JPWO2011102433A1 - ナノカーボン材料製造装置及びナノカーボン材料の製造方法 - Google Patents
ナノカーボン材料製造装置及びナノカーボン材料の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2011102433A1 JPWO2011102433A1 JP2012500647A JP2012500647A JPWO2011102433A1 JP WO2011102433 A1 JPWO2011102433 A1 JP WO2011102433A1 JP 2012500647 A JP2012500647 A JP 2012500647A JP 2012500647 A JP2012500647 A JP 2012500647A JP WO2011102433 A1 JPWO2011102433 A1 JP WO2011102433A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nanocarbon material
- carrier gas
- manufacturing apparatus
- tube
- mixture
- 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.)
- Granted
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 167
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 166
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims abstract description 67
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 52
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 37
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 34
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 abstract description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000002463 transducing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/005—Separating solid material from the gas/liquid stream
- B01J8/006—Separating solid material from the gas/liquid stream by filtration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/005—Separating solid material from the gas/liquid stream
- B01J8/007—Separating solid material from the gas/liquid stream by sedimentation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
- B01J8/1818—Feeding of the fluidising gas
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
- B01J8/1818—Feeding of the fluidising gas
- B01J8/1827—Feeding of the fluidising gas the fluidising gas being a reactant
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
- B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00389—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
- B01J2208/00407—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements outside the reactor bed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00743—Feeding or discharging of solids
- B01J2208/00761—Discharging
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
- B01J2208/00991—Disengagement zone in fluidised-bed reactors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Combined Means For Separation Of Solids (AREA)
Abstract
