6.67gであることが分かった。 The content (% by mass) of C70 in the precipitate was measured using high performance liquid chromatography (HPLC) manufactured by Shimadzu Corporation. As a result, the content of C 70 in the precipitate was 99.3% by mass. From this result, it was found that the content of C 70 in the precipitate was 6.67 g.

(実施例2)
昇華管21を800℃まで昇温した以外は、実施例1と同様である。
第一析出部31から析出物を6.75g回収した。そして、析出物中のC70の含有率は98.6質量%であった。この結果から、析出物中のC70の含有量は6.66gであることが分かった。
(Example 2)
This is the same as in Example 1 except that the sublimation tube 21 is heated to 800 ° C.
6.75 g of the precipitate was recovered from the first precipitate 31. The content of C 70 in the precipitate was 98.6% by mass. From this result, it was found that the content of C 70 in the precipitate was 6.66 g.

(比較例1)
吸着ステップとC60溶離ステップは、実施例1と同様であったため、詳細の説明を省略する。
60溶離ステップの後に、送液ポンプを停止し、カラムの底部抜き出し口と接続するろ液回収タンクをC70溶離液を回収するためのタンクに交換した。次に、送液ポンプを起動し、送液ラインを介して、1-メチルナフタレン(東京化成製)をカラムに送液し、1-メチルナフタレンの送液量が80.0Lに達した時点に送液ポンプを停止した。抜き出し口から流出するC70溶離液の流出速度を130ml/minにしたところ、カラムに設置した圧力計の表示は0.63MPaであった。C70溶離液を79.9L回収した。
(Comparative Example 1)
Since the adsorption step and the C 60 elution step were the same as in Example 1, detailed description thereof will be omitted.
After the C60 elution step, the liquid feed pump was stopped and the filtrate recovery tank connected to the bottom extraction port of the column was replaced with a tank for collecting C70 eluate. Next, the liquid feed pump is started, 1-methylnaphthalene (manufactured by Tokyo Kasei) is fed to the column via the liquid feed line, and when the liquid feed volume of 1-methylnaphthalene reaches 80.0 L. The liquid feed pump was stopped. When the outflow rate of the C70 eluent flowing out from the extraction port was set to 130 ml / min, the display of the pressure gauge installed on the column was 0.63 MPa. 79.9 L of C 70 eluate was recovered.

ロータリーエバポレーターを用いてC70溶離液から1-メチルナフタレンを除去することにより、C70溶離液に溶解した物質が析出物として析出させた。次に、ロータリーエバポレーターから析出物を取り出して、160℃で24hを真空乾燥させ、析出物を7.40g回収した。
島津社製高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いて、析出物中のC70の含有率(質量%)を測定した。その結果、析出物中のC70の含有率は85.0質量%であった。この結果から、析出物中のC70の含有量は6.29gであることが分かった。
By removing 1-methylnaphthalene from the C 70 eluate using a rotary evaporator, the substance dissolved in the C 70 eluent was precipitated as a precipitate. Next, the precipitate was taken out from the rotary evaporator, vacuum dried at 160 ° C. for 24 hours, and 7.40 g of the precipitate was recovered.
The content (% by mass) of C70 in the precipitate was measured using high performance liquid chromatography (HPLC) manufactured by Shimadzu Corporation. As a result, the content of C 70 in the precipitate was 85.0% by mass. From this result, it was found that the content of C 70 in the precipitate was 6.29 g.

実施例1、2は比較例1と比べて、回収した析出物中のC70量が多く、C70の含有率も高いことが分かった。すなわち、本発明の単離方法によりC70を単離することは、従来技術より、高純度なC70を効率よく単離できる。 It was found that in Examples 1 and 2, the amount of C 70 in the recovered precipitate was larger than that in Comparative Example 1, and the content of C 70 was also high. That is, isolating C 70 by the isolation method of the present invention can efficiently isolate C 70 with higher purity than the prior art.

1:昇華装置 2:昇華部 21:昇華管 22:加熱部 23:断熱部 3:第一析出部 31:第一析出管 32:放熱部 4:第二析出部 41:第二析出管 42:冷却部 5:ガス導入配管 6:ガス排出配管 7:減圧部

1: Sublimation apparatus 2: Sublimation part 21: Sublimation pipe 22: Heating part 23: Insulation part 3: First precipitation part 31: First precipitation pipe 32: Heat dissipation part 4: Second precipitation part 41: Second precipitation pipe 42: Cooling part 5: Gas introduction pipe 6: Gas discharge pipe 7: Decompression part

Claims (6)

フラーレンC60とフラーレンC70とを含むミックスフラーレンからフラーレンC70を単離する方法であって、
前記ミックスフラーレンを活性炭に吸着させる吸着ステップと、
溶離溶媒で前記フラーレンC60を前記活性炭から溶離させるフラーレンC60溶離ステップと、
前記フラーレンC70を吸着した前記活性炭を加熱して、フラーレンC70を昇華させる昇華ステップと、を含むフラーレンC70の単離方法。
A method for isolating fullerene C 70 from a mixed fullerene containing fullerene C 60 and fullerene C 70 .
The adsorption step of adsorbing the mixed fullerene on activated carbon,
A fullerene C 60 elution step in which the fullerene C 60 is eluted from the activated carbon with an elution solvent, and
A method for isolating fullerene C 70 , which comprises a sublimation step of heating the activated carbon adsorbed with the fullerene C 70 to sublimate the fullerene C 70 .
前記活性炭を充填剤として用いたカラムを使用し、前記ミックスフラーレンを前記活性炭に吸着させることを特徴とする請求項1に記載のフラーレンC70の単離方法。 The method for isolating fullerene C 70 according to claim 1, wherein a column using the activated carbon as a filler is used to adsorb the mixed fullerene to the activated carbon. 前記昇華ステップの加熱温度は、400℃~1000℃である請求項1又は2に記載のフラーレンC70の単離方法。 The method for isolating fullerene C 70 according to claim 1 or 2, wherein the heating temperature of the sublimation step is 400 ° C to 1000 ° C. 前記昇華ステップは不活性ガス雰囲気下で実施されることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のフラーレンC70の単離方法。 The method for isolating fullerene C 70 according to any one of claims 1 to 3, wherein the sublimation step is carried out in an inert gas atmosphere. 前記活性炭はBET法による比表面積が1600m/g以上である請求項1~4のいずれかに記載のフラーレンC70の単離方法。 The method for isolating fullerene C 70 according to any one of claims 1 to 4, wherein the activated carbon has a specific surface area of 1600 m 2 / g or more by the BET method. 前記溶離溶媒は、炭素数6~20の芳香族炭化水素、含ハロゲン芳香族炭化水素、多環芳香族系炭化水素、又は二硫化炭素より選ばれる少なくとも一種である請求項1~5のいずれかに記載のフラーレンC70の単離方法。


The elution solvent is any one of claims 1 to 5, which is at least one selected from aromatic hydrocarbons having 6 to 20 carbon atoms, halogen-containing aromatic hydrocarbons, polycyclic aromatic hydrocarbons, and carbon disulfide. The method for isolating fullerene C 70 according to the above.


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