JPWO2019073530A1 - ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法、ナノカーボンの回収方法 - Google Patents

ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法、ナノカーボンの回収方法 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2019073530A1
JPWO2019073530A1 JP2019547822A JP2019547822A JPWO2019073530A1 JP WO2019073530 A1 JPWO2019073530 A1 JP WO2019073530A1 JP 2019547822 A JP2019547822 A JP 2019547822A JP 2019547822 A JP2019547822 A JP 2019547822A JP WO2019073530 A1 JPWO2019073530 A1 JP WO2019073530A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nanocarbon
electrode
walled carbon
separation
dispersion liquid
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
Application number
JP2019547822A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6939891B2 (ja
Inventor
和紀 井原
和紀 井原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Publication of JPWO2019073530A1 publication Critical patent/JPWO2019073530A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6939891B2 publication Critical patent/JP6939891B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/168—After-treatment
    • C01B32/172—Sorting
    • 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
    • B01D—SEPARATION
    • B01D57/00—Separation, other than separation of solids, not fully covered by a single other group or subclass, e.g. B03C
    • B01D57/02—Separation, other than separation of solids, not fully covered by a single other group or subclass, e.g. B03C by electrophoresis
    • 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
    • C01B32/152—Fullerenes
    • C01B32/156—After-treatment
    • 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
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/194—After-treatment
    • 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
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28042—Shaped bodies; Monolithic structures
    • B01J20/28045—Honeycomb or cellular structures; Solid foams or sponges
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Electrostatic Separation (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

本発明のナノカーボン分離装置（１０）は、ナノカーボンを含む分散液を収容する分離槽（１１）と、分離槽（１１）内の上部に設けられた第１の電極（１２）と、分離槽（１１）内の下部に設けられた第２の電極（１３）と、分離槽（１１）内にて第１の電極（１２）と第２の電極（１３）の間に設けられた多孔質構造物（１４）と、を備える。