ナノカーボン材料製造装置１は、原料ガス及びキャリアガスの供給を受けてナノカーボン材料を成長させる反応管２と、反応管２に接続され、ナノカーボン材料とキャリアガスとのエアロゾル状の混合体が通過する連結管４と、連結管４に接続され、混合体からナノカーボン材料を回収する回収管３と、を備え、回収管３は、連結管４との接続部分３３よりも上方に位置し、混合体に含まれるキャリアガスを外部に排出する排出部３２と、連結管４との接続部分３３よりも下方に位置し、重力沈降によって混合体から分離したナノカーボン材料を捕捉する捕捉部３１と、を有することを特徴とする。
Description
本発明は、ナノカーボン材料製造装置及びそれを用いたナノカーボン材料の製造方法に関する。
この種の分野の技術として、例えば特許文献１に記載のカーボンナノチューブの製造装置がある。この装置では、反応管の上部から、炭素源及び触媒を含む原料ガスと、キャリアガスとを供給することにより、反応管を下降する過程でカーボンナノチューブを成長、合成している（いわゆる気相流動法）。また、特許文献２に記載のナノカーボン材料の製造装置では、反応部において、触媒担体に炭素原料及び流動ガスを供給することにより、ナノカーボン材料を成長させている。
例えば特許文献１に記載のカーボンナノチューブの製造装置では、反応管で成長したカーボンナノチューブは、キャリアガスの流れに乗って回収装置に送られる。この回収装置は、反応管の下部に設けられた排出管にフィルタを備えており、このフィルタによってカーボンナノチューブが捕捉される。しかしながら、１つのフィルタの捕捉量を超えた多量のカーボンナノチューブを回収するには、フィルタを逐次交換する必要があり、回収作業が煩雑であった。
また、特許文献２に記載のナノカーボン材料の製造装置では、反応部で触媒担体上に成長させたナノカーボン材料は触媒担体ごと回収装置で回収される。この回収処理の後、ナノカーボン材料を触媒担体と分離するために酸処理などによって精製する必要があり、回収作業が煩雑であった。したがって、従来のナノカーボン材料の回収装置では、多量のナノカーボン材料を容易に回収できる技術が求められていた。
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、多量のナノカーボン材料を容易に回収することができるナノカーボン材料製造装置及びそれを用いたナノカーボン材料の製造方法を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するため、本発明のナノカーボン材料製造装置は、原料ガス及びキャリアガスの供給を受けてナノカーボン材料を成長させる反応管と、反応管に接続され、ナノカーボン材料とキャリアガスとのエアロゾル状の混合体が通過する連結管と、連結管に接続され、混合体からナノカーボン材料を回収する回収管と、を備え、回収管は、連結管との接続部分よりも上方に位置し、混合体に含まれるキャリアガスを外部に排出する排出部と、連結管との接続部分よりも下方に位置し、重力沈降によって混合体から分離したナノカーボン材料を捕捉する捕捉部と、を有することを特徴とする。
このナノカーボン材料製造装置では、反応管で成長したナノカーボン材料は、キャリアガスの流れに乗って混合体として連結管を通過し、回収管に送られる。ここで、このナノカーボン材料製造装置では、連結管との接続部分よりも上方に排出部が設けられ、連結管との接続部分よりも下方に捕捉部が設けられている。したがって、混合体に含まれるキャリアガスは、接続部分から上方に流れて排出部から排出される一方で、混合体中のナノカーボン材料は、重力沈降によって接続部分から下方に落下して混合体から分離し、捕捉部によって捕捉される。したがって、このナノカーボン材料製造装置では、多量のナノカーボン材料を容易に回収できる。
また、排出部には、ナノカーボン材料を遮断するフィルタが設けられていることが好ましい。
回収管に送られたナノカーボン材料の一部は、重力沈降によって捕捉部に捕捉される前に、キャリアガスの流れによって連結管との接続部分よりも上方に舞い上がることがある。したがって、排出部にフィルタを設けておくことにより、ナノカーボン材料が排出部に流れることを防止できる。また、フィルタで遮断されたナノカーボン材料は、一定量が集まると重力沈降によって落下し、捕捉部よって捕捉される。これにより、このナノカーボン材料製造装置では、より多量のナノカーボン材料を容易に回収できる。
また、連結管は、混合体が反応管から回収管に向かって下降しながら流れるように傾斜していることが好ましい。
このように混合体が反応管から回収管に向かって下降しながら流れるように、連結管を傾斜させることにより、混合体が連結管内に滞留することを抑制し、混合体をスムーズに回収管へ移動させることができる。
また、反応管は、触媒担体を内部に有し、触媒担体周りのナノカーボン材料の成長と、キャリアガスによる触媒担体の攪拌によって触媒担体からのナノカーボン材料の剥離が行われる主反応部と、主反応部の上方に位置し、キャリアガスに同伴されずに落下する触媒担体と、キャリアガスに同伴されるナノカーボン材料との分離がなされる分離部と、を有し、分離部の断面積は、主反応部の断面積よりも大きくなっていることが好ましい。
この構成により、主反応部内におけるキャリアガスの流速よりも分離部内におけるキャリアガスの流速を遅くすることができる。よって、主反応部内において、キャリアガスの流速を速くし攪拌を激しくすることで触媒担体からのナノカーボン材料の剥離を促進するとともに、分離部において、キャリアガスの流速を遅くすることで触媒担体の落下を促進することで、触媒担体とナノカーボン材料の分離を容易にできる。これにより、従来のナノカーボン材料の製造装置のように、ナノカーボン材料が成長した触媒担体の回収後にナノカーボン材料を触媒担体と分離して精製する必要がなくなるので、ナノカーボン材料の回収手順が容易となる。
