NO326763B1 - Fremgangsmate og innretning til fremstilling av fullerener - Google Patents

Fremgangsmate og innretning til fremstilling av fullerener Download PDF

Info

Publication number
NO326763B1
NO326763B1 NO19995970A NO995970A NO326763B1 NO 326763 B1 NO326763 B1 NO 326763B1 NO 19995970 A NO19995970 A NO 19995970A NO 995970 A NO995970 A NO 995970A NO 326763 B1 NO326763 B1 NO 326763B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
plasma
reaction chamber
fullerenes
separator
temperature
Prior art date
Application number
NO19995970A
Other languages
English (en)
Other versions
NO995970L (no
NO995970D0 (no
Inventor
Yvan Schwob
Original Assignee
Armines
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 Armines filed Critical Armines
Publication of NO995970D0 publication Critical patent/NO995970D0/no
Publication of NO995970L publication Critical patent/NO995970L/no
Publication of NO326763B1 publication Critical patent/NO326763B1/no

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J19/088Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/152Fullerenes
    • C01B32/154Preparation
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/42Plasma torches using an arc with provisions for introducing materials into the plasma, e.g. powder, liquid
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894Processes carried out in the presence of a plasma
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00Nanotechnology
    • Y10S977/70Nanostructure
    • Y10S977/734Fullerenes, i.e. graphene-based structures, such as nanohorns, nanococoons, nanoscrolls or fullerene-like structures, e.g. WS2 or MoS2 chalcogenide nanotubes, planar C3N4, etc.
    • Y10S977/742Carbon nanotubes, CNTs
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00Nanotechnology
    • Y10S977/70Nanostructure
    • Y10S977/832Nanostructure having specified property, e.g. lattice-constant, thermal expansion coefficient
    • Y10S977/835Chemical or nuclear reactivity/stability of composition or compound forming nanomaterial
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00Nanotechnology
    • Y10S977/84Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/842Manufacture, treatment, or detection of nanostructure for carbon nanotubes or fullerenes
    • Y10S977/844Growth by vaporization or dissociation of carbon source using a high-energy heat source, e.g. electric arc, laser, plasma, e-beam