Description

本発明は、ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法およびナノカーボンの回収方法に関する。
単層カーボンナノチューブは、高い電子移動度を持ち、その機械的特性、電気的特性、化学的特性等から様々な分野への適用が期待されている。単層カーボンナノチューブは、半導体性と金属性の異なる性質を持つ材料が２：１の割合で含まれる混合物として合成されるため、工業的に応用するためには、性質毎に高純度かつ速やかに分離を行う必要がある。
単層カーボンナノチューブの混合物を分離する方法としては、例えば、異なる複数の電荷を持つナノカーボンミセル群に分散した、ナノカーボン材料の分散溶液と、ナノカーボン材料と異なる比重を持つ保持溶液とを、電気泳動槽内に所定の方向に積層して導入配置する工程と、積層して導入配置した分散溶液と保持溶液に、直列方向に直流電圧を印加することにより、該ナノカーボンミセル群を２以上のナノカーボンミセル群に分離する工程と、を含むナノカーボン材料分離方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、単層カーボンナノチューブを非イオン性界面活性剤溶液中へ分散した単層カーボンナノチューブ含有ミセル分散溶液に対して縦型に設置された分離槽内で直流電圧を印加し、各ミセルが全体として正電荷を有する金属性単層カーボンナノチューブの濃縮されている単層カーボンナノチューブ含有ミセル分散液層と、各ミセルが全体としては極めて弱い電荷しか有しない半導体性単層カーボンナノチューブ含有ミセル分散液の層との、少なくとも２層に分離する工程を有する単層カーボンナノチューブ分離方法であって、直流電圧が、分離槽の上部に設置された陰極と、下部設置された陽極とにより印加され、電界の向きが重力方向と平行で上方に向いている単層カーボンナノチューブ分離方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許第５５４１２８３号公報 特許第５７１７２３３号公報
しかしながら、特許文献１および２に記載の分離方法では、一度に多量の単層カーボンナノチューブの混合物を分離するために、分離槽の直径を拡大すると、直径の拡大に伴って、分離槽内において、単層カーボンナノチューブを含む分散液の対流等による擾乱が生じて、分離に時間を要するという課題があった。
本発明は、ナノカーボンの混合物の分離において、分離に要する時間を短縮する、ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法およびナノカーボンの回収方法を提供することを目的とする。
本発明のナノカーボン分離装置は、ナノカーボンを含む分散液を収容する分離槽と、前記分離槽内の上部に設けられた第１の電極と、前記分離槽内の下部に設けられた第２の電極と、前記分離槽内にて前記第１の電極と前記第２の電極の間に設けられた多孔質構造物と、を備える。
本発明のナノカーボンの分離方法は、本発明のナノカーボン分離装置を用いたナノカーボンの分離方法であって、前記分離槽にナノカーボンを含む分散液を注入する工程と、前記第１の電極と前記第２の電極に直流電圧を印加し、前記分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程と、を有する。
本発明のナノカーボンの回収方法は、本発明のナノカーボン分離装置を用いたナノカーボンの回収方法であって、前記ナノカーボン分離装置による分離操作が終了した後、前記多孔質構造物を、金属型ナノカーボンを多く含む領域Ａと半導体型ナノカーボンを多く含む領域Ｂとに分割し、前記領域Ａから前記金属型ナノカーボンを回収し、前記領域Ｂから前記半導体型ナノカーボンを回収する。
本発明によれば、ナノカーボンの混合物の分離において、分離に要する時間を短縮することができる。
第１の実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。 第１の実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。 本発明のナノカーボンの分離方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態のナノカーボン分離装置におけるナノカーボンの回収方法を示す模式図である。 第１の実施形態のナノカーボン分離装置におけるナノカーボンの回収方法を示す模式図である。 第２の実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。 第３の実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。 第４の実施形態のナノカーボン分離装置を示す斜視図である。
本発明のナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法およびナノカーボンの回収方法の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
［第１の実施形態］多孔質構造物：スポンジ
（ナノカーボン分離装置）
図１は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。
本実施形態のナノカーボン分離装置１０は、分離槽（電気泳動槽）１１と、分離槽１１内の上部に設けられた第１の電極１２と、分離槽１１内の下部に設けられた第２の電極１３と、分離槽１１内にて第１の電極１２と第２の電極１３の間に、分離槽１１の高さ方向に沿って延在するように設けられた多孔質構造物１４と、を備える。
本実施形態のナノカーボン分離装置１０では、多孔質構造物１４が、内部に細かな孔が無数に空いた多孔質の柔らかい物体であるスポンジからなる。
第１の電極１２は、分離槽１１内にて、その高さ方向の上方（分離槽１１内にて、その高さの半分より上の領域、分離槽１１の内底面１１ａとは反対側の領域）に配置されている。
第２の電極１３は、分離槽１１内にて、その高さ方向の下方（分離槽１１内にて、その高さの半分より下の領域、分離槽１１の内底面１１ａ側の領域）に配置されている。
本実施形態のナノカーボン分離装置１０において、第１の電極１２が陰極、第２の電極１３が陽極である。この場合、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加すると、電界の向きが分離槽１１の下方から上方へ向かう。
分離槽１１は、ナノカーボンを含む分散液（以下、「ナノカーボンの分散液」という。）３０を収容可能な空間を有する。分離槽１１は、電気泳動により、収容したナノカーボンの分散液３０に分散した、ナノカーボンの分離を行うためのものである。分離槽１１は、ナノカーボンの分散液３０を収容できるものであれば、その形状や大きさは特に限定されない。
分離槽１１は、中空管を有する容器である。分離槽１１の下端は閉じられており、容器の底になっている。
分離槽１１の材質は、ナノカーボンの分散液３０に対して安定であり、かつ絶縁性の材質であれば特に限定されない。分離槽１１の材質としては、例えば、ガラス、石英、アクリル樹脂等が挙げられる。
第１の電極１２および第２の電極１３としては、電気泳動に用いることができ、ナノカーボンの分散液３０に対して安定なものであれば特に限定されない。第１の電極１２および第２の電極１３としては、例えば、白金電極等が挙げられる。
第１の電極１２および第２の電極１３の構造は、特に限定されず、分離槽１１内において、多孔質構造物１４によって区画される領域の形状や大きさに応じて適宜選択される。第１の電極１２の構造は、多孔質構造物１４の上部に配置され、かつ分離槽１１内において、多孔質構造物１４の上端の全域に拡がるように配置されるものであれば特に限定されない。第２の電極１３の構造としては、多孔質構造物１４の下部に配置され、かつ分離槽１１内において、多孔質構造物１４の下端の全域に拡がるように配置されるものであれば特に限定されない。第１の電極１２および第２の電極１３の構造としては、例えば、分離槽１１の平面視において、円環状、円板状、棒状等が挙げられる。また、第１の電極１２および第２の電極１３の構造としては、多数の微細孔が均質に設けられた多孔板状が挙げられる。
多孔質構造物１４をなすスポンジとしては、特に限定されない。スポンジの材質は、ナノカーボンの分散液３０に対して安定であり、かつ絶縁性の材質であれば特に限定されない。スポンジは、内部に細かな孔が連続的につながり、無数に空いた多孔質体である。スポンジとしては、天然の海綿からなるもの、合成樹脂からなる人造のスポンジ等が挙げられる。また、スポンジの材質としては、次のような溶液を保持できる多孔質材料を用いることができる。多孔質材料としては、例えば、ウレタン；発泡ポリエチレン、ポリエチレン、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、天然ゴム、メラミン樹脂等を利用した合成スポンジ類；モクヨカイメンに代表される海面生物により産出される天然スポンジ；軽石等が挙げられる。さらに、一例を挙げるならば、空孔率９８．５％であるウレタンフォーム製吸水用スポンジ（そのような例；トラスコ中山 ＴＲＵＳＣＯ 吸水スポンジ)を用いることができる。よって、スポンジからなる多孔質構造物１４によって、分離槽１１内が多数の領域に区画される。
多孔質構造物１４の大きさ（高さ、外径、体積等）は、特に限定されず、多孔質構造物１４に保持させるナノカーボンの分散液３０の量に応じて、適宜調整される。
多孔質構造物１４における多孔率（多孔度）は、ナノカーボンミセルが通過でき、かつ、連続的に孔がつながり、上下の電極間に対して電位勾配が形成されるならば、いかなる多孔率をとっても良い。合成スポンジにおいては、多孔質構造物１４における多孔率（多孔度）は、８０％以上９９．９％以下であることが好ましく、９０％以上９９％以下であることがより好ましい。なお、合成スポンジにおいては、多孔質構造物１４における多孔率が８０％以上であれば、多孔質構造物１４の全域において、細孔が連通し、ナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分散液３０の分離において、多孔質構造物１４がナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの移動を妨げることがない。これにより、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを効率的に分離することができる。
多孔質構造物１４の多孔率は、多孔質構造物１４の総体積に対して、多孔質構造物１４の細孔が占める割合である。多孔質構造物１４の多孔率は、下記の式（１）で表わされる。
ａ１／Ａ１×１００・・・（１）
すなわち、多孔質構造物１４の多孔率は、多孔質構造物１４の細孔の全体積ａ１と、細孔を含む多孔質構造物１４の全体積Ａ１との比の百分率で表わされる。
多孔質構造物１４の多孔率を求める方法としては、例えば、細孔を含む多孔質構造物１４の見かけの比重ｄ１と、含む多孔質構造物１４の真の比重Ｄ１とを求め、それらの比重から、多孔質構造物１４の多孔率を算出する方法が挙げられる。この方法では、下記の式（２）に基づいて、多孔質構造物１４の多孔率を算出する。
（Ｄ１−ｄ１）／Ｄ１×１００・・・（２）
多孔質構造物１４の細孔の大きさ、すなわち、細孔の内径は、４０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましく、２００ｎｍよりも大きいことがさらに好ましい。また、細孔の内径は、１ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｍｍ以下である。