また、反応管は、分離部の上方に位置し、連結管との接続部分となる導入部を更に有し、分離部の断面積は、導入部の断面積よりも大きくなっていることが好ましい。
この構成により、分離部内におけるキャリアガスの流速よりも、導入部内におけるキャリアガスの流速を速くすることができる。よって、ナノカーボン材料とキャリアガスとの混合体が導入部内に滞留することが抑制され、混合体を分離部から連結部へスムーズに移動させることができる。
また、回収管の断面積は、連結管の断面積よりも大きくなっていることが好ましい。
この構成により、連結管内におけるキャリアガスの流速よりも、回収管内におけるキャリアガスの流速を遅くすることができる。よって、ナノカーボン材料に対するキャリアガスの流れの影響が低くなるので、ナノカーボン材料の重力沈降が効果的に行われて回収管の捕捉部に落ちやすくなる。従って、ナノカーボン材料の回収が効率的に行われる。
また、回収管は、捕捉部で捕捉されたナノカーボン材料を外部に開放する開放弁を更に備えることが好ましい。
開放弁を開けることにより、捕捉部で捕捉されたナノカーボン材料を外部に開放し、容易に回収することができる。
本発明のナノカーボン材料の製造方法は、上述したナノカーボン材料装置を用いた製造方法である。
従来のナノカーボン材料の製造方法では、成長したナノカーボン材料が付着している触媒担体を充填した流動層装置の内部から触媒担体を取り出す工程、触媒担体からナノカーボン材料を液相処理等によって分離・回収する工程、及び、触媒担体を流動層装置への再充填する工程が不可欠である。加えて、キャリアガスなどの供給工程、ナノカーボン材料の成長工程、混合体からのナノカーボン材料の回収工程が順番に一つずつ行われるバッチ式方法では、触媒担体を取り出す工程の前に流動層装置を停止させて冷却する工程と、触媒担体を再充填する工程の後に流動層装置を立ち上げて昇温する工程がさらに必要となる。これら一連の工程の実施には、ナノカーボン材料の成長時間に比べて膨大な長い時間を要するため、生産効率の面で問題がある。これに対し、本発明の製造方法によれば、温度一定のままキャリアガスの切り替えるだけでナノカーボン材料のみを分離・回収できる。このため、一連の工程に要する時間を極めて短縮することができ、ナノカーボン材料の生産効率を高めることができる。
また、従来のナノカーボン材料の製造方法では、高温の触媒担体を流動層装置から取り出す機構や、取り出した触媒担体からナノカーボン材料を分離する機構などの付帯設備が必要となり、流動層装置よりも付帯設備の方が大きくなることがある。これに対し、本発明の製造方法では、ナノカーボン材料をキャリアガスの流れに乗せて触媒担体から分離・回収するため、単体の装置でナノカーボン材料を製造できる。
さらに、従来のナノカーボン材料の製造方法のように、触媒担体ごと流動層装置から取り出した後、触媒担体からナノカーボン材料を液相処理で分離する場合、ナノカーボン材料が処理液に濡れてしまうこととなる。この場合、ナノカーボン材料を乾燥させる必要が生じるが、乾燥時にナノカーボン材料が密に凝集して後処理に制約が生じるおそれがある。また、処理液からの不純物の混入が生じる等、ナノカーボン材料の品質が低下するおそれもある。これに対し、本発明のナノカーボン材料の製造方法では、キャリアガスの流れに乗せて分離・回収することにより、高純度（９９ｗｔ％）のナノカーボン材料を得ることができる。これにより、ナノカーボン材料の後工程での各種処理が容易になる。
本発明によれば、多量のナノカーボン材料を容易に回収することができるナノカーボン材料製造装置及びそれを用いたナノカーボン材料の製造方法を提供することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明に係るナノカーボン材料製造装置及びそれを用いたナノカーボン材料の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係るナノカーボン材料製造装置の一実施形態を示す図である。同図に示すように、ナノカーボン材料製造装置１は、ナノカーボン材料を成長させる反応管２と、反応管２で成長したナノカーボン材料を回収する回収管３と、反応管２及び回収管３を接続する連結管４と、反応管２を加熱する加熱部Ｈと、を備える。ここで、ナノカーボン材料とは、少なくとも一方向のサイズがナノメートル単位またはマイクロメートル単位のカーボン材料であり、ファイバ状、チューブ（中空）状などの種々の形状を有するカーボン材料である。
反応管２、回収管３、及び連結管４の各々は、例えば断面円形のガラス管やステンレス管である。反応管２は、主反応部２１と、分離部２２と、導入部２３とを有している。反応管２の主反応部２１は、図２（ａ）に示すように、原料ガス供給源５１からの原料ガスの供給、及びキャリアガス供給源５２からのキャリアガスの供給を受け、図２（ｂ）に示すように、例えばセラミックビーズといった触媒担体１０の周りに、ナノカーボン材料９を成長させる部分である。主反応部２１は、反応管２の底部側に位置している。また、図１に示すように、主反応部２１の断面の直径Ｄ１は、例えば２．５ｃｍとなっている。原料ガスには、例えば炭化水素ガスといった炭素原料が用いられる。キャリアガスには、例えば水素、アルゴン、窒素などが用いられる。主反応部２１において触媒担体１０の周りに成長したナノカーボン材料９は、図３（ａ）に示すように、触媒担体１０から剥離され、キャリアガスに同伴されて分離部２２へ移動する。また、ナノカーボン材料９と剥離した触媒担体１０の一部は、分離部２２へ移動する。