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og en innretning for kontinuerlig fremstilling av karbon black med et innhold av fullerener.
I det følgende er betegnelsen fullerener ment å omfatte molekulære, kjemisk homogene og stabile fullerener. Representanter for denne gruppe fullerener er C6o>C70eller Cg4- Disse fullerener er generelt løsbare i aromatisk oppløsningsmidler.
En spesielt foretrukket fulleren er C60fullerenet.
For fremstilling av karbon black som inneholder fullerener er det kjent flere metoder. Imidlertid er den oppnåelige konsentrasjon av fullerener i det dannede karbon black så lav at en fremstilling av rene fullerener bare er mulig med store omkostninger. På grunn av den resulterende høye pris for rene fullerener er interessante anvendelser i forskjellige teknologiske områder av økonomiske grunner apriori ikke mulig. F.eks. beskriver US-A 5.227.038 et apparat for et laboratorium, som tillater fremstillingen av få gram fullerener på en diskontinuerlig måte ved hjelp av en elektrisk bue mellom karbonelektroder som tjener som råmateriale. Bortsett fra det faktum at de fremstilte mengder er meget små er også konsentrasjonen av fullerenene C60i det utfelte karbon black meget lav og overskrider aldri 10% av den produserte mengde. Videre er fullerenene C60ved denne metode til stede i en blanding med høyere fullerenforbindelser som krever en kostbar fraksjonering for å oppnå isolasjon med tilstrekkelig renhet.
US-A 5.304.366 beskriver en fremgangsmåte som tillater en viss konsentrasjon av produktet, men den benytter et system for filtrering av en gassirkulasjon ved en høy temperatur, noe som er vanskelig å utføre i praksis.
EP-B1 0 682 561 beskriver en generell metode for fremstilling av karbon black med en nanostruktur som defineres ved innvirkningen av et gassformet plasma på karbon ved høy temperatur. I produktserier som er dannet på denne måten kan fullerener bli oppnådd på en kontinuerlig teknisk måte ved en tilfredsstillende behandlingstemperatur.
Imidlertid er reaksjonsproduktene som fremkommer ved denne metode i henhold til EP-B1 0 682 561 meget urene og inneholder bortsett fra karbon som ikke er blitt overført til fullerener, på det beste 10% fulleren C60som en blanding med høyere fullerener.
Det var derfor det problem som ligger til grunn for oppfinnelsen å utvikle en innretning og en fremgangsmåte som tillater kontinuerlig fremstilling av karbon black med et høyt innhold av fullerener. Ifølge oppfinnelsen er det således tilveiebragt en innretning for kontinuerlig fremstilling av karbon black med et høyt innhold av fullerener som angitt i det selvstendige patentkrav 1. Fordelaktige utførelsesformer av innretningen fremgår av de uselvstendige kravene 2 til 11.
Ifølge oppfinnelsen er det også tilveiebragt en fremgangsmåte for kontinuerlig fremstilling av karbon black med et høyt innhold av fullerener som angitt i det selvstendige patentkrav 12. Fordelaktige utførelsesformer av fremgangsmåten fremgår av de uselvstendige kravene 13 til 23.
Beskrivelse av figurene:
Figur 1: viser en utførelse av innretningen ifølge oppfinnelsen, bestående i det vesentlige av en plasmareaktor 1 med et første reaksjonskammer A og et andre reaksjonskammer B, en nedstrøms varmseparator og en tilknyttet kaldseparator 3. Figur 2: viser en detalj av hodedelen av plasmareaktoren 1 omfattende i det
vesentlige det første reaksjonskammer A.
Figur 3: viser et toppriss av reaktoren 1, illustrerende en utførelse av oppfinnelsen med tre elektroder 4 fordelt med en vinkel på 120°, en sentral tilførselsinnretning 5 for det karbonholdige materiale og en varmemotstandsdyktig og varmeisolerende foring. Figur 4: viser en ytterligere utførelse av innretningen ifølge oppfinnelsen som består i det vesentlige av de samme deler som vist på figur 1, men hvor strømmen av produktene i plasmareaktoren 1 er rettet motsatt til tyngdekraften.
Innretningen ifølge oppfinnelsen består i henhold til krav 1 av følgende komponenter: a) en plasmareaktor 1 som omfatter et første reaksjonskammer A i hvilket det er innsatt to eller flere elektroder 4; idet det første reaksjonskammer A
videre innbefatter en tilførselsanordning 5 for plasmagass og de karbon-
holdige forbindelser for å lede plasmagassen og de karbonholdige forbindelser sentralt inn i reaksjonssonen, og plasmareaktoren 1 innbefatter et andre reaksjonskammer B tilstøtende til det første reaksjonskammer A, med egnede innretninger for kjøling av reaksjonsblandingen som kommer ut av reaksjonskammer A.
b) en varmseparator 2 forbundet med plasmareaktoren, og
c) en kaldseparator 3 forbundet med varmseparatoren.
Plasmareaktoren 1 består fortrinnsvis av et sylindrisk formet metallhus som, hvis
nødvendig kan være utformet med en dobbelt vegg. I denne dobbelte vegg kan det sirkulere et egnet kjølemedium. I metallhuset kan videre anordnes en isolasjon 6 som i det vesentlige består av grafitt eller i tillegg av et keramisk lag. Det første reaksjonskammer A er benyttet bare for plasmareaksjonen ved meget høy temperatur.
I henhold til oppfinnelsen er to eller flere, fortrinnsvis tre elektroder 4 innsatt i hodedelen til det første reaksjonskammer A. Elektrodene er fortrinnsvis anordnet med en vinkel til aksen slik at det i den øvre del av den første reaksjonskammer A kan danne et skjæringspunkt og de kan enkeltvis og kontinuerlig bli justert ved hjelp av ledningshylse 7. Skråstillingen i forhold til den vertikale akse er fortrinnsvis i området mellom 15° og 19°, imidlertid vil i alle tilfelle skråstillingen vært slik at en lett start av buen som dannet plasmaet er mulig og at en maksimal stabilitet for plasmaet er sikret.
Fortrinnsvis er elektrodene 4 likt fordelt slik at med tre elektroder vil man ha en vinkelavstand på 120°. Generelt benyttes plasmaelektroder som er vanlig brukt på området av fagfolk. Disse elektroder består vanligvis av en grafitt så ren som mulig i form av en sylindrisk stav som vanligvis har en diameter på noen få centimeter. Hvis nødvendig kan grafitten inneholde ytterligere elementer som har en stabiliser-ende påvirkning på plasmaet.