多孔質構造物１４の細孔の内径が４０ｎｍ以上であれば、ナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分散液３０の分離において、多孔質構造物１４がナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの移動を妨げることがない。これにより、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを効率的に分離することができる。
なお、多孔質構造物１４の細孔の形状は、不定形であり、例えば、球体状、回転楕円体状等をなしている。そのため、多孔質構造物１４の細孔の内径とは、細孔が球体状をなす場合には球体の直径、細孔が回転楕円体状をなす場合には回転楕円体の長径、細孔が球体状および回転楕円体状以外の形状をなす場合にはその形状の最も長い部分の長さのこととする。
多孔質構造物１４の細孔の大きさを求める方法としては、例えば、多孔質構造物１４を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡で観察し、その顕微鏡像から細孔の大きさを実測する方法等が挙げられる。
多孔質構造物１４は、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を確認し易くするために、透明、乳白色半透明（裏が透けて見える白色）、乳白色（裏が透けない、透明ではない白色）であることが好ましい。金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離が進行すると、金属型ナノカーボンの含有量が多いナノカーボンの分散液３０は黒色となり、半導体型ナノカーボンの含有量が多いナノカーボンの分散液３０は青色となる。そこで、多孔質構造物１４の色を背景として、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を、目視にて確認することが好ましい。
多孔質構造物１４は、分離槽１１内にて第１の電極１２と第２の電極１３の間の領域にて、その領域の高さ方向のほぼ全域にわたって延在することが好ましい。また、多孔質構造物１４の外形は、分離槽１１内にて第１の電極１２と第２の電極１３の間の領域の形状に相似の形状であることが好ましい。
本実施形態のナノカーボン分離装置１０は、分離槽１１内にナノカーボンの分散液３０を注入する注入口（図示略）を備えていてもよい。注入口は、分離槽１１にて、その高さ方向の上方（分離槽１１にて、その高さの半分より上の領域、分離槽１１の内底面１１ａとは反対側の領域）に設けられていてもよい。分離槽１１の上端を開口部１１ｂとした場合、その開口部１１ｂが、分離槽１１内にナノカーボンの分散液３０を注入する注入口であってもよい。
本実施形態のナノカーボン分離装置１０では、第１の電極１２が陰極、第２の電極１３が陽極である場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置１０はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置１０にあっては、第１の電極１２が陽極、第２の電極１３が陰極であってもよい。
本実施形態のナノカーボン分離装置１０によれば、第１の電極１２と第２の電極１３の間に、分離槽１１の高さ方向に沿って延在するように設けられた多孔質構造物１４を設けることにより、例えば、後述するナノカーボンの分離方法を実施する、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程において、分離槽１１内にて、ナノカーボンの分散液３０に水平方向の流れが生じるのを抑制することができる。したがって、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを迅速に分離することができる。よって、純度が高い金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを得ることができる。
（ナノカーボンの分離方法）
図１〜図３を用いて、ナノカーボン分離装置１０を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明するとともに、ナノカーボン分離装置１０の作用を説明する。
図３は、本実施形態のナノカーボンの分離方法を示すフローチャートである。
本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離槽１１にナノカーボンの分散液３０を注入する工程（以下、「注入工程」という。）と、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加し、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程（以下、「分離工程」という。）と、を有する。
本実施形態のナノカーボンの分離方法において、ナノカーボンとは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノツイス卜、グラフェン、フラーレン等の主に炭素から構成される炭素材料を意味する。本実施形態のナノカーボンの分離方法では、ナノカーボンとして単層カーボンナノチューブが分散した分散液から、半導体型単層カーボンナノチューブと、金属型単層カーボンナノチューブと、を分離する場合について詳述する。
単層カーボンナノチューブは、チューブの直径、巻き方によって金属型と半導体型という２つの異なる性質に分かれることが知られている。従来の製造方法を用いて単層カーボンナノチューブを合成すると、金属的な性質を有する金属型単層カーボンナノチューブと半導体的な性質を有する半導体型単層カーボンナノチューブが統計的に１：２の割合で含まれる単層カーボンナノチューブの混合物が得られる。
単層カーボンナノチューブの混合物は、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブとを含むものであれば特に制限されない。また、本実施形態における単層カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ単体であってもよいし、一部の炭素が任意の官能基で置換された単層カーボンナノチューブや、任意の官能基で修飾された単層カーボンナノチューブであってもよい。
まず、単層カーボンナノチューブの混合物が、界面活性剤とともに分散媒に分散した単層カーボンナノチューブ分散液を調製する。
分散媒としては、単層カーボンナノチューブの混合物を分散させることができるものであれば特に限定されない。分散媒としては、例えば、水、重水、有機溶媒、イオン液体等が挙げられる。これらの分散媒の中でも、単層カーボンナノチューブが変質しないことから、水または重水が好適に用いられる。
界面活性剤としては、非イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤等が用いられる。単層カーボンナノチューブにナトリウムイオン等のイオン性の不純物が混入することを防ぐためには、非イオン性界面活性剤を用いることが好ましい。
非イオン性界面活性剤としては、イオン化しない親水性部位とアルキル鎖等の疎水性部位とを有する非イオン性界面活性剤が用いられる。このような非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系に代表されるポリエチレングリコール構造を有する非イオン性界面活性剤が挙げられる。
このような非イオン性界面活性剤としては、下記式（１）で表わされるポリオキシエチレンアルキルエーテルが好適に用いられる。
ＣｎＨ２ｎ（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｍＯＨ （１）
（但し、ｎ＝１２〜１８、ｍ＝２０〜１００である。）
上記式（１）で表わされるポリオキシエチレンアルキルエーテルとしては、例えば、ポリオキシエチレン（２３）ラウリルエーテル（商品名：Ｂｒｉｊ Ｌ２３、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）セチルエーテル（商品名：Ｂｒｉｊ Ｃ２０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル（商品名：Ｂｒｉｊ Ｓ２０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）オレイルエーテル（商品名：Ｂｒｉｊ Ｏ２０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（商品名：Ｂｒｉｊ Ｓ１００、シグマアルドリッチ社製）等が挙げられる。
非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアラート（分子式：Ｃ６４Ｈ１２６Ｏ２６、商品名：Ｔｗｅｅｎ ６０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレンソルビタントリオレアート（分子式：Ｃ２４Ｈ４４Ｏ６、商品名：Ｔｗｅｅｎ ８５、シグマアルドリッチ社製）、オクチルフェノールエトキシレート（分子式：Ｃ１４Ｈ２２Ｏ（Ｃ２Ｈ４Ｏ）ｎ、ｎ＝１〜１０、商品名：Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（４０）イソオクチルフェニルエーテル（分子式：Ｃ８Ｈ１７Ｃ６Ｈ４０（ＣＨ２ＣＨ２０）４０Ｈ、商品名：Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−４０５、シグマアルドリッチ社製）、ポロキサマー（分子式：Ｃ５Ｈ１０Ｏ２、商品名：Ｐｌｕｒｏｎｉｃ、シグマアルドリッチ社製）、ポリビニルピロリドン（分子式：（Ｃ６Ｈ９ＮＯ）ｎ、ｎ＝５〜１００、シグマアルドリッチ社製）等を用いることもできる。
単層カーボンナノチューブ分散液における非イオン性界面活性剤の含有量は、０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下であることが好ましく、０．５ｗｔ％以上２ｗｔ％以下であることがより好ましい。
非イオン性界面活性剤の含有量が５ｗｔ％以下であれば、単層カーボンナノチューブ分散液の粘度が高くなり過ぎることがなく、電気泳動によって容易に、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。
単層カーボンナノチューブ分散液における単層カーボンナノチューブの含有量は、１μｇ／ｍＬ以上１００μｇ／ｍＬ以下であることが好ましく、５μｇ／ｍＬ以上４０μｇ／ｍＬ以下であることがより好ましい。
単層カーボンナノチューブの含有量が上記の範囲であれば、電気泳動によって容易に、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。
単層カーボンナノチューブ分散液を調製する方法としては、特に限定されず、公知の方法が用いられる。例えば、単層カーボンナノチューブ混合物と界面活性剤を含む分散媒の混合液を超音波処理して、分散媒に、単層カーボンナノチューブ混合物を分散させる方法が挙げられる。この超音波処理により、凝集していた金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが充分に分離し、単層カーボンナノチューブ分散液は、分散媒に金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが均一に分散したものとなる。したがって、後述する電気泳動法により、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離し易くなる。なお、超音波処理により分散しなかった金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブは、超遠心分離により分離、除去することが好ましい。