加熱部Ｈは、主反応部２１におけるナノカーボン材料９の成長を行う際、主反応部２１を加熱してナノカーボン材料９の成長を促進する部分である。加熱部Ｈは、主反応部２１の周囲に設けられ、ナノカーボン材料９を成長させる際の主反応部２１の温度を約８００℃に維持する。
分離部２２は、図３（ａ）に示すように、キャリアガスに同伴されずに落下する触媒担体１０と、キャリアガスに同伴されるナノカーボン材料９との分離がなされる部分である分離部２２は、主反応部２１の上方に位置している。また、図１に示すように、分離部２２の断面の直径Ｄ２は、例えば５ｃｍとなっており、主反応部２１の断面の直径Ｄ１よりも大きくなっている。このような構成により、分離部２２の断面積Ｓ２は、主反応部２１の断面積Ｓ１よりも大きくなっており、分離部２２内では、主反応部２１におけるキャリアガスの流速Ｕ１よりも遅い流速Ｕ２でナノカーボン材料９がキャリアガスに同伴され、触媒担体１０はキャリアガスに同伴されずに落下することで、触媒担体１０とナノカーボン材料９が効率良く分離するようになっている。触媒担体１０から分離したナノカーボン材料９は、キャリアガス５とともにエアロゾル状の混合体Ｍとして搬送される。
なお、上記流速Ｕ１は、触媒担体１０を攪拌することによりナノカーボン材料９を触媒担体１０から分離できる速さ以上となるように調整されている。また、上記流速Ｕ２は、触媒担体１０が、分離部２２を超えて導入部２３まで噴き上がる速さ（終端速度）以下となるように調整されている。
また、分離部２２における主反応部２１側の端部は、主反応部２１側に向かうに従って断面積が小さくなるようなテーパー形状をなしており、導入部２３側の端部は、導入部２３側に向かうに従って断面積が小さくなるようなテーパー形状をなしている。このような構成により、分離部２２の直径が大きくなっていても、分離部２２の隅に触媒担体１０が溜まりにくくなり、分離部２２に進入した触媒担体１０を主反応部２１に容易に戻すことができる。また、触媒担体１０から分離したナノカーボン材料をスムーズに導入部２３に流すことができる。
導入部２３は、図３（ｂ）に示すように、分離部２２を通過したナノカーボン材料９及びキャリアガス５の混合体Ｍを連結管４に向けて導入する部分である。導入部２３は、分離部２２よりもさらに上方に位置している。また、導入部２３の断面の直径Ｄ３は、例えば２．５ｃｍとなっており、分離部２２の断面の直径Ｄ２よりも大きくなっている。これにより、分離部２２の断面積Ｓ２は、導入部２３の断面積Ｓ３よりも大きくなっており、導入部２３内におけるキャリアガスの流速Ｕ３は、分離部２２内におけるキャリアガスの流速Ｕ２よりも速くなり、混合体Ｍを分離部２２から連結管４にスムーズに導入させることができる。
連結管４は、反応管２から回収管３にナノカーボン材料９及びキャリアガス５の混合体Ｍを導入させる部分である。連結管４の一端は、導入部２３の先端部分に連結され、他端は、回収管３の中間部分に連結されている。また、連結管４は、導入部２３から導入された混合体Ｍが回収管３に向かって下降しながら流れるように、所定の角度θで傾斜した状態となっている。この角度θは、例えば１°以上９０°以下の範囲で適宜設定される。
また、連結管４の断面の直径Ｄ４は、例えば２．５ｃｍとなっており、導入部２３の断面の直径Ｄ３と同等となっている。これにより、連結管４内におけるキャリアガスの流速Ｕ４は、導入部２３内におけるキャリアガスの流速Ｕ３と同等となっている。これらの流速Ｕ３，Ｕ４は、導入部２３あるいは連結管４の内壁に沈積または堆積したナノカーボン材料を押し流せる速さ以上となるように調整されている。なお、導入部２３の断面の直径Ｄ３及び連結管４の断面の直径Ｄ４は、いずれも主反応部２１の断面の直径Ｄ１よりも小さくなっていることが好ましい。この場合、主反応部２１で生成されたナノカーボン材料９を導入部２３及び連結管４を経由して回収管３へスムーズに移動させることができる。
回収管３は、連結管４を通過した混合体Ｍからナノカーボン材料９を回収する部分である。この回収管３は、捕捉部３１と排出部３２とを有している。排出部３２は、連結管４との接続部分３３よりも上方に位置している。キャリアガスはキャリアガス供給源５２から大気圧以上で供給されることで、図４（ａ）に示すように、混合体Ｍ中のキャリアガス５が接続部分３３から上方に流れて外部に排出される。
一方、捕捉部３１は、連結管４と回収管３との接続部分３３よりも下方において、排出部３２の真下に位置している。この捕捉部３１には、図４（ａ）に示すように、重力沈降によって混合体Ｍから分離したナノカーボン材料９１，９３が堆積する。そして、捕捉部３１に堆積したナノカーボン材料９３は、開放弁７の開放によって外部に回収される。
また、上述した排出部３２には、ナノカーボン材料９２を遮断するフィルタＦが設けられている。これにより、重力沈降によって捕捉部３１に捕捉される前にキャリアガス５の流れによって接続部分３３よりも上方にナノカーボン材料９２が舞い上がったとしても、フィルタＦでナノカーボン材料９２を捕捉することができる。フィルタＦで捕捉されたナノカーボン材料９２は、図４（ｂ）に示すように、一定量が集まることによって重力沈降し、捕捉部３１で捕捉される。なお、フィルタＦに定期的に振動を与え、フィルタＦからのナノカーボン材料９２の落下を促すようにしてもよい。また、キャリアガス流量を間歇的に低下させて、ないしは逆流させて、フィルタＦからのナノカーボン材料９２の落下を促すようにしてもよい。