Elektrodene er generelt drevet med en vekselspenning mellom 50 og 500 volt. Den tilførte effekt er vanligvis i området 40kW til 150 kW. En egnet styring av elek-' trodene sørger for en konstant og stabil plasmasone. Elektrodene blir automatisk rejustert i samsvar med deres forbruk.
Tilførselsinnretning 5 tjener som mateenhet for de karbonholdige forbindelser så el som for plasmagassen. Innretningen tillater en konstant tilførsel, slik det er kjent for en fagmann, ved bruk til dette formål. Tilførselen er fortrinnsvis sentralt anbrakt i plasmasonen som styres av elektrodene. Det andre reaksjonskammer B omfatter egnede innretninger for en effektiv og selektiv kjøling av reaksjonsblandingen som kom ut fra det første reaksjonskammer A. I en foretrukket utførelse kan en tilførselsinnretning være anordnet til dette formål, som tillater for eksempel ved hjelp av en syklonvirkning en egnet fordeling av for eksempel en plasmagass eller, hvis nødvendig andre kjølemidler.
I henhold til oppfinnelsen blir reaksjonsblandingen som kom ut fra det andre reaksjonskammer ført til en varmseparator. Varmseparator 2 er fortrinnsvis utført som en isolert eller isotermisk oppvarmet syklon som inneholder i den nedre del en sluse 9 for separering av ikke flyktige komponenter, en ledning 10 for gjenvinning av ikke flyktige komponenter i plasmareaktoren 10 og i den øvre del en ledning 11 for å lede de flyktige komponenter til den kalde separator 3. Den isotermiske opp-varming av syklonen kan oppnås ved kjente trekk.
Alternativt kan varmseparatoren erstattes av et egnet varmemotstandsdyktig filter. Et slikt filter kan for eksempel bestå av varmemotstandsdyktige materialer og av et porøst keramisk materiale, en metallfritte eller grafittskum. Som i tilfelle av varmseparatoren kan ikke viste innretninger tillate en gjenvinning av separerte faste forbindelser og linjen kan være anordnet for å lede gassformede forbindelser inn i kaldseparatoren 3.
En kaldseparator 3 er forbundet til den varme separator 2, fortrinnsvis i form av en syklon som kan kjøles og som omfatter i den nedre del en sluse 12 for separering av karbon black som inneholder fullerener og i den øvre del en ledning 10 for føring av plasmagass tilbake til plasmareaktoren 1.
Kjøling av denne syklon kan gjennomføres på en standard måte, for eksempel ved hjelp av en kjølekappe som forsynes med et kjølefluid.
Ved en ytterligere utførelse av innretning ifølge oppfinnelsen kan en ledning 13 for forsyning av kjøleinnretningen for det andre reaksjonskammer B bli avgrenet fra ledningen 10.
Videre kan det også være anbrakt en innføringsinnretning 14 for det karbonholdige materiale som tillater innmating av det karbonholdige materiale via en sluse 15 inn i ledningen 10.
En videre gjenstand på foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte for fremstilling av karbon black med et høyt innhold av fullerener, som nevnt innledningsvis, av karbonholdige forbindelser i et plasma ved hjelp av den omtalte innretningen i henhold til oppfinnelsen. Oppfinnelsen vil spesielt berøre fremstillingen av karbon black med et høyt innhold av C6ofullerener.
Fortrinnsvis blir temperaturen for plasmaet innstilt slik at den størst mulige flyktig-het for det innførte karbonholdige materiale oppnås. Generelt vil minimums-temperaturen i det første reaksjonskammer A være 4000°C.
Som plasmagass benyttes fortrinnsvis en edelgass eller blanding av forskjellige edelgasser. Fortrinnsvis helium, hvis nødvendig en blanding med en annen edelgass blir benyttet. De benyttede edelgasser bør være så rene som mulig.
Som karbonholdig materiale benyttes fortrinnsvis et meget rent karbon, som er så fritt som mulig for urenheter som kan være virksomme og påvirke negativt kvaliteten til fullerenene. Urenheter som for eksempel hydrogen, oksygen eller svovel reduserer produksjonsutbyttet av fullerener og danner uønskede biprodukter. På den annen side vil enhver gassformet urenhet som er til stede i sirkulasjonen ved produksjonssyklusen bevirke en reduksjon av renheten for plasmagassen og kreve tilførsel av plasmagass i ren form for å opprettholde den opprinnelige sammensetning. Imidlertid er det også mulig å føre ren plasmagass inn i sirkulasjonen for produksjonssyklusen. Fortrinnsvis benyttes høyrene, finmalte karbonpuddere, for eksempel acetylen black, grafittpulvere, karbon black, malt pyrolytisk grafitt eller høykalsinert koks eller blandinger av de nevnte karboner. For å oppnå en optimal fordampning i plasmaet er de nevnte karbonpulvere fortrinnsvis så fine som mulig. Grovere karbonpartikler kan passere plasmasoneii uten å bli fordampet. I dette tilfelle kan en innretning i henhold til figur 4 være til nytte hvor karbonpartiklene når plasmasonen i motsatt retning av tyngdekraften.
Det karbonholdige materiale er fortrinnsvis tilført sammen med plasmagassen via tilførselsanordning 5 i plasmareaktoren.
Plasmagassene inneholder det karbonholdige materiale fortrinnsvis i en mengde fra 0,1 kg/m<3>til 5 kg/m<3.>
Reaksjonsb landingen som dannes i reaksjonskammer et A er, som allerede nevnt ovenfor, med tilstrekkelig effektivitet kjølt i det andre reaksjonskammer B til å holde den ved en temperatur fortrinnsvis mellom 1000°C og 2700°C over et bestemt tidsrom, for generell fraksjonering i løpet av en tid fra brøkdeler av et sekund opp til et sekund. I denne fase vil de gassformede karbonmolekyler som kommer ut fra det første reaksjonskammer A rekombineres til fullerenene, som er nevnt innledningsvis.