次いで、注入工程にて、上述のように調製した単層カーボンナノチューブ分散液を、分離槽１１に注入する。
これにより、単層カーボンナノチューブ分散液が、分離槽１１内の多孔質構造物１４に浸潤する。
また、分離槽１１に単層カーボンナノチューブ分散液を注入することにより、単層カーボンナノチューブ分散液に第１の電極１２と第２の電極１３が接する。本実施形態では、単層カーボンナノチューブ分散液に第１の電極２０２と第２の電極２０３を浸漬した。なお、多孔質構造物１４に第１の電極１２と第２の電極１３が接している必要はない。
次いで、分離工程にて、電気泳動法により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離する。
第１の電極１２と第２の電極１３に、所定時間（例えば、１時間〜２４時間）、直流電圧を印加することにより、分離槽１１内にて、電界を形成する。具体的には、電界の向きが分離槽１１の下方から上方へ向かうように電界を形成する。この電界と、単層カーボンナノチューブの電荷とにより生じる電気泳動力により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる単層カーボンナノチューブの混合物が、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブとに分離される。
非イオン性界面活性剤を含む単層カーボンナノチューブ分散液中では、金属型単層カーボンナノチューブが正電荷を有し、半導体型単層カーボンナノチューブが極めて弱い負電荷を有する。
したがって、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加すると、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる単層カーボンナノチューブの混合物のうち、金属型単層カーボンナノチューブが第１の電極１２（陰極）側に移動し、半導体型単層カーボンナノチューブが第２の電極１３（陽極）側に移動する。その結果として、単層カーボンナノチューブ分散液は、相対的に金属型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相（以下、「分散液相Ａ」という。）と、相対的に半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相（以下、「分散液相Ｂ」という。）と、分散液相Ａと分散液相Ｂの間に形成され、相対的に金属型単層カーボンナノチューブおよび半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が少ない分散液相（以下、「分散液相Ｃ」という。）との３相に相分離する。
言い換えれば、多孔質構造物１４における第１の電極１２側の領域には、金属型単層カーボンナノチューブを多く含む領域Ａ、すなわち、分散液相Ａを含む領域が形成される。また、多孔質構造物１４における第２の電極１３側の領域には、半導体型単層カーボンナノチューブを多く含む領域Ｂ、すなわち、分散液相Ｂを含む領域が形成される。
第１の電極１２と第２の電極１３に印加する直流電圧は、特に限定されず、第１の電極１２と第２の電極１３との間の距離や単層カーボンナノチューブ分散液における単層カーボンナノチューブの混合物の含有量等に応じて適宜調整される。
単層カーボンナノチューブ分散液の分散媒として、水または重水を用いた場合、第１の電極１２と第２の電極１３に印加する直流電圧を、０Ｖより大きく、１０００Ｖ以下の間の任意の値とする。
例えば、第１の電極１２と第２の電極１３の距離（電極間距離）が３０ｃｍである場合、第１の電極１２と第２の電極１３に印加する直流電圧は、１５Ｖ以上４５０Ｖ以下であることが好ましく、３０Ｖ以上３００Ｖ以下であることがより好ましい。
第１の電極１２と第２の電極１３に印加する直流電圧が１５Ｖ以上であれば、分離槽１１内にて、単層カーボンナノチューブ分散液のｐＨ勾配を形成して、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。一方、第１の電極１２と第２の電極１３に印加する直流電圧が４５０Ｖ以下であれば、水または重水の電気分解による影響を抑えられる。
また、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加したとき、第１の電極１２と第２の電極１３の間の電界は、０．５Ｖ／ｃｍ以上１５Ｖ／ｃｍ以下であることが好ましく、１Ｖ／ｃｍ以上１０Ｖ／ｃｍ以下であることがより好ましい。
第１の電極１２と第２の電極１３の間の電界が０．５Ｖ／ｃｍ以上であれば、分離槽１１内にて、単層カーボンナノチューブ分散液のｐＨ勾配を形成して、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。一方、第１の電極１２と第２の電極１３の間の電界が１５Ｖ／ｃｍ以下であれば、水または重水の電気分解による影響を抑えられる。
ところで、電気泳動法により、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離を開始すると、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが、分離槽１１の高さ方向に沿って移動するとともに、分離槽１１の高さ方向と垂直な方向にも移動する。これにより、単層カーボンナノチューブ分散液に、分離槽１１の高さ方向と垂直な方向（水平方向）に流れが生じる。単層カーボンナノチューブ分散液に水平方向の流れが生じると、単層カーボンナノチューブ分散液を分散液相Ａと分散液相Ｂに相分離するための時間が長くなる。特に、分離槽１１の容積が大きくなるに伴って、分離槽１１の内径が拡大した場合、相分離に要する時間が長くなる。そこで、本実施形態では、分離槽１１内に、スポンジから構成される多孔質構造物１４を設けて、分離槽１１内を多数の領域に区画している。これにより、分離工程において、電気泳動法によって、分離槽１１内にて、単層カーボンナノチューブ分散液を相分離する際、単層カーボンナノチューブ分散液に水平方向の流れが生じるのを抑制することができる。その結果、内径が大きな分離槽１１を用いた場合にも、迅速に、多孔質構造物１４における第１の電極１２側の領域に分散液相Ａを含む領域Ａを形成し、多孔質構造物１４における第２の電極１３側の領域に分散液相Ｂを含む領域Ｂを形成して、単層カーボンナノチューブ分散液を分散液相Ａと分散液相Ｂに相分離することができる。
本実施形態のナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分離方法によれば、第１の電極１２と第２の電極１３の間に、スポンジからなる多孔質構造物１４を設けることにより、分離槽１１内にて、単層カーボンナノチューブ分散液に水平方向の流れが生じるのを抑制することができる。この結果、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを迅速に分離することができる。よって、純度が高い金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを得ることができる。
なお、本実施形態のナノカーボンの分離方法では、単層カーボンナノチューブの混合物を、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離する場合を例示したが、本実施形態のナノカーボンの分離方法はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボンの分離方法は、例えば、分離槽１１内にて、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離した後、目的の性質を有する単層カーボンナノチューブのみを回収する、単層カーボンナノチューブの精製方法として行ってもよい。
（ナノカーボンの回収方法）
本実施形態のナノカーボンの回収方法は、本実施形態のナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分離方法による分離操作が終了した後、多孔質構造物１４を、金属型単層カーボンナノチューブを多く含む領域Ａと半導体型単層カーボンナノチューブを多く含む領域Ｂとに分割し、領域Ａから金属型単層カーボンナノチューブを回収し、領域Ｂから半導体型単層カーボンナノチューブを回収する。
回収方法は、特に限定されず、分散液相Ａと分散液相Ｂが拡散混合しない方法であればいかなる方法であってもよい。
本実施形態のナノカーボンの回収方法では、回収方法としては、例えば、次のような２つの方法が用いられる。
回収方法としては、例えば、図４に示すように、切断刃５０を用いる方法が挙げられる。
この回収方法では、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加したまま、切断刃５０により、多孔質構造物１４を、その高さ方向において上下に切断して、多孔質構造物１４を、金属型単層カーボンナノチューブを多く含む領域Ａと半導体型単層カーボンナノチューブを多く含む領域Ｂに分割する。また、分割と同時に、多孔質構造物１４における上側の領域Ａと下側の領域Ｂの間に仕切り板等を挿入し、領域Ａに存在する分散液相Ａと、領域Ｂに存在する分散液相Ｂとをそれぞれ回収する。なお、切断刃５０を仕切り板の一部として用いてもよい。
また、回収方法としては、例えば、図５に示すように、分離槽１１とともに多孔質構造物１４を捻る方法が挙げられる。
この回収方法では、分離槽１１としては、アクリル樹脂等の樹脂から構成されるフィルムからなるものが用いられる。第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加したまま、分離槽１１と多孔質構造物１４の高さ方向の中央部にて、分離槽１１とともに多孔質構造物１４を捻って、多孔質構造物１４を、金属型単層カーボンナノチューブを多く含む領域Ａと半導体型単層カーボンナノチューブを多く含む領域Ｂに分割する。そして、分割した多孔質構造物１４における上側の領域Ａに存在する分散液相Ａと、多孔質構造物１４における下側の領域Ｂに存在する分散液相Ｂとをそれぞれ回収する。
回収した分散液を、再び、分離槽１１に収容し、上述と同様にして、電気泳動法により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離する操作を繰り返し実施することにより、純度が高い金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを得ることができる。
回収した分散液の分離効率は、顕微Ｒａｍａｎ分光分析法（Ｒａｄｉａｌ Ｂｒｅａｔｈｉｎｇ Ｍｏｄｅ（ＲＢＭ）領域のＲａｍａｎスペクトルの変化、Ｂｒｅｉｔ−Ｗｉｇｎｅｒ−Ｆａｎｏ（ＢＷＦ）領域のＲａｍａｎスペクトル形状の変化）、および紫外可視近赤外吸光光度分析法（吸収スペクトルのピーク形状の変化）等の手法により評価することができる。また、単層カーボンナノチューブの電気的特性について評価することによっても、分散液の分離効率を評価することができる。例えば、電界効果トランジスタを作製して、そのトランジスタ特性を測定することによって、分散液の分離効率を評価することができる。