このような回収管３の断面の直径Ｄ５は、例えば８ｃｍとなっており、連結管４の断面の直径Ｄ４よりも大きくなっている。これにより、回収管３の断面積Ｓ５は、連結管４の断面積Ｓ４よりも大きくなっており、回収管３内におけるキャリアガスの流速Ｕ５は、連結管４内におけるキャリアガスの流速Ｕ４よりも遅くなり、キャリアガス５の流れに逆らってナノカーボン材料９１が重力沈降し易いようになっている。なお、この流速Ｕ５は、回収管３の捕捉部３１に堆積したナノカーボン材料が舞い上がらない速度以下となるように調整されている。
また、回収管３の断面の直径Ｄ５は、分離部２２の断面の直径Ｄ２以上となっていることが好ましい。この場合、回収管３の捕捉部３１の容量が十分確保され、ナノカーボン材料９１，９２，９３の回収量を大きくすることができる。なお、説明の便宜上、図２〜図４では、ナノカーボン材料の製造の流れを断続的に示したが、実際にはナノカーボン材料の成長は一定時間実施されるものであり、図２〜図４に示される一連の流れが連続的に行われている。
以上のように、このナノカーボン材料製造装置１では、反応管２で成長したナノカーボン材料９がキャリアガス５の流れに乗って混合体Ｍとして連結管４を通過し、回収管３に送られる。ここで、このナノカーボン材料製造装置１では、連結管４との接続部分３３よりも上方に排出部３２が設けられ、連結管４との接続部分３３よりも下方に捕捉部３１が設けられている。よって、混合体Ｍに含まれるキャリアガス５は、接続部分３３から上方に流れて排出部３２から排出される一方で、混合体Ｍ中のナノカーボン材料は、重力沈降によって接続部分３３から下方に落下して混合体Ｍから分離し、捕捉部３１によって捕捉される。したがって、このナノカーボン材料製造装置１では、従来のようにフィルタの交換等を行わずとも、多量のナノカーボン材料を容易に回収できる。また、回収管の捕捉部３１の容量に応じて、一度に多量のナノカーボン材料を回収できる。
また、このナノカーボン材料製造装置１では、あらかじめ攪拌によって触媒担体１０からナノカーボン材料９を分離するので、酸処理などのナノカーボン材料にダメージを与える精製処理を用いる必要がなくなるので、このような精製処理に起因するナノカーボン材料へのダメージがなくなる。
本発明に係るナノカーボン材料の製造方法は、ナノカーボン材料製造装置１を用いた製造方法である。従来のナノカーボン材料の製造方法における触媒担体を流動層装置から取り出す工程等の一連の工程の実施には、ナノカーボン材料の成長時間（約１０分間）に比べて膨大な時間（数時間〜数日）を要するため、生産効率の面で問題がある。これに対し、このナノカーボン材料製造装置１を用いた製造方法では、温度一定のままキャリアガス５の切り替えだけでナノカーボン材料９のみを触媒担体１０から分離・回収できる。このため、一連の工程に要する時間を極めて短縮することができる。これにより、ナノカーボン材料の生産効率を高めることができる。
また、ナノカーボン材料製造装置１を用いた製造方法では、キャリアガス５の流れに乗せてナノカーボン材料９を触媒担体１０から分離・回収することにより、単体のナノカーボン材料製造装置１でナノカーボン材料を製造できる。さらに、ナノカーボン材料製造装置１を用いた製造方法では、キャリアガス５の流れに乗せてナノカーボン材料９を触媒担体１０から分離・回収することにより、高純度（９９ｗｔ％）のナノカーボン材料を得ることができる。これにより、ナノカーボン材料の後工程での各種処理が容易になる。
以上、本実施形態におけるナノカーボン材料製造装置１及びナノカーボン材料製造装置１を用いた製造方法を説明したが、本発明はこれらに限定されない。例えば、反応管２、回収管３、及び連結管４の断面形状は、円形に限られず、例えば楕円や矩形などでもよい。また、図１に示す例では、排出部３２が捕捉部３１の真上に位置するが、排出部３２は、連結管４との接続部分３３よりも上方であれば、捕捉部３１の真上から横にずれた位置に設けられていてもよい。さらに、連結管４内を流れるキャリアガスの流速Ｕ４が、ナノカーボン材料を移動させるに足りるほど速い場合には、連結管４の傾斜の角度θが９０度以上であってもよい。
１…ナノカーボン材料製造装置、２…反応管、２１…主反応部、２２…分離部、２３…導入部、３…回収管、３１…捕捉部、３２…排出部、３３…接続部分、４…連結管、７…開放弁、１１…取り出し部、Ｆ…フィルタ、Ｈ…加熱部、５１…原料ガス供給源、５２…キャリアガス供給源、９，９１，９２，９３…ナノカーボン材料。
Claims (8)
- 原料ガス及びキャリアガスの供給を受けてナノカーボン材料を成長させる反応管と、
前記反応管に接続され、前記ナノカーボン材料と前記キャリアガスとのエアロゾル状の混合体が通過する連結管と、
前記連結管に接続され、前記混合体から前記ナノカーボン材料を回収する回収管と、
を備え、
前記回収管は、
前記連結管との接続部分よりも上方に位置し、前記混合体に含まれる前記キャリアガスを外部に排出する排出部と、
前記連結管との接続部分よりも下方に位置し、重力沈降によって前記混合体から分離した前記ナノカーボン材料を捕捉する捕捉部と、を有するナノカーボン材料製造装置。 - 前記排出部には、前記ナノカーボン材料を遮断するフィルタが設けられている請求項１記載のナノカーボン材料製造装置。
- 前記連結管は、前記混合体が前記反応管から前記回収管に向かって下降しながら流れるように傾斜している請求項１又は２記載のナノカーボン材料製造装置。
- 前記反応管は、
触媒担体を内部に有し、前記触媒担体周りの前記ナノカーボン材料の成長が行われ、前記キャリアガスによる前記触媒担体の攪拌によって前記触媒担体からの前記ナノカーボン材料の剥離がなされる主反応部と、