Kjølingen oppnås, som vist ovenfor, ved hjelp av egnede kjøleinnretninger, fortrinnsvis ved en homogen fordeling av en bestemt mengde kald plasmagass i det andre reaksjonskammer B. Denne kalde plasmagass er fortrinnsvis oppnådd ut fra den resirkulerende plasmagass. Ved utløpet av det andre reaksjonskammer B består blandingen i det vesentlige av plasmagass, de ønskede fullerener i gassformet tilstand, en fraksjon av ikke omdannede råmateriale og av ikke fordampbare fullerener.
I varmseparator 2, som er, slik det er vist ovenfor, utformet som en syklon blir de faste andeler separert fra gassformede deler ved hjelp av syklonvirkningen. Det ønskede fulleren, som selv er flyktig kan derfor separeres med et utbytte opp til 90% fra de andre ikke flyktige kabonforbindelsr.
Varmseparatoren 2 holdes ved hjelp av kjente innretninger isotermisk ved en temperatur fortrinnsvis mellom 600°C til 1000°C for å unngå enhver kondensasjon av de ønskede fullerener i dens deler.
En sluse 9 ved bunnen av varmseparatoren 2 tillater føring av karbonet som ikke ble omdannet til de ønskede fullerener, tilbake til gassirkulasjonen for eksempel ved hjelp av en blåsemotor.
Det ovenfor nevnte, men ikke i detalj forklarte filter kan oppfylle den samme virkning som den ovenfor omtalte varmseparator.
En kaldseparator 3 følger varmseparatoren 2. Denne kaldseparatoren er ved hjelp
av kjente midler kjølt til en temperatur som er tilstrekkelig for kondensering av det
ønskede fullerenet, fortrinnsvis ved en temperatur i området fra romtemperatur og opp til 200°C.
Ved utløpet fra kaldseparatoren 3 oppsamles generelt et pulverlignende materiale som inneholder karbon black med en fraksjon av de ønskede fullerener opp til 40%.
Takket være slusen 12 vil karbon black med de oppsamlede ønskede fullerener kunne tas fra prosessen og utsettes for videre rensing. Den videre rensing kan gjennomføres i samsvar med en kjent metode, for eksempel ved ekstraksjon (Dresselhaus et al., Science of Fullerenes and Carbon Nanotubes, Academic Press, 1996, kapitel 5, side 11, særlig kapitel 5.2 og 5.3).
Plasmagassen som kommer fra kaldseparatoren 3 kan føres tilbake, for eksempel ved hjelp av blåsemotor via ledning 10 til plasmareaktoren 1.
Gren 13 på denne ledning 10 tillater føring av en del av den kalde strøm tilbake til det andre reaksjonskammer B for kjøling av reaksjonsblandingen.
De følgende eksempler illustrerer gjenstanden for oppfinnelsen, imidlertid uten begrensing av dens omfang til eksemplene.
Eksempler:
Eksempel 1
Innretningen består av en sylindrisk reaktor med en indre diameter på 300 mm, en høyde på 150 cm og en dobbeltvegget kjølemantel med vannsirkulasjon. Mellom grafittfdringen og den indre vegg i trykkammeret er det anordnet et isolerende lag av grafittskum. Tre grafittelektroder med en diameter på 20 mm er plassert med en glidende innretning gjennom reaktordekselet ved hjelp av ledningshylser som innsettes i elektrisk isolerende sokler. En sentral ledning med en diameter på 3 mm tjener for innføring av grafittsuspensjon i den plasmagene gass. Plasmagassen er rent helium som holdes i sirkulasjon.
Elektrodene tilføres en vekselspenning slik at den tilførte effekt er 100 kW.
Ved hjelp av en trefaset styring av den type som brukes i en bueovn oppnås relativt konstante elektriske egenskaper på plasmanivået. På denne måten holdes en plasmatemperatur på ca. 5000°C i reaksjonskammeret A.
Reaksjonskammeret B er utstyrt med en kaldgass som føres tilbake for å holde temperaturen på en verdi av ca. 1600°.
Råmaterialet er mikronisert grafitt av typen TIMREX® KS 6 FRA Timcal AG, CH-Sins. Med mengde gass på 10 m<3>/t på høyde med innløpet til reaktoren og en materialtilsetning på 10 kg/t blir det oppnådd en permanent tilstand etter en driftstid på en time. I varmseparatoren 2 som holdes på en temperatur på 800°C ble 8kg/t av ikke flyktig karbonforbindelser separert via slusene 9 og gjenvunnet. Det ble funnet at ca. 6% av de innførte karbon ble ved disse betingelser omdannet til gassformede fullerener C6o-Med en effektivitet for varmseparatoren på ca. 90° ble fullerenet C6oi liten grad blandet med ikkeflyktige karbonforbindelse og helium. Denne aerosol ble overført til kaldseparatoren 3 som ble holdt på en temperatur på 150°C.
Produktet som ble oppsamlet ved bunnen av kaldseparatoren 3 ble ved konstant drift fjernet fra slusen 12 i en mengde på 2 kg/t og besto av 30% fulleren C6osom blanding med ikke omdannet karbon.
Det oppnådde produkt kan bli benyttet i denne tilstand, imidlertid ble det renset i henhold til Desselhaus et al., Science of Fullerenes and Carbon nanotubes, Academic Press, 1996, kapitel 5, side 11, særlig kapitel 5.2 og 5.3, ved ekstraksjon med toluol. Produksjonseksempelet tillater fremstilling av 0,6 kg/t av ren fulleren C60-
Eksempel 2
Fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble gjentatt, idet bare helium ble erstattet med argon. Under disse betingelser kunne det oppnås rent fulleren C6oi en mengde på 0,4 kg/t etter rensing.
Eksempel 3
Fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble gjentatt, idet bare varmseparatoren 2 ble erstattet av et filter av porøst keramisk materiale. Gasstrømmen som kom fra filteret og ble ført inn i den kalde separator 3 besto bare av helium blandet med gassform fulleren C6o- Effektiviteten på filteret var tilnærmet 90%. I henhold til denne fremgangsmåte kunne det oppnås rent fulleren C6oetter rensing, med en mengde på 0,6 kg/t.
Eksempel 4
Fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble gjentatt, idet bare det mikroniserte grafittet ble erstattet av høyren acetylensot fra firmaet SN2A, F-Berre 1'Etang. Med denne metode kunne det oppnås ren fulleren Céomed en mengde på 0,8 kg/t etter rensing.
Eksempel 5
Fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble gjentatt, idet bare det mikroniserte grafitt ble erstattet med en høyren avgasset pyrolytisk grafitt av typen ENSACO Super P fra firmaet MMM-Carbon, B-Brussel. Med denne metode ble det oppnådd rent fulleren C6omed en mengde på 0,7 kg/t, etter rensing.

