JP4551240B2 - ナノカーボン材料製造用触媒、その製造方法、ナノカーボン材料の製造装置 - Google Patents
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しかし、この製造方法では、生成物中に、単層ナノチューブの他、多層ナノチューブ、黒鉛、アモルファスカーボンが混在し、収率が低いだけでなく、単層ナノチューブの糸径・糸長にもばらつきがあり、糸径・糸長の比較的揃った単層ナノチューブを高収率で製造することは困難であった。
図1は本実施形態にかかるナノカーボン材料製造用触媒の工程概略図である。
図1に示すように、本実施形態にかかるナノカーボン材料製造用触媒13は、表面にナノカーボン材料生成触媒を担持した担体を所定粒径に造粒してなる造粒触媒11の表面に、その少なくとも一部を覆う被覆膜である金属酸化物膜12を形成してなるものである。
前記被覆膜は多孔質の材料からなり、前記金属酸化物膜12以外に、無機酸化物膜であってもよい。
なお、被覆膜は多孔質であるので、原料ガスは透過し、造粒触媒の内部に存在するナノカーボン材料生成触媒に到達することができ、ここでナノカーボン材料の生成が行われる。
ここで、アパタイトとは、M10 2+(Z5-O4)6X2 -の組成をもつ鉱物でM、ZO4、Xに対して次のような各元素が単独あるいは2種類以上の固溶状態で入るものをいう。
M:Ca,Pb,Ba,Sr,Cd,Zn,Ni,Mg,Na,K,Fe,Alその他、
ZO4:PO4、AsO4,VO4,SO4,SiO4,CO3
X:F,OH,Cl,Br,O,I
図3は本実施形態にかかるナノカーボン材料製造用触媒の工程概略図である。
図3に示すように、本実施形態にかかるナノカーボン材料製造用触媒13は、表面にナノカーボン材料生成触媒を担持した担体を所定粒径に造粒してなる造粒触媒11の表面を洗浄材料である水14により洗浄してなり、担体表面からナノカーボン材料生成触媒を除去してなるものである。図3は、ナノカーボン材料生成触媒が除去された模式図であり、符号11aはナノカーボン材料生成触媒が水洗により除去された領域を概念的に示している。
また、被覆や洗浄以外に、活性成分を不活化する材料を供給して造粒触媒の表面の活性成分の活性を不活化させるようにしてもよい。この不活化する材料としては、例えばSを含む例えばチオフェン、H2S等のS分含む材料を供給して被毒化させるようにすればよい。
このように処理されたナノカーボン材料製造用触媒を用いてナノカーボン材料を製造することで、アモルファスカーボンの発生が抑制された純度の高いナノカーボン材料を安定して供給することができる。
次に、反応器として流動層反応器を用いた場合の一例について図7を参照しつつ説明する。
本実施形態では、前述した被覆膜を形成した所定粒径の造粒触媒を流動材と兼用するものであり、流動触媒21としている。図7に示すように、本実施形態にかかるナノカーボン材料の製造システムは、ナノカーボン材料の製造装置50と、前記ナノカーボン材料を製造装置から回収する分離・回収装置52と、該回収されたナノカーボン材料からナノカーボン材料生成触媒を分離する精製装置55とを具備するものである。
本実施形態では、流動層反応部23−1とフリーボード部23−2と加熱部23−3とから流動層反応器23を構成している。また、フリーボード部23−2は、流動層反応部23−1よりもその流路断面積の大きいものが好ましい。
本実施形態においては、流動触媒21として表面に被覆膜をコーティングした造粒触媒を用いてナノカーボン材料を製造するようにしているので、造粒触媒の表面ではアモルファスカーボンの生成がなく、造粒触媒の内部にのみに存在するナノカーボン材料生成触媒に成長するナノカーボン材料が成長することとなり、この結果製品として、純度が高い良好なものの大量生産化を実現することができる。
12 金属酸化物膜
13 ナノカーボン材料製造用触媒
Claims (13)
- ナノカーボン材料生成触媒を担持した担体を所定粒径に造粒してなる造粒触媒において、
前記造粒触媒の表面の少なくとも一部を覆う被覆膜が多孔質膜であることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒。 - ナノカーボン材料生成触媒を担持した担体を所定粒径に造粒してなる造粒触媒の表面を洗浄材料により洗浄してなり、担体表面からナノカーボン材料生成触媒を除去し、
前記造粒触媒の表面の活性成分濃度と前記造粒触媒の内部の活性成分濃度とが異なるものであることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒。 - 請求項2において、
前記洗浄材料が、低級アルコール、弱酸性溶液、弱アルカリ性溶液、水又はハロゲンガスのいずれかであることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒。 - ナノカーボン材料生成触媒を担持した担体を所定粒径に造粒してなる造粒触媒の表面の活性成分を不活化する材料を供給し、担体表面のナノカーボン材料生成触媒の活性成分を不活化し、
前記造粒触媒の表面の活性成分濃度と前記造粒触媒の内部の活性成分濃度とが異なるものであることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒。 - 請求項1乃至4のいずれか一つにおいて、
造粒触媒の表面の活性成分濃度が0〜3%であり、造粒触媒の内部の活性成分濃度が0.01〜10%であることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒。 - 請求項1乃至5のいずれか一つにおいて、
前記ナノカーボン材料が単層ナノカーボンチューブであることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒。 - ナノカーボン材料生成触媒を担持した担体を所定粒径に造粒して造粒触媒を形成する工程と、
前記造粒触媒の少なくとも一部を多孔質膜である被覆膜で覆う工程とを含むことを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒の製造方法。 - ナノカーボン材料生成触媒を担持した担体を所定粒径に造粒してなる造粒触媒の表面を洗浄材料により洗浄し、担体表面からナノカーボン材料生成触媒を除去し、
前記造粒触媒の表面の活性成分濃度と前記造粒触媒の内部の活性成分濃度とを異なるようにすることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒の製造方法。 - 請求項8において、
前記洗浄材料が、低級アルコール、弱酸性溶液、弱アルカリ性溶液、水又はハロゲンガスのいずれかであることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒の製造方法。 - ナノカーボン材料生成触媒を担持した担体を所定粒径に造粒してなる造粒触媒の表面の活性成分を不活化する材料を供給し、担体表面のナノカーボン材料生成触媒の活性成分を不活化し、
前記造粒触媒の表面の活性成分濃度と前記造粒触媒の内部の活性成分濃度とを異なるようにすることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒の製造方法。 - 反応器内に炭素原料を供給してナノカーボン材料を製造するナノカーボン材料の製造装置において、
請求項1乃至6のいずれか一つのナノカーボン材料製造用触媒を用いてなることを特徴とするナノカーボン材料の製造装置。 - 請求項11において、
前記反応器が気流層反応器、固定層反応器、移動層反応器、流動層反応器のいずれか一つであることを特徴とするナノカーボン材料の製造装置。 - 請求項1乃至6のいずれか一つのナノカーボン材料製造用触媒を用いてなるナノカーボン材料の製造装置と、
前記ナノカーボン材料を製造装置から回収する回収装置と、
該回収されたナノカーボン材料から担体を分離するナノカーボン材料精製装置とを具備することを特徴とするナノカーボン材料の製造システム。
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