前記主反応部の上方に位置し、前記キャリアガスに同伴されずに落下する前記触媒担体と前記キャリアガスに同伴される前記剥離されたナノカーボン材料の分離がなされる分離部と、を有し、
前記分離部の断面積は、前記主反応部の断面積よりも大きくなっている請求項１〜３のいずれか一項記載のナノカーボン材料製造装置。 - 前記反応管は、
前記分離部の上方に位置し、前記連結管との接続部分となる導入部を更に有し、
前記分離部の断面積は、前記導入部の断面積よりも大きくなっている請求項４記載のナノカーボン材料製造装置。 - 前記回収管の断面積は、前記連結管の断面積よりも大きくなっている請求項１〜５のいずれか一項記載のナノカーボン材料製造装置。
- 前記回収管は、前記捕捉部で捕捉された前記ナノカーボン材料を外部に開放する開放弁を更に備える請求項１〜６のいずれか一項記載のナノカーボン材料製造装置。
- 請求項１〜７のいずれか一項記載のナノカーボン材料製造装置を用いたナノカーボン材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012500647A JP5862559B2 (ja) | 2010-02-19 | 2011-02-17 | ナノカーボン材料製造装置及びナノカーボン材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010035239 | 2010-02-19 | ||
| JP2010035239 | 2010-02-19 | ||
| JP2012500647A JP5862559B2 (ja) | 2010-02-19 | 2011-02-17 | ナノカーボン材料製造装置及びナノカーボン材料の製造方法 |
| PCT/JP2011/053420 WO2011102433A1 (ja) | 2010-02-19 | 2011-02-17 | ナノカーボン材料製造装置及びナノカーボン材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2011102433A1 true JPWO2011102433A1 (ja) | 2013-06-17 |
| JP5862559B2 JP5862559B2 (ja) | 2016-02-16 |
Family
ID=44483019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012500647A Expired - Fee Related JP5862559B2 (ja) | 2010-02-19 | 2011-02-17 | ナノカーボン材料製造装置及びナノカーボン材料の製造方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9315384B2 (ja) |
| EP (1) | EP2537799B1 (ja) |
| JP (1) | JP5862559B2 (ja) |
| KR (1) | KR101864455B1 (ja) |
| CN (1) | CN102741162A (ja) |
| CA (1) | CA2790021C (ja) |
| WO (1) | WO2011102433A1 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI627130B (zh) * | 2012-04-18 | 2018-06-21 | 美商艾克頌美孚上游研究公司 | 由連續反應器流出物移出碳奈米管之方法 |
| CN105271164B (zh) | 2014-07-17 | 2019-08-20 | 山东大展纳米材料有限公司 | 一种连续化制备碳纳米管的装置及方法 |
| JP6875705B2 (ja) * | 2016-02-27 | 2021-05-26 | 学校法人早稲田大学 | 粒子処理装置、並びに触媒担持体及び／又は繊維状炭素ナノ構造体の製造方法 |
| WO2017154529A1 (ja) * | 2016-03-08 | 2017-09-14 | 学校法人早稲田大学 | 繊維状炭素ナノ構造体製造装置及び繊維状炭素ナノ構造体製造方法 |
| US10773405B2 (en) | 2016-06-30 | 2020-09-15 | The Gillette Company Llc | Shaving aid for razor cartridges comprising a nano-filament comprising a core and sheath |
| US11020865B2 (en) | 2016-06-30 | 2021-06-01 | The Gillette Company Llc | Shaving aid for razor cartridges comprising a nano-filament |
| CN109219430A (zh) | 2016-06-30 | 2019-01-15 | 吉列有限责任公司 | 包含长丝的用于剃刀刀片架的剃刮助剂 |
| KR102047370B1 (ko) * | 2016-07-14 | 2019-11-22 | 주식회사 엘지화학 | 카본나노튜브 제품 건조 및 회수 장치 및 이를 이용한 카본나노튜브 제조방법 |
| KR102388564B1 (ko) * | 2017-07-03 | 2022-04-20 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 유동층 반응기에서 카본 나노튜브 제조 방법 |