Claims (23)

1. Innretning for kontinuerlig fremstilling av karbon black med et høyt innhold av fullerener, fra karbonholdige forbindelser i et plasma,karakterisert vedat den består av: a) en plasmareaktor (1) som omfatter et første reaksjonskammer (A) i hvilket det er innsatt to eller flere elektroder (4), idet det første reaksjonskammer (A) videre innbefatter en tilførselsanordning (S) for plasmagass og de karbonholdige forbindelser, for å lede plasmagassen og de karbonholdige forbindelser sentralt inn i reaksjonssonen, og plasmareaktoren (1) innbefatter et andre reaksjonskammer (B) tilstøtende til det første reaksjonskammer (A), med egnede innretninger for kjøling av reaksjonsblandingen som kommer ut av første reaksjonskammer (A), b) en varmseparator (2) forbundet med plasmareaktoren (1), og c) en kaldseparator (3) forbundet med varmseparatoren (2).
2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert vedat plasmareaktoren (1) er utstyrt med en varmemotstandsdyktig og varmeisolerende foring (6).
3. Innretning ifølge krav 2, karakterisert vedat foringen (6) består av grafitt.
4. Innretning ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert vedat de to eller flere elektroder (4) er anordnet med en vinkel til aksen på en slik måte at de i den øvre del av det første reaksjonskammer (A) danner et skjæringspunkt og at de er enkeltvis innstillbare i retningen av deres akser ved hjelp av ledningshylser (7) som er innsatt i reaksjonskammeret.
5. Innretning til krav 4, karakterisert vedat det er benyttet tre elektroder (4), som er drevet med en trefasevekselspenning og består av grafitt.
6. Innretning ifølge et av kravene 1-5, karakterisert vedat det er anbrakt et tilførselsarrangement (8) for plasmagass som kjøleinnretning.
7. Innretning ifølge et av kravene 1-6, karakterisert vedat varmseparatoren (2) er utformet som en isotermisk oppvarmbar syklon, som omfatter i den nedre delen en sluse (9) for separering av ikke flyktige forbindelser og en ledning (10) for føring av de ikke-flyktige forbindelser tilbake til plasmareaktoren (1) og en ledning (11) i den øvre del for føring av de flyktige forbindelsene til kaldseparatoren (3).
8. Innretning ifølge et av kravene 1-7, karakterisert vedat varmseparatoren (2) er utformet som et varmemotstandsdyktig filter.
9. Innretning ifølge et av kravene 1-8, karakterisert vedat kaldseparatoren (3) er utformet som en syklon som kan kjøles, innbefattende i den nedre del en sluse (12) for separering av karbon black som inneholder fullerener og i den øvre delen en ledning (10) for føring av plasmagass tilbake til plasmareaktoren (1).
10. Innretning ifølge krav 9, karakterisert vedat en ledning (13), som er utformet som en tilførsel av plasmagass til det andre reaksjonskammer B er avgrenet fra ledningen (10) anordnet for føring av plasmagass tilbake til plasmareaktoren.
11. Innretning ifølge et av kravene 1-10, karakterisert vedat det foreligger en innføringsinnretning (14) for det karbonholdige materiale, som tillater innmating av det karbonholdige materialet via en sluse (15) til ledningen (10).
12. Fremgangsmåte for kontinuerlig fremstilling av karbon black med et høyt innhold av fullerener, karakterisert vedat karbonholdige forbindelser i et plasma omdannes ved hjelp av en innretning i henhold til et av kravene 1-11.
13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert vedat det fremstilles kjemisk homogene, stabile fullerener.
14. Fremgangsmåte ifølge krav 12 og 13,karakterisert vedat det fremstilles fullerenene C6o, C70eller Cs4eller blandinger av disse fullerener.
15. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 12-14,karakterisert vedat plasmatemperaturen i det første reaksjonskammeret (A) er en minimumstemperatur på 4000°C.
16. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 12-15,karakterisert vedat en edelgass eller blanding av forskjellige edelgasser benyttes som plasmagass.
17. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 12-16,karakterisert vedat helium benyttes som plasmagass.
18. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 12-17,karakterisert vedat det benyttes et høyrent karbon, for eksempel acetylen black, grafittpulver, karbon black, malt pyrolytisk grafitt eller høykalsinert koks eller blandinger av de nevnte karboner, som karbonholdig materiale.
19. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 12-18,karakterisert vedat temperaturen i det andre reaksjonskammer (B) holdes ved en temperatur mellom 1000°C og 2700°C.
20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, karakterisert vedat temperaturen i det andre reaksjonskammer (B) reguleres ved tilførsel av kjøle-plasmagass fra tilførselsinnretningen (8).
21. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 12-20,karakterisert vedat varmseparatoren (2) isotermisk blir holdt ved en temperatur på 600°C til 1000°C.
22. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 12-21,karakterisert vedat kaldseparatoren (3) drives ved en temperatur i området fra romtemperatur til 200°C.
23. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 12-22,karakterisert vedat det fremstilles et karbon black med et høyt innhold av C6ofullerener.
NO19995970A 1997-06-06 1999-12-03 Fremgangsmate og innretning til fremstilling av fullerener NO326763B1 (no)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9707011A FR2764280B1 (fr) 1997-06-06 1997-06-06 Procede pour la fabrication de carbone 60
PCT/EP1998/003399 WO1998055396A1 (de) 1997-06-06 1998-06-05 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von fullerenen