本実施形態のナノカーボンの回収方法によれば、本実施形態のナノカーボンの分離方法による分離操作が終了した後、多孔質構造物１４の領域Ａから金属型単層カーボンナノチューブを効率的に回収することができ、多孔質構造物１４の領域Ｂから半導体型単層カーボンナノチューブを効率的に回収することができる。
［第２の実施形態］複数の粒子の集合体
（ナノカーボン分離装置）
図６は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。
なお、図６において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態のナノカーボン分離装置１００は、分離槽（電気泳動槽）１１と、分離槽１１内の上部に設けられた第１の電極１２と、分離槽１１内の下部に設けられた第２の電極１３と、分離槽１１内にて第１の電極１２と第２の電極１３の間に、分離槽１１の高さ方向に沿って延在するように設けられた多孔質構造物１０１と、を備える。
本実施形態のナノカーボン分離装置１００では、多孔質構造物１０１が、複数の粒子１０２の集合体である。
多孔質構造物１０１は、分離槽１１内にて第１の電極１２と第２の電極１３の間に充填された複数の粒子１０２の集合体である。粒子１０２としては、分離槽１１内に最密に充填した場合に、粒子間に隙間が生じる形状のものであれば特に限定されない。粒子１０２としては、例えば、球状の粒子、撒菱状の粒子、テトラポッド（登録商標）状の粒子等が挙げられる。
このような粒子１０２を、分離槽１１内に充填することにより、粒子１０２同士の間に隙間が生じて、多孔質構造物１０１が形成される。粒子１０２同士の間に生じた隙間が、多孔質構造物１０１によって、分離槽１１内が区画されてできる複数の領域に相当する。
粒子１０２の材質は、ナノカーボンの分散液３０に対して安定であり、かつ絶縁性の材質であれば特に限定されない。粒子１０２の材質としては、例えば、ガラス、石英、アクリル樹脂等が挙げられる。
粒子１０２の分離槽１１に対する充填量は、特に限定されず、分離槽１１内に収容されるナノカーボンの分散液３０の量（体積）に応じて適宜設定される。
粒子１０２は、ナノカーボンミセルが通過でき、かつ、連続的に空隙がつながり、上下の電極間に対して電位勾配が形成されるならば、いかなる構造をとっても良い。例えば、球状のセラミックボールとしたばあい、粒子１０２の平均粒子径は、１μｍ以上１ｃｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上１ｍｍ以下であることがより好ましい。粒子１０２の平均粒子径が１μｍ以上であれば、分離槽１１内に充填した粒子１０２同士の間に、後述する隙間が生じるため、ナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分散液３０の分離において、多孔質構造物１４がナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの移動を妨げることがない。これにより、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを効率的に分離することができる。
多孔質構造物１０１の多孔率は、上述の多孔質構造物１４の多孔率と同様に求められる。
多孔質構造物１０１の細孔の大きさ、すなわち、粒子１０２同士の間に生じた隙間の大きさは、４０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎμｍ以上であることがより好ましく、２００ｎｍよりも大きいことがさらに望ましい。また、細孔の内径は、１ｃｍ以下であることが望ましく、より好ましくは１ｍｍ以下であることが好ましい。
多孔質構造物１０１の細孔の内径が４０ｎｍ以上であれば、ナノカーボン分離装置１００を用いたナノカーボンの分散液３０の分離において、多孔質構造物１０１がナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの移動を妨げることがない。これにより、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを効率的に分離することができる。
なお、多孔質構造物１０１の細孔の形状は、不定形であり、例えば、球体状、回転楕円体状等をなしている。そのため、多孔質構造物１０１の細孔の内径とは、細孔が球体状をなす場合には球体の直径、細孔が回転楕円体状をなす場合には回転楕円体の長径、細孔が球体状および回転楕円体状以外の形状をなす場合にはその形状の最も長い部分の長さのこととする。
多孔質構造物１０１の細孔の大きさは、上述の多孔質構造物１４の細孔の大きさと同様に求められる。
多孔質構造物１０１、すなわち、多孔質構造物１０１を構成する粒子１０２は、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を確認し易くするために、透明、乳白色半透明（裏が透けて見える白色）、乳白色（裏が透けない、透明ではない白色）であることが好ましい。
本実施形態のナノカーボン分離装置１００は、第１の実施形態と同様に、分離槽１１内にナノカーボンの分散液３０を注入する注入口（図示略）を備えていてもよい。
本実施形態のナノカーボン分離装置１００では、第１の電極１２が陰極、第２の電極１３が陽極である場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置１００はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置１００にあっては、第１の電極１２が陽極、第２の電極１３が陰極であってもよい。
本実施形態のナノカーボン分離装置１００によれば、第１の電極１２と第２の電極１３の間に、分離槽１１内に充填された複数の粒子１０２からなる多孔質構造物１０１を設けることにより、例えば、後述するナノカーボンの分離方法を実施する、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程において、分離槽１１内にて、ナノカーボンの分散液３０に水平方向の流れが生じるのを抑制することができる。したがって、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを迅速に分離することができる。よって、純度が高い金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを得ることができる。
（ナノカーボンの分離方法）
図６を用いて、ナノカーボン分離装置１００を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明するとともに、ナノカーボン分離装置１００の作用を説明する。
本実施形態のナノカーボンの分離方法は、第１の実施形態と同様に、分離槽１１にナノカーボンの分散液３０を注入する工程（注入工程）と、第１の電極１２と第２の電極１３に直流電圧を印加し、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程（分離工程）と、を有する。
注入工程にて、分離槽１１にナノカーボンの分散液３０を注入することにより、ナノカーボンの分散液３０に第１の電極１２と第２の電極１３が接する。本実施形態では、ナノカーボンの分散液３０に第１の電極１２と第２の電極１３を浸漬した。
本実施形態のナノカーボンの分離方法が、上述の第１の実施形態ナノカーボンの分離方法と異なる点は、分離槽１１内に複数の粒子１０２を充填して多孔質構造物１０１を形成し、分離槽１１内を複数の領域に区画する点である。これにより、本実施形態では、分離工程において、電気泳動法によって、分離槽１１内にて、単層カーボンナノチューブ分散液を相分離する際、単層カーボンナノチューブ分散液に水平方向の流れが生じるのを抑制することができる。その結果、内径が大きな分離槽１１を用いた場合にも、迅速に、多孔質構造物１０１における第１の電極１２側の領域に分散液相Ａを含む領域Ａを形成し、多孔質構造物１４における第２の電極１３側の領域に分散液相Ｂを含む領域Ｂを形成して、単層カーボンナノチューブ分散液を分散液相Ａと分散液相Ｂに相分離することができる。
本実施形態のナノカーボン分離装置１００を用いたナノカーボンの分離方法によれば、第１の電極１２と第２の電極１３の間に、複数の粒子１０２の集合体からなる多孔質構造物１０１を設けることにより、分離槽１１内にて、単層カーボンナノチューブ分散液に水平方向の流れが生じるのを抑制することができる。この結果、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを迅速に分離することができる。よって、純度が高い金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを得ることができる。
なお、本実施形態のナノカーボンの分離方法では、単層カーボンナノチューブの混合物を、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離する場合を例示したが、本実施形態のナノカーボンの分離方法はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボンの分離方法は、例えば、分離槽１１内にて、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離した後、目的の性質を有する単層カーボンナノチューブのみを回収する、単層カーボンナノチューブの精製方法として行ってもよい。
（ナノカーボンの回収方法）
本実施形態のナノカーボンの回収方法は、本実施形態のナノカーボン分離装置１００を用いたナノカーボンの分離方法による分離操作が終了した後、多孔質構造物１０１を、金属型単層カーボンナノチューブを多く含む領域Ａと半導体型単層カーボンナノチューブを多く含む領域Ｂとに分割し、領域Ａから金属型単層カーボンナノチューブを回収し、領域Ｂから半導体型単層カーボンナノチューブを回収する。
回収方法は、特に限定されず、分散液相Ａと分散液相Ｂが拡散混合しない方法であればいかなる方法であってもよい。
本実施形態のナノカーボンの回収方法では、回収方法としては、例えば、第１の実施形態と同様の方法が用いられる。
また、第１の実施形態と同様にして、回収した分散液を、再び、分離槽１１に収容し、電気泳動法により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離する操作を繰り返し実施してもよい。
回収した分散液の分離効率は、第１の実施形態と同様にして、評価することができる。
本実施形態のナノカーボンの回収方法によれば、本実施形態のナノカーボンの分離方法による分離操作が終了した後、多孔質構造物１０１の領域Ａから金属型単層カーボンナノチューブを効率的に回収することができ、多孔質構造物１０１の領域Ｂから半導体型単層カーボンナノチューブを効率的に回収することができる。
［第３の実施形態］電極粒子
（ナノカーボン分離装置）
図７は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。
