JP5473306B2 - 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 - Google Patents
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工業材料、2003年1月号(Vol.51, No.1)p.34-37 第96回触媒討論会A(平成17年9月)予稿集313頁
触媒はシリカを担体としてニッケルとマグネシウムを担持したNi−Mg/SiO2触媒である。
得られた実施例1の触媒を用いて、固定床流通反応装置にて、メタンのみからなる原料ガスを用いてメタン分解試験を行った。内径10mmの石英反応管中央部の石英フィルターに石英ウールを設置し、その上に触媒10mgを置いた。30mL/minのアルゴン(Ar)気流中10℃/minで反応温度(650℃)まで昇温し、メタン10mL/minに切り替えて、温度一定でメタンを分解した。生成ガスをガスクロマトグラフィーで分析し、生成ガス中の水素が一定濃度以下に達したらメタンを停止し、アルゴン流通下(30mL/min)常温まで降温した。試験終了後重量測定することにより、カーボン生成量を求めた。
触媒として、ニッケルに対するマグネシウム添加重量比(Mg/Ni(wt比))が0(比較例1に相当)、0.025、0.05及び0.2のものを用い、原料ガスとしてメタンに代えてメタンを主成分とする混合ガスを用い、(1A)のメタンガスによるカーボンナノチューブの製造の実施例と同じ条件でカーボンナノチューブを製造した。
実施例2の触媒もシリカを担体としてニッケルとマグネシウムを担持したNi−Mg/SiO2触媒であるが、実施例1の触媒とは製造方法が異なる。
シリカ原料としてNanotek(シーアイ化成)の微粒子、NiO原料には硝酸塩を用い、NiO:SiO2(mol比)=40:60となるように調整した。図7の噴霧熱分解を用い、その原料水溶液を超音波振動により霧化し、5L/minの空気気流中、図7の4段階の反応温度に保持した電気炉内に導入した。液滴は加熱により乾燥し、さらに熱分解され、NiO−SiO2の複合微粒子を得た。
得られた触媒を用いて、固定床流通反応装置にて、メタン分解試験を行った。内径10mmの石英反応管中央部の石英フィルターに石英ウールを設置し、その上に触媒10mgを置いた。30mL/minのアルゴン気流中10℃/minで反応温度(650℃)まで昇温し、メタン10mL/minに切り替えて、温度一定でメタンを分解した。生成ガスをガスクロマトグラフィーで分析し、生成ガス中の水素が一定濃度以下に達したらメタンを停止し、アルゴン流通下(30mL/min)常温まで降温した。試験終了後重量測定することにより、カーボン生成量を求めた。
実施例3の触媒もシリカを担体としてニッケルとマグネシウムを担持したNi−Mg/SiO2触媒であり、実施例2と同様に噴霧熱分解法により製造したものであるが、実施例2とは異なり、一段合成により触媒調製したものである。
シリカ原料としてNanotek(シーアイ化成)の微粒子、NiO原料とMgO原料には硝酸塩を用い、Ni:MgO:SiO2(wt比)=40:3:57、40:13:47となるように調整した。図7の噴霧熱分解装置を用い、その原料水溶液を超音波振動により霧化し、5L/minの空気気流中、図7の4段階の反応温度に保持した電気炉内に導入した。液滴は加熱により乾燥し、さらに熱分解され、NiO−MgO−SiO2の複合微粒子を得た。これを空気中800℃で焼成してNi−Mg/SiO2触媒を得た。