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO995970D0 NO995970D0 (no) 1999-12-03
NO995970L NO995970L (no) 2000-02-04
NO326763B1 true NO326763B1 (no) 2009-02-09

Family

ID=9507682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO19995970A NO326763B1 (no) 1997-06-06 1999-12-03 Fremgangsmate og innretning til fremstilling av fullerener

Country Status (15)

Country Link
US (1) US6358375B1 (no)
EP (1) EP0991590B1 (no)
JP (1) JP4001212B2 (no)
KR (1) KR100533370B1 (no)
CN (1) CN1113807C (no)
AT (1) ATE240263T1 (no)
AU (1) AU738497B2 (no)
CA (1) CA2293547C (no)
DE (1) DE59808373D1 (no)
DK (1) DK0991590T3 (no)
ES (1) ES2201513T3 (no)
FR (1) FR2764280B1 (no)
NO (1) NO326763B1 (no)
PT (1) PT991590E (no)
WO (1) WO1998055396A1 (no)

Families Citing this family (63)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE310054T1 (de) * 2000-09-19 2005-12-15 Vorrichtung und verfahren zur umwandlung eines kohlenstoffhaltigen rohstoffs in kohlenstoff mit einer definierten struktur
CA2385802C (en) * 2002-05-09 2008-09-02 Institut National De La Recherche Scientifique Method and apparatus for producing single-wall carbon nanotubes
CA2500142C (en) 2002-07-03 2012-05-22 Nano-C, Inc. Separation and purification of fullerenes
WO2004038037A2 (en) * 2002-09-20 2004-05-06 Intel Corporation Controlled alignment of nano-barcodes encoding specific information for scanning probe microscopy (spm) reading
US7361821B2 (en) * 2002-09-20 2008-04-22 Intel Corporation Controlled alignment of nanobarcodes encoding specific information for scanning probe microscopy (SPM) reading
US20040124093A1 (en) * 2002-10-16 2004-07-01 Dal-Young Jung Continuous production and separation of carbon-based materials
US7606403B2 (en) * 2002-10-17 2009-10-20 Intel Corporation Model-based fusion of scanning probe microscopic images for detection and identification of molecular structures
DE10312494A1 (de) * 2003-03-20 2004-10-07 Association pour la Recherche et le Développement des Méthodes et Processus Industriels (Armines) Kohlenstoff-Nanostrukturen und Verfahren zur Herstellung von Nanoröhren, Nanofasern und Nanostrukturen auf Kohlenstoff-Basis
US20050064435A1 (en) * 2003-09-24 2005-03-24 Xing Su Programmable molecular barcodes
US7641882B2 (en) * 2003-09-30 2010-01-05 Massachusetts Institute Of Technology Fullerenic structures and such structures tethered to carbon materials
KR20060133974A (ko) * 2003-10-16 2006-12-27 더 유니버시티 오브 아크론 탄소 나노섬유 기판 상의 탄소 나노튜브
SG111177A1 (en) * 2004-02-28 2005-05-30 Wira Kurnia Fine particle powder production
US7669349B1 (en) 2004-03-04 2010-03-02 TD*X Associates LP Method separating volatile components from feed material
US20080226835A1 (en) * 2004-03-23 2008-09-18 Yasuhiko Kasama Production Method of Material Film and Production Apparatus of Material Film
US20060127285A1 (en) * 2004-12-10 2006-06-15 Von Drasek William A Method and apparatus for flameless carbon black deposition
JP2006169002A (ja) * 2004-12-13 2006-06-29 Nikkiso Co Ltd 分別捕集装置、および分別捕集方法
US7736818B2 (en) 2004-12-27 2010-06-15 Inphase Technologies, Inc. Holographic recording medium and method of making it
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
KR100793154B1 (ko) * 2005-12-23 2008-01-10 주식회사 포스코 고주파 플라즈마를 이용한 은나노 분말 제조방법
CN100488872C (zh) * 2006-02-24 2009-05-20 厦门大学 碳簇合成装置
US9034297B2 (en) 2006-06-08 2015-05-19 Directa Plus S.P.A. Production of nano-structures
JP5318463B2 (ja) * 2008-05-27 2013-10-16 住友金属鉱山株式会社 微粒子の製造方法およびそれに用いる製造装置
DE102010015891A1 (de) 2010-03-09 2011-09-15 Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft Mbh Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung nanoskaliger partikulärer Feststoffe und Plasmabrenner
US20140150970A1 (en) 2010-11-19 2014-06-05 Ppg Industries Ohio, Inc. Structural adhesive compositions
US8796361B2 (en) 2010-11-19 2014-08-05 Ppg Industries Ohio, Inc. Adhesive compositions containing graphenic carbon particles
US9761903B2 (en) 2011-09-30 2017-09-12 Ppg Industries Ohio, Inc. Lithium ion battery electrodes including graphenic carbon particles