なお、図７において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置および図６に示した第２の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態のナノカーボン分離装置２００は、分離槽（電気泳動槽）１１と、分離槽１１内の上部に設けられた第１の電極２０２と、分離槽１１内の下部に設けられた第２の電極２０３と、分離槽１１内にて第１の電極２０２と第２の電極２０３の間に、分離槽１１の高さ方向に沿って延在するように設けられた多孔質構造物１０１と、を備える。
第１の電極２０２は、多孔質構造物１０１の最上層を構成する粒子１０２と、粒子１０２の表面に形成された金属膜１０３を有する電極粒子１１０からなる。第２の電極２０３は、多孔質構造物１０１の最下層を構成する粒子１０２と、粒子１０２の表面に形成された金属膜１０３を有する電極粒子１１０からなる。第１の電極２０２および第２の電極２０３は、複数の電極粒子１１０が互いに接するように配置されてなる。第１の電極２０２および第２の電極２０３を構成する電極粒子１１０の一部に、導線２０４，２０５が接続されている。その導線２０４，２０５は、分離槽１１外に引出されている。金属膜１０３は、白金等の金属から構成される。金属膜１０３を形成する方法としては、特に限定されないが、例えば、蒸着、電解めっき、無電解めっき等が挙げられる。
本実施形態のナノカーボン分離装置２００は、分離槽１１の下端に、分離槽１１の内底面１１ａに連通する注入／回収口１６を備えている。注入／回収口１６は、分離槽１１にナノカーボンの分散液３０を注入、および、分離槽１１からナノカーボンの分散液３０を回収するために用いられる。また、注入／回収口１６は、すり合わせを有する回転式のコック１７等の密閉構造を備えていてもよい。
分離槽１１のうち、内底面１１ａをなし、注入／回収口１６と連通する部分は、注入／回収口１６側に向かうに従って次第に幅（径）が小さくなるテーパ形状をなしている。分離槽１１の内底面１１ａがテーパ形状をなすことにより、分離槽１１の内のナノカーボンの分散液３０を、円滑に回収することができる。
分離槽１１の底部の注入／回収口１６を介して、例えば、ペリスタポンプ等を用いて静かにナノカーボンの分散液３０の注入、および、回収を行うことにより、注入／回収時に、液面の変化に合わせて注入／回収口を移動させる必要がなく、分離槽１１内部の液相界面を乱すことなく、注入／回収操作を行うことができる。また、分離槽１１を高容量化した場合に、長い注入／回収ノズルを用意する必要もなく、非常に合理的である。
本実施形態のナノカーボン分離装置２００では、第１の電極２０２が陰極、第２の電極２０３が陽極である場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置２００はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置２００にあっては、第１の電極２０２が陽極、第２の電極２０３が陰極であってもよい。
本実施形態のナノカーボン分離装置２００によれば、第１の電極２０２を、多孔質構造物１０１の最上層を構成する粒子１０２と、粒子１０２の表面に形成された金属膜１０３を有する電極粒子１１０からなるものとし、第２の電極２０３を、多孔質構造物１０１の最下層を構成する粒子１０２と、粒子１０２の表面に形成された金属膜１０３を有する電極粒子１１０からなるものとすることにより、分離槽１１内において、第１の電極２０２および第２の電極２０３を設けるための空間を確保する必要がない。また、本実施形態のナノカーボン分離装置２００によれば、第２の電極２０３を電極粒子１１０からなるものとし、多孔質構造物１０１を分離槽１１内に充填された複数の粒子１０２からなるものとすることにより、粒子１０２と電極粒子１１０が自由に動くことができるため、注入／回収口１６を介して、分離槽１１内に注入／回収口ノズルを挿入した場合に、粒子１０２と電極粒子１１０が注入／回収口ノズルを邪魔することがない。そのため、注入／回収口１６を介して、分離槽１１に対するナノカーボンの分散液３０の注入、および、回収をスムーズに行うことができる。また、本実施形態のナノカーボン分離装置２００によれば、第１の電極２０２と第２の電極２０３の間に、分離槽１１内に充填された複数の粒子１０２からなる多孔質構造物１０１を設けることにより、例えば、後述するナノカーボンの分離方法を実施する、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程において、分離槽１１内にて、ナノカーボンの分散液３０に水平方向の流れが生じるのを抑制することができる。したがって、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを迅速に分離することができる。よって、純度が高い金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを得ることができる。
（ナノカーボンの分離方法）
図７を用いて、ナノカーボン分離装置２００を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明するとともに、ナノカーボン分離装置２００の作用を説明する。
本実施形態のナノカーボンの分離方法は、第１の実施形態と同様に、分離槽１１にナノカーボンの分散液３０を注入する工程（注入工程）と、第１の電極２０２と第２の電極２０３に直流電圧を印加し、ナノカーボンの分散液３０に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程（分離工程）と、を有する。
注入工程にて、分離槽１１にナノカーボンの分散液３０を注入することにより、ナノカーボンの分散液３０に第１の電極２０２と第２の電極２０３が接する。本実施形態では、ナノカーボンの分散液３０に第１の電極２０２と第２の電極２０３を浸漬した。
本実施形態では、分離槽１１内に複数の粒子１０２を充填して多孔質構造物１０１を形成し、分離槽１１内を複数の領域に区画する。これにより、分離工程において、電気泳動法によって、分離槽１１内にて、単層カーボンナノチューブ分散液を相分離する際、単層カーボンナノチューブ分散液に水平方向の流れが生じるのを抑制することができる。その結果、内径が大きな分離槽１１を用いた場合にも、迅速に、多孔質構造物１０１における第１の電極２０２側の領域に分散液相Ａを含む領域Ａを形成し、多孔質構造物１４における第２の電極２０３側の領域に分散液相Ｂを含む領域Ｂを形成して、単層カーボンナノチューブ分散液を分散液相Ａと分散液相Ｂに相分離することができる。
本実施形態のナノカーボン分離装置２００を用いたナノカーボンの分離方法によれば、第１の電極２０２と第２の電極２０３の間に、複数の粒子１０２の集合体からなる多孔質構造物１０１を設けることにより、分離槽１１内にて、単層カーボンナノチューブ分散液に水平方向の流れが生じるのを抑制することができる。この結果、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを迅速に分離することができる。よって、純度が高い金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを得ることができる。
なお、本実施形態のナノカーボンの分離方法では、単層カーボンナノチューブの混合物を、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離する場合を例示したが、本実施形態のナノカーボンの分離方法はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離槽１１内にて、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離した後、目的の性質を有する単層カーボンナノチューブのみを回収する、単層カーボンナノチューブの精製方法として行ってもよい。
（ナノカーボンの回収方法）
本実施形態のナノカーボンの回収方法は、本実施形態のナノカーボン分離装置２００を用いたナノカーボンの分離方法による分離操作が終了した後、多孔質構造物１０１を、金属型単層カーボンナノチューブを多く含む領域Ａと半導体型単層カーボンナノチューブを多く含む領域Ｂとに分割し、領域Ａから金属型単層カーボンナノチューブを回収し、領域Ｂから半導体型単層カーボンナノチューブを回収する。
回収方法は、特に限定されず、分散液相Ａと分散液相Ｂが拡散混合しない方法であればいかなる方法であってもよい。
本実施形態のナノカーボンの回収方法では、回収方法としては、例えば、第１の実施形態と同様の方法が用いられる。
また、第１の実施形態と同様にして、回収した分散液を、再び、分離槽１１に収容し、電気泳動法により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離する操作を繰り返し実施してもよい。
回収した分散液の分離効率は、第１の実施形態と同様にして、評価することができる。
本実施形態のナノカーボンの回収方法によれば、本実施形態のナノカーボンの分離方法による分離操作が終了した後、多孔質構造物１０１の領域Ａから金属型ナノカーボンを効率的に回収することができ、多孔質構造物１０１の領域Ｂから半導体型ナノカーボンを効率的に回収することができる。
［第４の実施形態］
（ナノカーボンの分離方法）
図８を用いて、ナノカーボン分離装置１０を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明する。
まず、水と、非イオン性界面活性剤を溶解した水溶液に単層カーボンナノチューブの混合物を分散させた単層カーボンナノチューブ分散液と、非イオン性界面活性剤の含有量が２ｗｔ％の水溶液を調製する。
次いで、例えば、分離槽１１の下端に設けられた注入／回収口（図示略）から分離槽１１内へ、ペリスタポンプ等を用いて水を静かに注入する。
次いで、同様に、分離槽１１内へ、単層カーボンナノチューブ分散液を注入する。
次いで、同様に、分離槽１１内へ、非イオン性界面活性剤の含有量が２ｗｔ％の水溶液を注入する。
これにより、図８に示すように、第１の電極１２に接する領域は水、第２の電極１３に接する領域は２ｗｔ％の水溶液、中間の領域は単層カーボンナノチューブ分散液である、３層の溶液の積層構造を形成した。
このとき、第１の電極１２は水のみに接し、第２の電極１３は２ｗｔ％の水溶液のみに接している。また、第１の電極１２および第２の電極１３は単層カーボンナノチューブ分散液に接していない。
以下、第１の実施形態と同様にして、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる単層カーボンナノチューブの混合物を、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離する。
本実施形態のナノカーボンの分離方法は、上述の第１〜第３の実施形態にも適用できる。
以上、単層カーボンナノチューブの混合物を、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離する場合に適用することができる実施形態を説明したが、多層カーボンナノチューブの混合物、二層カーボンナノチューブの混合物、グラフェンの混合物等を分離する場合にも、本発明を適用することができる。
本発明のナノカーボン分離装置は、ナノカーボンの混合物の分離において、分離に要する時間を短縮することができる。
１０，１００，２００・・・ナノカーボン分離装置、
１１・・・分離槽、
１２，２０２・・・第１の電極、
１３，２０３・・・第２の電極、
１４，１０１・・・多孔質構造物、
３０・・・ナノカーボンの分散液、
５０・・・切断刃、
１０２・・・粒子、
１０３・・・電極粒子、
１１０・・・電極粒子、
２０４，２０５・・・導線。

Claims (7)

  1. ナノカーボンを含む分散液を収容する分離槽と、
    前記分離槽内の上部に設けられた第１の電極と、
    前記分離槽内の下部に設けられた第２の電極と、
    前記分離槽内にて前記第１の電極と前記第２の電極の間に設けられた多孔質構造物と、を備えることを特徴とするナノカーボン分離装置。
  2. 前記多孔質構造物は、スポンジからなることを特徴とする請求項１に記載のナノカーボン分離装置。
  3. 前記多孔質構造物は、複数の粒子の集合体であることを特徴とする請求項１に記載のナノカーボン分離装置。
  4. 前記第１の電極および前記第２の電極は、前記粒子と該粒子の表面に形成された金属膜を有する電極粒子からなることを特徴とする請求項３に記載のナノカーボン分離装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のナノカーボン分離装置を用いたナノカーボンの分離方法であって、
    前記分離槽にナノカーボンを含む分散液を注入する工程と、
    前記第１の電極と前記第２の電極に直流電圧を印加し、前記分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する工程と、を有することを特徴とするナノカーボンの分離方法。
  6. 前記分散液を注入する工程において、前記分離槽の下部から順に、界面活性剤の水溶液からなる層、前記分散液からなる層、水からなる層を形成し、前記第１の電極を前記水からなる層のみに接触させ、前記第２の電極を前記水溶液からなる層のみに接触させることを特徴とするナノカーボンの分離方法。
  7. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のナノカーボン分離装置を用いたナノカーボンの回収方法であって、
    前記ナノカーボン分離装置による分離操作が終了した後、前記多孔質構造物を、金属型ナノカーボンを多く含む領域Ａと半導体型ナノカーボンを多く含む領域Ｂとに分割し、前記領域Ａから前記金属型ナノカーボンを回収し、前記領域Ｂから前記半導体型ナノカーボンを回収することを特徴とするナノカーボンの回収方法。
JP2019547822A 2017-10-10 2017-10-10 ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法、ナノカーボンの回収方法 Active JP6939891B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/036717 WO2019073530A1 (ja) 2017-10-10 2017-10-10 ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法、ナノカーボンの回収方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019073530A1 true JPWO2019073530A1 (ja) 2020-07-27
JP6939891B2 JP6939891B2 (ja) 2021-09-22

Family

ID=66100513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019547822A Active JP6939891B2 (ja) 2017-10-10 2017-10-10 ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法、ナノカーボンの回収方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11383983B2 (ja)
JP (1) JP6939891B2 (ja)
WO (1) WO2019073530A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019073876A1 (ja) * 2017-10-10 2019-04-18 日本電気株式会社 ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法
JP2023077661A (ja) * 2021-11-25 2023-06-06 日本電気株式会社 ボロメータ及びその製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008055375A (ja) * 2006-09-01 2008-03-13 Osaka Univ 単層カーボンナノチューブの分離方法
WO2008143281A1 (ja) * 2007-05-21 2008-11-27 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology カーボンナノチューブの高効率分離法
WO2010150808A1 (ja) * 2009-06-23 2010-12-29 日本電気株式会社 ナノカーボン材料の分離方法、分離装置、及び分離済ナノカーボン分散溶液
JP2012036041A (ja) * 2010-08-06 2012-02-23 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology カーボンナノチューブの安価な分離方法と分離材並びに分離容器
JP2017001919A (ja) * 2015-06-12 2017-01-05 日本電気株式会社 ナノカーボンの分離方法および分離装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7867468B1 (en) * 2008-02-28 2011-01-11 Carbon Solutions, Inc. Multiscale carbon nanotube-fiber reinforcements for composites
KR101616017B1 (ko) * 2008-07-03 2016-04-27 유씨엘 비즈니스 피엘씨 나노 물질의 분리 방법
JP5717233B2 (ja) 2010-02-16 2015-05-13 独立行政法人産業技術総合研究所 単層カーボンナノチューブの分離方法、分離装置、分離済単層カーボンナノチューブ含有ミセル分散溶液

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008055375A (ja) * 2006-09-01 2008-03-13 Osaka Univ 単層カーボンナノチューブの分離方法
WO2008143281A1 (ja) * 2007-05-21 2008-11-27 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology カーボンナノチューブの高効率分離法
WO2010150808A1 (ja) * 2009-06-23 2010-12-29 日本電気株式会社 ナノカーボン材料の分離方法、分離装置、及び分離済ナノカーボン分散溶液
JP2012036041A (ja) * 2010-08-06 2012-02-23 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology カーボンナノチューブの安価な分離方法と分離材並びに分離容器
JP2017001919A (ja) * 2015-06-12 2017-01-05 日本電気株式会社 ナノカーボンの分離方法および分離装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP6939891B2 (ja) 2021-09-22
US11383983B2 (en) 2022-07-12
WO2019073530A1 (ja) 2019-04-18
US20200325023A1 (en) 2020-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6488900B2 (ja) ナノカーボンの分離方法および分離装置
JP5717233B2 (ja) 単層カーボンナノチューブの分離方法、分離装置、分離済単層カーボンナノチューブ含有ミセル分散溶液
JP2008055375A (ja) 単層カーボンナノチューブの分離方法
CN106920700A (zh) 一种功能化的氧化石墨烯/细菌纤维素/碳纳米管复合膜制备方法及其应用
JPWO2019073530A1 (ja) ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法、ナノカーボンの回収方法
JP6212677B1 (ja) 単層カーボンナノチューブ分離装置、単層カーボンナノチューブ分離方法
JP6766944B2 (ja) ナノカーボンの分離方法
JP6954364B2 (ja) ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法、電極管
US11857926B2 (en) Nanocarbon separation apparatus and nanocarbon separation method
JP6852801B2 (ja) ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法、ナノカーボンの回収方法
JP6950743B2 (ja) ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法
JP7052805B2 (ja) ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法
JP6237966B1 (ja) ナノカーボンの分離方法及び精製方法
Shang et al. Synthesis of the water-processable all-carbon composites of pristine graphene and graphene oxide through a simple one-step co-exfoliation method and application to supercapacitor
JP7201244B2 (ja) ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法
US20200277194A1 (en) Nanocarbon separation method and nanocarbon separation apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200129

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210209

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210326

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: 20210803

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210816

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6939891

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150