| CN113474916A (zh) | 2019-02-26 | 2021-10-01 | 学校法人早稻田大学 | 二次电池用负极、二次电池及二次电池用负极的制造方法 |
| WO2022202037A1 (ja) | 2021-03-25 | 2022-09-29 | 株式会社Ihi | 水素製造装置 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4738611B2 (ja) * | 2001-03-12 | 2011-08-03 | 和幸 田路 | カーボンナノチューブの精製方法 |
| CN1141250C (zh) * | 2001-05-25 | 2004-03-10 | 清华大学 | 一种流化床连续化制备碳纳米管的方法及其反应装置 |
| US6887291B2 (en) * | 2001-08-30 | 2005-05-03 | Tda Research, Inc. | Filter devices and methods for carbon nanomaterial collection |
| AU2003252658A1 (en) * | 2002-07-17 | 2004-02-02 | Bussan Nanotech Research Institute Inc. | Method for producing fine carbon fiber |
| JP2004091959A (ja) * | 2002-08-30 | 2004-03-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | カーボンナノファイバーの製造方法及び装置 |
| JP3892821B2 (ja) * | 2003-03-06 | 2007-03-14 | 三菱化学株式会社 | フラーレンの製造方法 |
| JP3861075B2 (ja) * | 2003-06-17 | 2006-12-20 | フロンティアカーボン株式会社 | フラーレンの製造方法及びその設備 |
| JP2006232595A (ja) * | 2005-02-23 | 2006-09-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ナノカーボン材料の製造装置及びナノカーボン材料の製造システム |
| CA2500766A1 (en) * | 2005-03-14 | 2006-09-14 | National Research Council Of Canada | Method and apparatus for the continuous production and functionalization of single-walled carbon nanotubes using a high frequency induction plasma torch |
| JP2008188565A (ja) | 2007-02-07 | 2008-08-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 流動触媒及びそれを用いたナノカーボン材料の製造装置及びシステム |
| JP4966801B2 (ja) | 2007-09-26 | 2012-07-04 | 株式会社日立製作所 | 映像表示装置 |
| RU2010110470A (ru) | 2007-12-26 | 2012-02-10 | Никкисо Ко., Лтд. (Jp) | Устройство для изготовления углеродных нанотрубок или углеродных нановолокон и устройство для их выделения |
| KR100977147B1 (ko) * | 2007-12-31 | 2010-08-23 | 세메스 주식회사 | 유동층 탄소나노튜브 생성 장치 및 그것을 사용한탄소나노튜브 생성 설비 및 방법 |
| KR101543052B1 (ko) * | 2008-03-07 | 2015-08-07 | 히타치가세이가부시끼가이샤 | 카본나노튜브의 제조방법 및 카본나노튜브 제조장치 |
-
2011
- 2011-02-17 KR KR1020127016883A patent/KR101864455B1/ko active IP Right Grant
- 2011-02-17 CA CA2790021A patent/CA2790021C/en not_active Expired - Fee Related
- 2011-02-17 CN CN2011800078890A patent/CN102741162A/zh active Pending
- 2011-02-17 US US13/579,627 patent/US9315384B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2011-02-17 JP JP2012500647A patent/JP5862559B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2011-02-17 WO PCT/JP2011/053420 patent/WO2011102433A1/ja active Application Filing
- 2011-02-17 EP EP11744719.3A patent/EP2537799B1/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20130017142A1 (en) | 2013-01-17 |