得られた触媒を用いて、固定床流通反応装置にて、メタン分解試験を行った。内径10mmの石英反応管中央部の石英フィルターに石英ウールを設置し、その上に触媒10mgを置いた。30mL/minのアルゴン気流中10℃/minで反応温度(650℃)まで昇温し、メタン10mL/minに切り替えて、温度一定でメタンを分解した。生成ガスをガスクロマトグラフィーで分析し、生成ガス中の水素が一定濃度以下に達したらメタンを停止し、アルゴン流通下(30mL/min)常温まで降温した。試験終了後重量測定することにより、カーボン生成量を求めた。
実施例1(含浸法によるNi−Mg/SiO2触媒)に対する比較例1として、Mgを添加しない触媒を挙げることができる。図3及び図6の結果から、比較例1の触媒はマグネシウムをMg/Ni=0.025−0.075の範囲で添加したものよりもカーボンナノチューブ収率が低い。
実施例2(噴霧熱分解法によるNi−Mg/SiO2触媒)に対する比較例2として、Mgを添加しない触媒を挙げることができる。図10の結果から、比較例2の触媒はマグネシウムをMg/Ni=0.01−0.15の範囲で添加したものよりもカーボンナノチューブ収率が低い。
比較例3として、担体をアルミナ(Al2O3)とし含浸法により調製したNi−Mg/Al2O3触媒を取りあげる。
比較例4として、担体をアルミナ(Al2O3)とし噴霧熱分解法により調製したNi−Mg/Al2O3触媒を取りあげる。
4 超音波振動子
8 キャリアーガス入口
10 噴霧口
12 反応管
14−1〜14−4 加熱炉
16 フィルター
18 粒子捕集器
Claims (7)
- 炭化水素ガスを原料としてカーボンナノチューブを製造するための触媒であって、
触媒成分としてニッケル及びマグネシウムを含み、
該触媒成分はシリカ担体に担持されており、かつ
ニッケル対マグネシウムの重量比x(Mg/Ni(wt比))が、0<x≦0.05であることを特徴とする触媒。 - 請求項1に記載の触媒を使用し、
700℃以下の反応温度下で、炭化水素ガスを原料ガスとして前記触媒に接触させるカーボンナノチューブの製造方法。 - 前記炭化水素ガスはメタン、又はメタンを主成分とする混合ガスである請求項2に記載の製造方法。
- 前記反応温度は550℃から700℃の範囲である請求項2又は3に記載の製造方法。
- 炭化水素ガスを原料としてカーボンナノチューブを製造するための触媒であって、触媒成分としてニッケル及びマグネシウムを含み、該触媒成分はシリカ担体に担持されており、かつニッケル対マグネシウムの重量比x(Mg/Ni(wt比))が0<x<0.1である触媒を製造する方法であって、
ニッケル塩水溶液にシリカ微粒子が懸濁した水溶液に超音波振動を与えて該溶液の液滴からなる霧を発生させる霧化工程と、
発生した前記液滴を酸化性雰囲気中で加熱処理して複合微粒子とする造粒工程と、
生成した複合微粒子にマグネシウム塩溶液を含浸させるマグネシウム添加工程と、
マグネシウム添加した複合微粒子を乾燥させた後に焼成する焼成工程と、
を含む触媒製造方法。 - 炭化水素ガスを原料としてカーボンナノチューブを製造するための触媒であって、触媒成分としてニッケル及びマグネシウムを含み、該触媒成分はシリカ担体に担持されており、かつニッケル対マグネシウムの重量比x(Mg/Ni(wt比))が0<x≦0.05である触媒を製造する方法であって、
ニッケル塩とマグネシウム塩の水溶液にシリカ微粒子が懸濁した水溶液に超音波振動を与えて該溶液の液滴からなる霧を発生させる霧化工程と、
発生した前記液滴を酸化性雰囲気中で加熱処理して複合微粒子とする造粒工程と、
生成した前記複合微粒子を焼成する焼成工程と、
を含む触媒製造方法。 - 請求項1に記載の触媒を製造する方法であって、
ニッケル塩とマグネシウム塩の溶液にシリカ微粒子を加えて含浸させる溶液調製工程と、
前記溶液を乾燥させる乾燥工程と、
その後、焼成する焼成工程と、
を含む触媒製造方法。
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