US9832818B2 (en) 2011-09-30 2017-11-28 Ppg Industries Ohio, Inc. Resistive heating coatings containing graphenic carbon particles
US10763490B2 (en) 2011-09-30 2020-09-01 Ppg Industries Ohio, Inc. Methods of coating an electrically conductive substrate and related electrodepositable compositions including graphenic carbon particles
US10240052B2 (en) 2011-09-30 2019-03-26 Ppg Industries Ohio, Inc. Supercapacitor electrodes including graphenic carbon particles
US9574094B2 (en) 2013-12-09 2017-02-21 Ppg Industries Ohio, Inc. Graphenic carbon particle dispersions and methods of making same
US9938416B2 (en) 2011-09-30 2018-04-10 Ppg Industries Ohio, Inc. Absorptive pigments comprising graphenic carbon particles
US9988551B2 (en) 2011-09-30 2018-06-05 Ppg Industries Ohio, Inc. Black pigments comprising graphenic carbon particles
US10294375B2 (en) 2011-09-30 2019-05-21 Ppg Industries Ohio, Inc. Electrically conductive coatings containing graphenic carbon particles
US8486363B2 (en) * 2011-09-30 2013-07-16 Ppg Industries Ohio, Inc. Production of graphenic carbon particles utilizing hydrocarbon precursor materials
US9475946B2 (en) 2011-09-30 2016-10-25 Ppg Industries Ohio, Inc. Graphenic carbon particle co-dispersions and methods of making same
JP5926920B2 (ja) * 2011-10-19 2016-05-25 一般財団法人ファインセラミックスセンター 粒子捕集装置及び噴霧熱分解装置
RU2496713C2 (ru) * 2011-10-31 2013-10-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение "ВЫСОКОГОРНЫЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ" (ФГБУ ВГИ) Способ получения углеродных наноструктурных материалов
US11430979B2 (en) 2013-03-15 2022-08-30 Ppg Industries Ohio, Inc. Lithium ion battery anodes including graphenic carbon particles
US20160068395A1 (en) * 2013-03-15 2016-03-10 Luna Innovations Incorporated Methods and Devices for the Synthesis of Metallofullerenes
US11939477B2 (en) 2014-01-30 2024-03-26 Monolith Materials, Inc. High temperature heat integration method of making carbon black
US10138378B2 (en) 2014-01-30 2018-11-27 Monolith Materials, Inc. Plasma gas throat assembly and method
US10370539B2 (en) * 2014-01-30 2019-08-06 Monolith Materials, Inc. System for high temperature chemical processing
US10100200B2 (en) 2014-01-30 2018-10-16 Monolith Materials, Inc. Use of feedstock in carbon black plasma process
US9574086B2 (en) 2014-01-31 2017-02-21 Monolith Materials, Inc. Plasma reactor
PL3100597T3 (pl) 2014-01-31 2023-10-23 Monolith Materials, Inc. Palnik plazmowy z elektrodami grafitowymi
JP6277844B2 (ja) * 2014-04-21 2018-02-14 Jfeエンジニアリング株式会社 ナノ粒子材料製造装置
JP6337354B2 (ja) * 2015-01-20 2018-06-06 パナソニックIpマネジメント株式会社 微粒子製造装置及び微粒子製造方法
MX2017009982A (es) 2015-02-03 2018-01-25 Monolith Mat Inc Metodo y dispositivo de enfriamiento regenerativo.
CA3032246C (en) 2015-07-29 2023-12-12 Monolith Materials, Inc. Dc plasma torch electrical power design method and apparatus
EP3350855A4 (en) 2015-09-14 2019-08-07 Monolith Materials, Inc. CARBON BLACK FROM NATURAL GAS
JP6590203B2 (ja) * 2015-11-12 2019-10-16 パナソニックIpマネジメント株式会社 微粒子製造装置及び微粒子製造方法
US10377928B2 (en) 2015-12-10 2019-08-13 Ppg Industries Ohio, Inc. Structural adhesive compositions
JP6512484B2 (ja) * 2016-03-25 2019-05-15 パナソニックIpマネジメント株式会社 微粒子製造装置及び製造方法
CA3060482C (en) 2016-04-29 2023-04-11 Monolith Materials, Inc. Secondary heat addition to particle production process and apparatus
CN109642090A (zh) 2016-04-29 2019-04-16 巨石材料公司 炬针方法和设备
CA3055830A1 (en) 2017-03-08 2018-09-13 Monolith Materials, Inc. Systems and methods of making carbon particles with thermal transfer gas
JP6924944B2 (ja) * 2017-04-05 2021-08-25 パナソニックIpマネジメント株式会社 微粒子製造装置及び微粒子製造方法
CN115637064A (zh) 2017-04-20 2023-01-24 巨石材料公司 颗粒系统和方法
CA3116989C (en) 2017-10-24 2024-04-02 Monolith Materials, Inc. Particle systems and methods
JP7056535B2 (ja) * 2018-12-04 2022-04-19 トヨタ自動車株式会社 改質カーボン粒子の製造方法、改質カーボン粒子、及び改質カーボン粒子を含む燃料電池用触媒層
KR102508756B1 (ko) * 2020-11-02 2023-03-10 재단법인 한국탄소산업진흥원 플라즈마 처리와 열분해 복합화를 이용한 아세틸렌 블랙 제조장치
KR20220060043A (ko) * 2020-11-02 2022-05-11 재단법인 한국탄소산업진흥원 개선된 반응원료 주입 구조를 갖는 아세틸렌 블랙 제조장치
SE545144C2 (en) * 2021-04-28 2023-04-11 Saltx Tech Ab Electric arc calciner

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62500290A (ja) * 1984-09-27 1987-02-05 リ−ジエンツ オブ ザ ユニバ−シイテイ オブ ミネソタ 連続的ガスジェットを生じる複数ア−クのプラズマ装置
JPH05124807A (ja) * 1991-08-07 1993-05-21 Mitsubishi Kasei Corp フラーレン類の製造方法
US5227038A (en) * 1991-10-04 1993-07-13 William Marsh Rice University Electric arc process for making fullerenes
JPH05116923A (ja) * 1991-10-29 1993-05-14 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd フラーレン類の製造方法
US5304366A (en) * 1991-12-24 1994-04-19 Sri International Process and apparatus for producing and separating fullerenes
WO1993023331A1 (en) * 1992-05-15 1993-11-25 Lane David R Iii Plasma method for the production of fullerenes
US5876684A (en) * 1992-08-14 1999-03-02 Materials And Electrochemical Research (Mer) Corporation Methods and apparati for producing fullerenes
DE4243566A1 (de) * 1992-12-22 1994-06-23 Hoechst Ag Verfahren zur Direkt-Gewinnung von kristallinen Fullerenen aus Fullerengas-Ruß-Gemischen
DE4302144C2 (de) * 1993-01-27 1996-01-25 Lipprandt Michael Dipl Ing Verfahren zur Erzeugung von Kohlenstoff-Fullerenen aus kohlenstoffhaltigen festen Rohstoffen und Vorrichtung dazu
FR2701267B1 (fr) 1993-02-05 1995-04-07 Schwob Yvan Procédé pour la fabrication de suies carbonées à microstructures définies.
US5326644A (en) * 1993-02-05 1994-07-05 Avery Dennison Corporation Repulpable pressure-sensitive adhesive compositions
DE4319049A1 (de) * 1993-06-08 1994-12-15 Hoechst Ag Verfahren zur Abtrennung von Fulleren aus fullerenhaltigem Ruß

Also Published As

Publication number Publication date
CN1113807C (zh) 2003-07-09
CN1259105A (zh) 2000-07-05
DE59808373D1 (de) 2003-06-18
AU8436898A (en) 1998-12-21
PT991590E (pt) 2003-09-30
DK0991590T3 (da) 2003-09-15
EP0991590A1 (de) 2000-04-12
JP4001212B2 (ja) 2007-10-31
KR20010013476A (ko) 2001-02-26
US6358375B1 (en) 2002-03-19
NO995970L (no) 2000-02-04
CA2293547A1 (en) 1998-12-10
FR2764280B1 (fr) 1999-07-16
CA2293547C (en) 2008-08-05
ATE240263T1 (de) 2003-05-15
NO995970D0 (no) 1999-12-03
JP2002504057A (ja) 2002-02-05
ES2201513T3 (es) 2004-03-16
EP0991590B1 (de) 2003-05-14
AU738497B2 (en) 2001-09-20
WO1998055396A1 (de) 1998-12-10
FR2764280A1 (fr) 1998-12-11
KR100533370B1 (ko) 2005-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO326763B1 (no) Fremgangsmate og innretning til fremstilling av fullerener
CN1062914C (zh) 生产镁的方法
US20220363550A1 (en) Silica to high purity silicon production process
GB1565065A (en) Carbothermal production of aluminium
US6521003B2 (en) Treatment of solid carbonaceous material
NO157553B (no) Fremgangsmaate og anordning til oppvarming av et fluidisert skikt ved innblaasning av plasma, til bruk ved syntese av nitrogenoksyder, forgasning av et karbonholdig stoff og reduksjon av malmer.
WO1993023331A1 (en) Plasma method for the production of fullerenes
US3649189A (en) Preparation of finely particulate silicon oxides
US3607221A (en) Carbothermic production of aluminum
US3232706A (en) Method of making submicron size nitrides and carbides
US4481031A (en) Manufacture of aluminium-silicon alloys
RU2217513C2 (ru) Непрерывный способ получения алюминия
MXPA99011325A (en) Method and device for producing fullerenes
Syamaprasad et al. Studies on plasma dissociation of Indian zircon in a specially developed plasma reactor
JPH10292126A (ja) カーボンブラックの製造方法
Schoukens A plasma-arc process for the production of magnesium
JPH10168337A (ja) カーボンブラックの製造方法
US3758290A (en) Carbothermic production of aluminum
EP0765291B1 (en) Process for treating zircon
US2780527A (en) Production of graphite
JPH09241528A (ja) カーボンブラックの製造方法および装置
US2866687A (en) Process for the preparation of boron trisulfide
NO144053B (no) Klokke-ringemaskin.
JP2004067490A (ja) フラーレン類の製造方法
NO147746B (no) Karbonholdig, sub-mikront titandiboridpulver samt fremgangsmaate for fremstilling derav

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Lapsed by not paying the annual fees