| US9315384B2 (en) | 2016-04-19 |
| KR101864455B1 (ko) | 2018-06-04 |
| EP2537799B1 (en) | 2019-09-11 |
| EP2537799A1 (en) | 2012-12-26 |
| JP5862559B2 (ja) | 2016-02-16 |
| KR20120132471A (ko) | 2012-12-05 |
| CA2790021C (en) | 2017-08-29 |
| WO2011102433A1 (ja) | 2011-08-25 |
| EP2537799A4 (en) | 2016-06-15 |
| CA2790021A1 (en) | 2011-08-25 |
| CN102741162A (zh) | 2012-10-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5862559B2 (ja) | ナノカーボン材料製造装置及びナノカーボン材料の製造方法 | |
| KR102011642B1 (ko) | 물 시스템으로부터 탄소 나노튜브들을 제거하는 방법 | |
| TWI477447B (zh) | 透過單矽烷之熱裂解製造二矽烷之方法及裝置 | |
| US8354088B2 (en) | Methods and apparatus for recovery of silicon and silicon carbide from spent wafer-sawing slurry | |
| JPWO2007097046A1 (ja) | シリコン粒子の処理方法及び装置 | |
| JP4852787B2 (ja) | 炭素製造装置 | |
| KR20110112223A (ko) | 실리콘 및 탄화규소의 제조방법 및 제조장치 | |
| US8945293B2 (en) | Silicon oxide removal apparatus and facility for recycling inert gas for use in silicon single crystal manufacturing apparatus | |
| JP4392675B1 (ja) | 高純度シリコンの製造装置 | |
| JP5533601B2 (ja) | 高純度シリコン微粉末の製造装置 | |
| US20120285194A1 (en) | Dry dust removal method in organic chlorosilane production | |
| JP5423418B2 (ja) | トリクロロシラン製造装置 | |
| EP3733593A1 (en) | Hydrogen sulfide production method and sulfur recovery method | |
| EP1712521A1 (en) | Apparatus and method for preparing fullerene | |
| JP2001139302A (ja) | 炭素資源から水素を製造する装置 | |
| JP3157400U (ja) | 固気分離回収機構 | |
| CN108778992B (zh) | 纤维状碳纳米结构体制造装置以及纤维状碳纳米结构体制造方法 | |
| WO2006077717A1 (ja) | 高純度シリカ粉の製造方法及び装置、並びに高純度シリカ粉 | |
| JPH029728A (ja) | 石英ガラス微粒子の回収方法および装置 | |
| JP2014043384A (ja) | 排ガスの処理装置およびそれを用いた排ガスの処理方法 | |
| JPH07278153A (ja) | 無水ピロメリット酸の捕集方法 | |
| JPH0240203A (ja) | 昇華性有機化合物の捕集方法およびその装置 | |
| JP2006169002A (ja) | 分別捕集装置、および分別捕集方法 | |
| JP2001011695A (ja) | 金属溶解時に発生する不純物の除去方法及び装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140210 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20140210 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150106 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150304 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150818 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151019 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20151117 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20151214 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5862559 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |