WO2007007613A1 - 炭素混合物製造方法、炭素混合物製造装置、炭素混合物、フラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法、フラーレン又はカーボンナノチューブ製造装置 - Google Patents

炭素混合物製造方法、炭素混合物製造装置、炭素混合物、フラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法、フラーレン又はカーボンナノチューブ製造装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2007007613A1
WO2007007613A1 PCT/JP2006/313409 JP2006313409W WO2007007613A1 WO 2007007613 A1 WO2007007613 A1 WO 2007007613A1 JP 2006313409 W JP2006313409 W JP 2006313409W WO 2007007613 A1 WO2007007613 A1 WO 2007007613A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
carbon
containing particles
particles
contact
chemical solution
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/313409
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tetsuro Nishimoto
Kiyohiro Nishimoto
Kenichi Kojima
Masaru Tachibana
Naohiro Fujikawa
Original Assignee
Juon Co., Ltd.
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 Juon Co., Ltd. filed Critical Juon Co., Ltd.
Priority to JP2007524596A priority Critical patent/JPWO2007007613A1/ja
Publication of WO2007007613A1 publication Critical patent/WO2007007613A1/ja

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • 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
    • C01B32/154—Preparation
    • 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
    • C01B32/16—Preparation

Definitions

  • Carbon mixture production method carbon mixture production device, carbon mixture, fullerene or carbon nanotube production method, fullerene or carbon nanotube production device
  • the present invention relates to a carbon mixture produced from a collected carbon-containing particle by collecting the carbon-containing particles suspended in a gas and containing carbon, such as suspended particulate matter and particulate matter, and a production method thereof And the apparatus.
  • the present invention also relates to a fullerene or carbon nanotube production method and production apparatus using the produced carbon mixture.
  • This PM is one of the substances of particulate carbon-containing particles containing carbon, and is generally classified by particle size. PM whose particle size is below is called SPM (suspended particulate materials), and especially PM with a particle size of 2.5 nm is called PM2.5, which has a negative effect on humans and animals. It will be clear.
  • the present inventors have developed an apparatus capable of removing nitrogen oxides generated at the same time as simply removing PM efficiently (for example, see Patent Document 1).
  • vapor generated from an aqueous solution containing essential oils and carbon-containing particles in a gas stream can come into contact with nitrogen oxides, and the formed adsorbent can be collected with steel wool or the like. .
  • harmful substances such as carbon-containing particles and nitrogen oxides can be efficiently removed from the gas stream containing carbon-containing particles and nitrogen oxides.
  • fullerenes are obtained by collecting and purifying soot-like substances, ie PM, in exhaust gas discharged from gasoline engine power (see, for example, Patent Document 2).
  • fullerenes can be formed by the combustion of fossil fuels even though the amount is small.
  • a highly oriented graphite is obtained by inserting a carbon source such as acrylonitrile between the layers of montmorillonite and polymerizing the layers, and this highly oriented graphite is obtained.
  • Fullerene carbon nanotubes having a spherical or tube-like structure are produced by performing arc discharge or laser irradiation on the graphite.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-172130
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 05-186209
  • the carbon-containing particles include unburned fuel as well as a mixture of various carbons having different crystal structures. For this reason, simply recovering carbon-containing particles from the exhaust gas takes time to purify the carbon-containing particles. For example, in order to obtain a high-purity carbon mixture in a large amount by the method of Patent Document 2, purification for a long time is required.
  • a method for producing fullerenes and carbon nanotubes by irradiating a highly oriented graphite formed using montmorillonite by arc discharge and laser irradiation the montmorillonite that is a mineral is stably obtained. It is not always possible.
  • the formation of layers differs for each montmorillonite, which is a mineral, and stable and highly oriented graphite cannot be obtained, and fullerenes and carbon nanotubes may not be produced. This causes fullerenes and carbon nanotubes to be expensive.
  • the exhaust gas power simply collects the carbon-containing particles and removes the carbon mixed particles extracted by refining. Even when arc discharge or laser irradiation is performed on the compound, since it is not a highly oriented carbon mixture that forms fullerene or carbon nanotubes, fullerene or carbon nanotubes are hardly obtained.
  • the present invention relates to a method and apparatus for efficiently recovering carbon-containing particles not only by removing carbon-containing particles, and producing a high-purity carbon mixture at a low cost by refining the recovered carbon-containing particle force in a short time, and The purpose is to provide a carbon mixture. It is another object of the present invention to provide a method and apparatus for producing a highly oriented carbon mixture that can be used as a raw material for fullerenes or carbon nanotubes, and the carbon mixture.
  • the carbon mixture production method of the present invention is a carbon mixture production method for producing a carbon mixture from carbon-containing particles suspended in a gas, the chemical liquid particles increasing the particle size of the carbon-containing particles and the carbon-containing particles.
  • the step of bringing the chemical liquid particles into contact with the carbon-containing particles in the gas flowing from the contact field inlet and the contact with the chemical liquid particles increase the particle diameter. And collecting the carbon-containing particles, and purifying the collected carbon-containing particles.
  • carbon-containing particles can be efficiently recovered by bringing the particles of a chemical solution that increases the particle size of the carbon-containing particles into contact with the carbon-containing particles. Further, when the carbon-containing particles are aggregated and expanded by this chemical solution, elemental carbon in the carbon-containing particles can be collected, and a high-purity carbon mixture can be obtained by a short purification. Moreover, a highly oriented carbon mixture can be manufactured by using a chemical solution.
  • the gas is an exhaust gas discharged from an internal combustion engine by the combustion of fuel, and a chemical solution in an amount of 10 wt% or more with respect to the fuel consumption. It supplies to the said contact field, and makes the said chemical
  • a carbon mixture can be obtained.
  • a highly oriented carbon mixture can be obtained.
  • the chemical solution is hinoki, Taiwan cypress, Aomori hiba, cedar, pine, oak, beech, tea, yew, moso chita, mushroom, kumazasa, chishi mazasa, or It comprises a lipophilic component from which at least one plant power of lavender is also extracted and a hydrophilic component.
  • the chemical solution is effective for expanding the aggregation of carbon-containing particles. Therefore, the carbon-containing particles can be recovered more suitably, and more carbon mixture can be produced.
  • the chemical solution is sprayed by a one-fluid or two-fluid spray method, or an injection method, or heated to form particles of the chemical solution, It is characterized in that the chemical liquid particles are brought into contact with carbon particles. As a result, the chemical solution can be efficiently brought into contact with the carbon-containing particles in the gas. Therefore, a carbon mixture can be obtained efficiently with a carbon-containing particle force.
  • the capturing means for capturing the carbon-containing particles having a large particle diameter provided near the contact field outlet After capturing the carbon-containing particles by a capturing means for capturing the carbon-containing particles having a large particle diameter provided near the contact field outlet, the capturing The carbon-containing particles are recovered from the means. As a result, the carbon-containing particles having a large particle size can be reliably captured, and the carbon-containing particles can be recovered, so that a larger amount of carbon mixture can be produced.
  • the capturing means is a porous ceramic filter having a network structure.
  • the capturing means is removed from the vicinity of the contact field outlet after capturing the carbon-containing particles, and the captured carbon-containing particles are separated from the capturing means. As described above, the carbon-containing particles are recovered. This makes it easy to collect the carbon-containing particles that have captured the carbon-containing particles and can produce more carbon mixture.
  • a plurality of the capturing means are provided near the contact field, and the capturing means used for capturing the carbon-containing particles is switched. It is characterized by.
  • the capture means By switching the capture means to be used, it is possible to simultaneously capture the carbon-containing particles in the gas and collect the carbon-containing particles having the capture means power. In other words, capture and recovery can be performed continuously, and a carbon mixture can be produced efficiently.
  • the carbon-containing particles are collected so as to separate the capturing means force using an ultrasonic wave.
  • the carbon-containing particles can be easily separated by the capturing means force.
  • highly oriented carbon mixtures can be produced.
  • the carbon-containing particles are recovered so as to be dissolved in water and Z or alcohol and separated from the capturing means.
  • the chemical solution that increases the particle size of the carbon-containing particles is a chemical solution that contains a large amount of hydrophilic components, so it can be easily contained by using inexpensive water or alcohol that has a high affinity for hydrophilic compounds.
  • the carbon particles can be separated from the capturing means, and the carbon-containing particles can be recovered, so that more carbon mixture can be produced.
  • the carbon mixture production apparatus of the present invention is a carbon mixture production apparatus for producing a carbon mixture from carbon-containing particles suspended in a gas, wherein the chemical liquid for increasing the particle size of the carbon-containing particles, The chemical solution particles are brought into contact with the carbon-containing particles in contact with the carbon-containing particles, and the chemical solution particles are brought into contact with the carbon-containing particles in the gas flowing from the contact field inlet.
  • carbon-containing particles can be efficiently recovered by bringing the particles of the chemical solution that increases the particle size of the carbon-containing particles into contact with the carbon-containing particles. Further, when the carbon-containing particles are aggregated and expanded by this chemical solution, elemental carbon in the carbon-containing particles can be collected, and a high-purity carbon mixture can be obtained by a short purification. Moreover, a highly oriented carbon mixture can be manufactured by using a chemical solution.
  • the carbon mixture of the present invention is a contact field in which chemical particles that increase the particle size of carbon-containing particles floating in a gas and the carbon-containing particles are in contact with each other, and the gas flowing from the contact field inlet
  • the particles of the chemical solution are brought into contact with the carbon-containing particles therein, and contact with the particles of the chemical solution It is produced by collecting the carbon-containing particles whose particle size has been increased by touch and purifying the collected carbon-containing particles.
  • the carbon-containing particles are recovered by using a chemical solution that increases the particle size of the carbon-containing particles, and the recovered carbon-containing particles are produced by a short purification.
  • a highly pure and inexpensive carbon mixture is obtained.
  • this carbon mixture is highly oriented and can be used as a raw material for fullerene or carbon nanotube.
  • the fullerene or carbon nanotube production method of the present invention is a fullerene or carbon nanotube production method in which a carbon-containing particle force floating in a gas and a produced carbon mixture force are produced to produce fullerene or carbon nanotube, A step of bringing the chemical solution particles into contact with the carbon-containing particles in the gas flowing in the contact field in a contact field where the particles of the chemical solution increasing the particle size of the particles and the carbon-containing particles are in contact with each other; A step of recovering the carbon-containing particles whose particle size has been increased by contact with the particles of the chemical solution; a step of purifying the recovered carbon-containing particles; and a carbon mixture produced by purifying the carbon-containing particles.
  • the method includes a step of performing arc discharge or laser irradiation.
  • fullerenes or carbon nanotubes can be produced because a highly oriented carbon mixture is used.
  • the carbon-containing particles used as a raw material for the fullerene or carbon nanotube are generated by consumption of fossil fuel, and thus are a stable raw material. And it is cheap. Therefore, this fullerene or carbon nanotube can be supplied stably at low cost.
  • the fullerene or carbon nanotube production apparatus of the present invention is a fullerene or carbon nanotube production apparatus for producing fullerene or carbon nanotubes, both of the carbon-containing particle force floating in the gas and the produced carbon mixture force.
  • Supply means for supplying the chemical liquid particles to the contact field, recovery means for recovering the carbon-containing particles having a larger particle size by contact with the chemical liquid particles,
  • a purification means for purifying the carbon-containing particles recovered by the recovery means; and a processing means for performing arc discharge or laser irradiation on the carbon mixture produced by purifying the carbon-containing particles.
  • fullerene or carbon nanotube production apparatus of the present invention since a highly oriented carbon mixture is used, fullerene or carbon nanotube can be produced.
  • the carbon-containing particles used as a raw material for the fullerene or carbon nanotube are generated by consumption of fossil fuel, and thus are a stable raw material. And it is cheap. Therefore, this fullerene or carbon nanotube can be supplied stably at low cost.
  • the carbon mixture production method and the carbon mixture production apparatus of the present invention can efficiently recover the carbon-containing particles by bringing the particles of the chemical liquid that increases the particle size of the carbon-containing particles into contact with the carbon-containing particles. it can. Further, elemental carbon in the carbon-containing particles can be collected, and a high-purity carbon mixture can be obtained by a short time purification.
  • the carbon mixture of the present invention is produced by recovering the carbon-containing particles using a chemical solution that increases the particle size of the carbon-containing particles, and producing the collected carbon-containing particles by refining in a short time. An inexpensive carbon mixture is obtained. Further, this carbon mixture has high purity and high orientation, and can be used as a raw material for fullerene or carbon nanotube.
  • fullerene or carbon nanotube production method and fullerene or carbon nanotube production apparatus of the present invention uses a highly oriented carbon mixture, fullerene or carbon nanotube can be produced.
  • the carbon-containing particles used as a raw material for the fullerene or the single-bonn nanotube are generated by the consumption of fossil fuels, and thus are stably supplied. And it's cheap. Therefore, this fullerene or carbon nanotube can be stably supplied at low cost.
  • FIG. 1 is a block diagram relating to a carbon mixture production method of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a method for supplying a chemical solution to a contact field in the carbon mixture production method of the present invention.
  • FIG. 3 shows another example of the chemical solution supply method to the contact field in the carbon mixture production method of the present invention.
  • IV is a diagram illustrating an example of the process of capturing and collecting carbon-containing particles in a contact field in the carbon mixture production method of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining another example of the process of capturing and collecting carbon-containing particles in a contact field in the carbon mixture production method of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram relating to a method for producing fullerenes or carbon nanotubes of the present invention.
  • the present invention includes a chemical liquid that expands the particle size of the carbon-containing particles, and a contact field that brings the chemical liquid particles into contact with the carbon-containing particles.
  • the carbon-containing particles are particulate materials containing carbon particles composed of a mixture of amorphous carbon, graphite and the like, and elemental carbon showing allotropes of various carbons. Indicates.
  • These carbon-containing particles are, for example, gasoline, light oil, kerosene, heavy fuel oil A, heavy fuel oil B, heavy fuel oil C, etc. in an internal combustion engine such as a moving body such as a vehicle or ship or a generator (including a power plant) or a boiler! It is a particulate substance contained in the exhaust gas generated by burning meteorite fuel.
  • polycyclic aromatic hydrocarbons such as carbonate carbon, benzopyrene, anthracene, etc., polycyclic aromatic hydrocarbons such as 12 tropyrene, dinitropyrene, etc. Nitrogenated derivatives of aromatic hydrocarbons Chain chains such as butane, butene, hexane, hexene, octane, otaten, decane, dodecane, etc. Carboxylic acids such as adipic acid and dartaric acid, and aromatics such as benzoic acid It contains carboxylic acid and is attached around carbon particles composed of elemental carbon.
  • the high orientation indicates a state in which carbon atoms are regularly aligned in a predetermined manner and the crystal force S is properly aligned.
  • the highly oriented carbon mixture means a mixture containing highly oriented carbon, which may include amorphous carbon whose crystal structure is not defined.
  • the carbon-containing particles contained in the exhaust gas from which the internal combustion engine is also exhausted vary depending on the internal combustion engine, the fuel and the combustion conditions of the fuel, and the like. It has a size of approximately 10 ⁇ m or less floating on the surface. By bringing the chemical solution described below into contact with particles of this size, the particle size of the carbon-containing particles can be increased and the carbon-containing particles can be recovered.
  • the chemical solution contains 0.01 wt% to lwt% of a lipophilic component obtained by extraction of a plant and 20 wt% to 25 wt% of a hydrophilic component obtained by extraction of a plant.
  • the lipophilic component used in the present invention and the plant used for obtaining the hydrophilic component are not particularly limited. Power Cypress family plant, camellia plant, genus plant, grass family plant and Labiatae plant power It is preferably obtained from the plant selected.
  • the plant for obtaining the lipophilic component and the hydrophilic component is not particularly limited, but a cypress plant, a cedar plant, a beech plant, a pine plant, and a camellia plant. , Ichiyoaceae plants, Gramineae plants, and Lamiaceae plants, which are effective in increasing the particle size of carbon-containing particles.
  • cypress family examples include Aomori hiba, Japanese cypress, Taiwanese cypress, empire biyxin, Japanese cypress, murine pear, Benihi, hiba, hinokisunaro and the like.
  • Aomori-produced hiba refers to hiba from Aomori Prefecture.From this trunk, branches and leaves, etc., rosin acid a tsuyaprisin, 13 tsuyaprisin, hinokitiol, kyopsen, cedrol, carbachlor and other phenols, dipentene, sabinene, Components such as monoterpenoids, mainly borneol and sabinol, diterpenoids such as savinyl acetate, sesquiterpenoids and hibaen can be extracted.
  • Taiwan cypress is mainly produced in Taiwan. From these leaves and roots, a-vinene, j8-vinene, camphene, p-cymene, ⁇ -terbinene, d-sabinene, tervineol, linalore, Components such as Kyopsen, ⁇ -Elemene, Hiichi Cedrene, Elemonore, Bidronole, Cedroninsul, Hinokitiol, a Tsuyaprisin, Troporoid, Hinokichin can be extracted.
  • Hinoki is a Japanese special species, and components such as ⁇ -pinene, borneol, ⁇ -cadinene, ⁇ -casinoal and hinokiol can be extracted from its roots, stems and leaves.
  • cedar plants include cedar, squid cedar, sequoia, metasequoia, and the like.
  • Ingredients such as tetroflavone and d-force terol can be extracted.
  • beech examples include beech, konara, kunugi, tari, beech, sudazi and the like.
  • Beech is widely distributed in Japan, and beech oil containing flavonoids can be extracted from the trunk, branches and leaves.
  • Quercus, also known as oak is widely distributed in Japan and the Korean peninsula, and components such as oak oil, including tannes, can be extracted from the trunk, branches and leaves.
  • Examples of Pinaceae plants include Akamatsu, Kuromatsu, Goyomatsu, Larch, Todomatsu, and the like. Akamatsu is widely distributed in Japan, and from this trunk, branches and leaves, coconut oil with various components can be extracted.
  • Plants of the Camellia family include tea, camellia, Southern power, and the like. Tea contains about 300 kinds of components, from its leaves and branches, etc., cis 3-hexenol and hexanoic acid ester, trans 2-hexenoic acid ester, linalool, gera-ol, ferroethyl alcohol, Components such as cis jasmon, methyl jasmonate, and indole can be extracted.
  • Plants of the family Ichiyou include Saccharideum, Baiera, Stenophyllum, Sphaenobaiera and the like.
  • yew iodo oil having various components from yew ivy leaves belonging to the order of yew ivy from the East Asian region.
  • Examples of gramineous plants include borage mushrooms, oyster mushrooms, suzutake mushrooms, moso sochita, mushrooms, kumazasa, chishimazasa, azmazasa, okamezasa and the like.
  • bamboo oil which has various components, can be extracted from leaves, etc., mainly for Horaiita, Yadatake, Suzutake, Mosouchita, and Madatake, which are mainly produced in East Asia including Japan.
  • Kamazasa and Chishimazasa Sasa oil having various components can be extracted from leaves and the like.
  • Examples of Labiatae plants include lavender. Lavender is mainly produced in France, Italy, Hungary, southern Russia, Great Britain, North America, Australia and Hokkaido. From this lavender flower, etc., linalool, linalyl acetate, lavandulol, lavandulyl acetate, 3-octanol , ⁇ -pinene, 13-pinene, limonene, cineol, citronellal and other components are extracted. [0053] Each of the above-mentioned components is extracted from plant leaves, flowers, seeds, crusts, pulp, peels, etc., and has a lipophilic component that is insoluble in water and a hydrophilic component that is soluble in water. ing.
  • the lipophilic component is generally called an essential oil, and is a volatile substance obtained from an oil to a semi-solid. By using this volatility to generate heat, plant power lipophilic components can be extracted.
  • This lipophilic component also contains terpene compounds, aliphatic chain compounds, aromatic compounds and the like.
  • this lipophilic component includes a hydrophilic substance constituting the hydrophilic component.
  • the terpene compound is a chain and cyclic hydrocarbon having the molecular formula (C H),
  • terpene compounds may be hemiterpenes (C ⁇ ), monoterpenes (C ⁇ ), sesquiterpenes (C ⁇ ), diterpenes (C
  • the hydrophilic component is an aqueous solution containing a hydrophilic substance contained in the plant described above.
  • This hydrophilic component is obtained as an aqueous solution containing a hydrophilic substance by extracting the hydrophilic substance contained in the plant or the lipophilic component with water or a hydrophilic liquid.
  • the extraction method of the lipophilic component and the hydrophilic component is not particularly limited, and examples thereof include steam distillation. Since this steam distillation is performed at a temperature lower than the boiling point of the lipophilic component (usually 150 to 350 ° C.), there is an advantage that the lipophilic component is hardly decomposed.
  • the hydrophilic component evaporates the water in the plant or the water contained with the plant, and the hydrophilic substance flows out together with the generated steam.
  • Taiwan cypress is an evergreen tree of the cypress family that has a distribution area where the southern limit is Alishan in Taiwan and the northern limit is Fukushima Prefecture.
  • Speaking of cypress simply refers to Japanese special species, and those from Taiwan are called Taiwan cypress.
  • Taiwanese cypress contains essential oils that contain many terpenes and cypress which is an aromatic component. Such aromatic components are present in the cypress heartwood, but the proportion of heartwood reaches 80% when cypress is 60 years of age or older, so older ones are more suitable for containing more lipophilic components. is there.
  • Taiwanese cypress that is subjected to steam distillation 0.5 to: Lmm make chips about the size of a corner. About 500 kg of this chip is steam distilled at a predetermined temperature using the water contained in the chip. Specifically, it is distilled at a temperature of about 100 to 120 ° C. for about 2 to 6 hours to distill the lipophilic component contained in the chips together with the steam. The temperature and time are appropriately adjusted according to the moisture content of the wood used as chips.
  • the lipophilic component as described above and a hydrophilic component composed of the lipophilic substance and water in the plant are separated into two layers, and the lipophilic component and the hydrophilic component are separated. Ingredients are obtained.
  • the extraction time, the size of the distillation kettle, the distillation time, etc. can be appropriately adjusted depending on the amount of cypress chips used.
  • the chemical solution used in the present invention can be obtained.
  • the lipophilic component is mixed at 0.01 wt% to lwt% and the hydrophilic component is mixed at 20 wt% to 25 wt%. It is obtained by stirring for more than an hour.
  • the carbon-containing particles can be efficiently recovered and the collected carbon-containing particles can be easily purified.
  • the obtained chemical solution may be appropriately added with waxes as necessary.
  • Waxes are broadly classified into natural waxes and synthetic waxes.
  • Natural waxes include plant waxes such as carnauba potato, tree wax, and sugar wax, animal waxes such as beeswax, insect wax, whale wax, and wool wax, and paraffin wax.
  • Petroleum waxes such as microcrystalline wax, and mineral waxes such as montan wax and ozokerite.
  • Synthetic waxes include carbowax, polyethylene wax, chlorinated naphthalene wax and the like. This chemical solution may be used as it is, or it may be used after further diluting with water.
  • the present invention includes a contact field 60, a recovery unit 62 as a recovery means for recovering the carbon-containing particles whose particle diameter is increased by contact between the particles of the chemical solution and the carbon-containing particles, And a refining unit 63 for refining the carbon-containing carbon particles.
  • the contact field 60 is a space in which the carbon-containing particles and the chemical liquid particles are in contact with each other.
  • the contact field 60 has a gas inlet through which a gas containing carbon-containing particles flows and a chemical liquid inlet through which chemical liquid particles and vapor flow.
  • the gas flowing into the contact field 60 is discharged from the contact field 60.
  • Shita Outlet. A chimney or the like may be provided at the outlet.
  • the carbon-containing particles and the chemical liquid particles are brought into contact with each other to increase the particle size of the carbon-containing particles.
  • the particle size of the carbon-containing particles By increasing the particle size of the carbon-containing particles, it can be suspended in the gas or can be easily recovered.
  • the shape of the contact field 60 is not particularly limited as long as it has a space in which the carbon-containing particles and the chemical liquid particles can contact. Further, the gas inlet of the contact field 60 only needs to allow a gas containing carbon-containing particles to flow in. For example, when exhaust gas from an internal combustion engine is introduced, the exhaust port of the internal combustion engine and the gas inlet of the contact field 60 may be connected! / ⁇ . In addition, a fan or the like may be provided so as to flow into the contact field 60 without being connected, and gas may be guided to the contact field 60.
  • the supply unit 61 is supply means for supplying the chemical solution as described above as particles to the contact field 60, which is a space where the carbon-containing particles and the chemical solution are in contact with each other.
  • the supply to the contact field 60 is not particularly limited as long as the carbon-containing particles and the chemical solution particles can be efficiently contacted with each other.
  • a method of spraying a chemical solution on the contact field 60 or supplying a vapor obtained by heating the chemical solution in the vicinity of the contact field 60 may be used.
  • the spraying of the chemical solution is performed by spraying only the chemical solution with a spray nozzle.
  • 1-fluid spray One-sided method spraying a gas dispersed in the chemical solution with a spray nozzle
  • 2-fluid spraying method chemical solution injection nozzle
  • An injection method in which spraying is performed in such a way as to erupt at a point.
  • particles of the chemical solution are formed and supplied to the contact field 60, so that the surface area of the chemical solution is increased in the supplied contact field 60, and more carbon-containing particles and chemical solution particles are efficiently added. Can be contacted.
  • a spray nozzle 15 connected to a storage tank 16 for storing a chemical solution is provided in the contact field 60, and a gas containing carbon-containing particles is introduced into the inlet.
  • a gas containing carbon-containing particles is introduced into the inlet.
  • the chemical solution becomes particulate and can be supplied to the contact field 60.
  • a storage tank 21 for storing a chemical in the contact field 20 and a storage tank 21 Heater 25 is provided as a heating means for heating the chemical solution inside, and the chemical solution is heated by heating.
  • the generated steam is supplied to the contact field 60.
  • the temperature around the steam decreases, and some of the steam gathers to form chemical particles. Therefore, the contact field 60 is supplied with vapor and chemical particles. Furthermore, even when the vapor approaches the wall of the contact field 60 or the carbon-containing particles, some particles gather to form chemical liquid particles.
  • a gas containing carbon-containing particles flows into the contact field 60, and a chemical solution is supplied from the supply unit 61.
  • the chemical particles adhere so as to surround the carbon-containing particles.
  • the carbon-containing particles surrounded by the chemical solution come into contact with each other through the chemical solution, and the carbon-containing particles are aggregated.
  • the particle size of the carbon-containing particles increases as the carbon-containing particles agglomerate and expand.
  • the use of a chemical solution can shorten the purification time of carbon-containing particles having a large particle size.
  • the chemical solution weakens the bond between the unburned hydrocarbon compound in the carbon-containing particles and the elemental carbon, and the carbon-containing particles This is probably because the elemental carbon inside gathered, so it was no longer necessary to use too much energy for refining.
  • the carbon mixture produced from the carbon-containing particles is highly oriented.
  • the supply amount of the chemical solution to the contact field 60 is not particularly limited, By increasing the supply amount with respect to the fuel consumed by the internal combustion engine that discharges particles, more chemical solution can be brought into contact with the carbon-containing particles. As a result, carbon-containing particles having a larger particle size are formed. That is, it is considered that the amount of chemical solution adhering to the carbon-containing particles is increased, the bond between the elemental carbons is weakened, and the elemental carbons in the carbon-containing particles are gathered together. Thereby, a high-purity carbon mixture can be obtained by purification in a short time. In addition, a highly oriented carbon mixture can be obtained.
  • the supply amount of the fuel it is preferable to supply a chemical solution of 1 ( ⁇ % or more with respect to the consumption amount of the fuel. This effect becomes more remarkable at 10 wt% or more.
  • the consumption amount of the chemical solution is preferably 10 wt% or more.
  • the collecting unit 62 collects the carbon-containing particles having a larger particle size by contacting the carbon-containing particles and the chemical liquid particles in the contact field 60 as described above.
  • the collection unit 62 is not particularly limited, although it varies depending on the method of collecting the carbon-containing particles having a large particle size.
  • the recovery unit 62 can A recovery port for recovering the carbon-containing particles together with the chemical solution may be provided below the touch field 60. In this case, the carbon-containing particles can be easily recovered without providing a special member only by providing only the recovery port in the space serving as the contact field 60.
  • a filter serving as a capturing means for capturing carbon-containing particles having a large particle diameter may be provided in the contact field 60, and this filter force may also collect the carbon-containing particles.
  • the filter may be provided in the vicinity of the outlet of the contact field 60, that is, in the contact field 60 outlet, immediately before the outlet, or in the chimney immediately after the outlet.
  • This filter is provided in the vicinity of the contact field 60 outlet, and can capture carbon-containing particles that have contacted the chemical particles in the contact field 60 from the gas discharged from the contact field 60 outlet. If there is, it does not specifically limit. For example, there are Hercam-like filters and mesh-like porous filters, and the materials are steel, ceramic, heat resistant high Examples include child products.
  • the carbon-containing particles can be captured more efficiently from the gas, even if the particle size of the carbon-containing particles does not increase until they float in the gas.
  • the filter force-containing carbon-containing particles can be easily recovered. In addition, filter regeneration is easy.
  • the size of the pores of the filter is not particularly limited, and can be appropriately changed according to the generation source of the carbon-containing particles and the supply amount of the chemical solution. Furthermore, carbon-containing particles can be captured even when a mesh steel filter is used. By using a mesh steel filter, the carbon-containing particles can be easily separated by mesh-like steel filter force by applying vibration to the filter such as tapping the filter.
  • a pressure sensor may be provided as pressure measuring means for measuring the pressure in the contact field 60. According to the measurement result of this pressure sensor, it is possible to know the state in which carbon-containing particles are trapped by the filter and to know the timing for collecting the filter-powered carbon-containing particles. By capturing the carbon-containing particles, the filter gradually closes the holes through which the gas flows when the gas flowing into the contact field 60 is exhausted through the filter, and the pressure applied to the contact field 60 gradually increases. To rise. The pressure applied to the contact field 60 may be measured, and when the pressure exceeds a predetermined pressure, the carbon-containing particles may be recovered with a filter force.
  • the pressure in the contact field 60 exceeds a predetermined pressure, the gas flowing into the contact field 60 is difficult to be discharged, indicating that the carbon-containing particles are sufficiently trapped in the filter. At this time, a sufficient amount of carbon-containing particles can be collected by collecting the carbon-containing particles by filtering force, and the carbon-containing particles can be efficiently recovered.
  • This predetermined value is not particularly limited and can be changed as appropriate.
  • This filter may be formed so as to be removable from the vicinity of the outlet of the contact field 60, or may be configured so as not to be removed. For example, when the filter can be removed, the filter is removed, the filter and the captured carbon-containing particles are separated, and the separated carbon-containing particles are recovered. In this way, the removal work of the carbon-containing particles becomes easy by removing the filter.
  • a filter 31 is provided near the outlet of the contact field 60, a spray nozzle 32 that supplies particles of the chemical solution 34 to the contact field 60, a spray nozzle 33 that supplies the drug 35 to the filter 31, A pressure sensor 36 for measuring the pressure in the contact field 60 is provided.
  • the chemical solution 34 is sprayed on the carbon-containing particles in the flowing gas to bring the particles of the chemical solution 34 into contact with the carbon-containing particles, thereby increasing the particle size of the carbon-containing particles.
  • the carbon-containing particles having a larger particle size are captured by the filter 31.
  • the filter 31 that has captured the carbon-containing particles supplies the chemical 35 to the filter 31 and separates the filter 31 and the carbon-containing particles. After separation, the carbon-containing particles accumulated below the contact field 60 are taken out together with the drug 35 from a take-out port not shown. Thereby, the trouble of removing the filter 31 can be omitted.
  • the chemical 35 is automatically supplied to the filter 31 and the carbon-containing particles are separated from the filter 31 when a pressure higher than a predetermined pressure is applied to the contact field 60. You can also do it. As a result, the carbon-containing particles can be automatically separated.
  • a plurality of filters may be provided.
  • contact fields 60a and 60b provided with filters 41 and 51 in the vicinity of the outlet are provided.
  • valves 54 and 44 are respectively provided at the contact field inlets, and the inflow of the gas having carbon-containing particles is controlled according to the time, the value of the pressure sensor that may be provided in the contact field, or the like. For example, first, only the valve 44 is opened, and a gas having carbon-containing particles is caused to flow into the contact field 60a.
  • the chemical liquid 34 is sprayed from the spray nozzle 42, the particles of the chemical liquid 34 are brought into contact with the carbon-containing particles, the carbon-containing particles are aggregated and expanded, and the carbon-containing particles having a large particle size are captured by the filter 41.
  • the nozzle 44 is closed and the valve 54 is opened according to the time and the pressure applied to the contact field 60a.
  • a gas having carbon-containing particles is caused to flow into the contact field 60b.
  • the chemical liquid 34 is sprayed from the spray nozzle 52, the particles of the chemical liquid 34 and the carbon-containing particles are brought into contact with each other, the carbon-containing particles are aggregated and expanded, and captured by the carbon-containing particle filter 51 having a large particle size.
  • the drug 35 is sprayed onto the filter 41 through the spray nozzle 43 to separate the carbon-containing particles 41 from the filter 41.
  • the separated carbon-containing particles are collected together with the drug 35 below the contact field 60a, and the take-out loca (not shown) also collects the carbon-containing particles.
  • the take-out loca (not shown) also collects the carbon-containing particles.
  • the agent used for separating the filter and the carbon-containing particles is not particularly limited. Since the chemical liquid particles that increase the particle size of the carbon-containing particles have a hydrophilic component, it is more preferable to use a hydrophilic solvent having a high affinity for the chemical liquid. Examples thereof include water, alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, and 2-butanol. Further, the lipophilic component of the chemical solution is more preferable because it has a property of dissolving in alcohol. Thus, carbon-containing particles can be easily recovered using inexpensive water or alcohol.
  • ultrasonic waves can be used to separate the filter and the carbon-containing particles.
  • the filter containing carbon-containing particles is put into an ultrasonic cleaner, and while applying ultrasonic vibrations, the filter force is separated so as to peel off the carbon-containing particles, and the ultrasonic cleaner-powered carbon-containing particles are collected.
  • the filter force-containing carbon particles can be easily separated.
  • a highly oriented carbon mixture can be obtained by using ultrasonic waves. This is thought to be because the ultrasonic vibration affects the crystal structure of elemental carbon in the carbon-containing particles that are recovered.
  • the purification unit 63 is a purification unit that purifies the carbon-containing particles recovered by the recovery unit 62.
  • the purification unit 63 is not particularly limited.
  • An example is a Soxhlet extractor, which can be used to purify carbon-containing particles.
  • the collected carbon-containing particles are dissolved in a predetermined solvent such as water, and the solution is put into a Soxhlet extractor and heated.
  • the chemical solution by using the chemical solution, the bond between the unburned hydrocarbon compound and the elemental carbon in the carbon-containing particles is weakened, and the elemental carbons gather together.
  • unburned hydrocarbon compounds and the like in the chemical solution and the carbon-containing particles are easily removed, and a high purity carbon mixture can be obtained by a short purification.
  • the obtained carbon mixture is highly oriented and becomes a raw material for fullerene and carbon nanotube.
  • the carbon-containing particles may be purified by column chromatography.
  • the solution containing the collected carbon-containing particles is heated at a high temperature of 1100 ° C to 2000 ° C under anaerobic conditions, the carbon-containing particles can be The carbon mixture can be extracted.
  • the carbon-containing particles and the chemical liquid particles are brought into contact with each other in the contact field 60.
  • the contact between the carbon-containing particles and the chemical liquid particles increases the particle size of the carbon-containing particles.
  • the carbon-containing particles having a larger particle size are recovered by the recovery unit 62 as described above.
  • a filter may be used as a capturing means.
  • the recovered carbon-containing particles are purified by the purification unit 63.
  • the bond between the unburned hydrocarbon compounds in the carbon-containing particles and the elemental carbon is weakened, and the elemental carbon aggregates to produce a high-purity carbon mixture in a short time.
  • a highly oriented carbon mixture is formed by the vibration of the ultrasonic waves.
  • the carbon-containing particles used as a raw material for this carbon mixture are produced in such a large amount that they become particularly isotropic environmental problems near the exhaust port of an internal combustion engine. That is, it can be supplied more stably than montmorillonite, which is a mineral. Therefore, a highly oriented carbon mixture can be supplied efficiently and stably with high purity. In addition, the carbon mixture can be produced at a low cost because the carbon-containing particle force that is usually unnecessary is obtained.
  • the carbon mixture production apparatus of the present invention includes the chemical solution and the contact field 60, and includes the recovery unit 62 and the purification unit 63. Then, in the contact field 60, the chemical particles and the carbon-containing particles come into contact with each other to increase the particle size of the carbon-containing particles, and the carbon-containing particles having the increased particle size are recovered by the recovery unit 62, and the recovered carbon-containing particles are recovered. Is purified by purification section 63.
  • the carbon mixture produced in this manner is obtained by bringing the particles of the chemical solution that increases the particle size of the carbon-containing particles into contact with the carbon-containing particles, so that the unburned hydrocarbon compound in the carbon-containing particles and the elemental carbon are mixed.
  • a high-purity carbon mixture can be produced in a short time, resulting in a highly oriented carbon mixture. Furthermore, when ultrasonic waves are used to collect carbon-containing particles, a highly oriented carbon mixture is formed by the vibration of the ultrasonic waves.
  • the carbon mixture of the present invention can be produced by the carbon mixture production method and the carbon mixture production apparatus described above.
  • This carbon mixture is a mixture of a plurality of allotrope carbons, and its components are derived from elemental carbon in the carbon-containing particles.
  • it becomes a raw material for fullerene or carbon nanotubes. Highly oriented It becomes a carbon mixture.
  • the carbon mixture of the present invention contains highly oriented carbon, fullerenes and carbon nanotubes can be formed in the same manner as the highly oriented graphite in this montmorillonite. Therefore, the carbon mixture of the present invention is a suitable and inexpensive carbon material as a raw material for fullerene and carbon nanotubes. Furthermore, the carbon mixture of the present invention is a mixture of allotropes, but has a high purity as elemental carbon. Therefore, the inexpensive carbon mixture of the present invention can be supplied as a raw material for tires, electrodes and the like.
  • the present invention includes a processing unit 74 that is a processing means for performing arc discharge or laser irradiation on the carbon mixture manufactured by the above-described carbon mixture manufacturing method or apparatus. It is a thing. In other words, the process up to the purification of carbon-containing particles is the same as the carbon mixture production method and apparatus described above.
  • the unit 62 and the purification unit 73 are the same as the purification unit 73 described above.
  • the processing unit 74 performs a process for forming fullerenes or carbon nanotubes on the carbon mixture obtained by refining the carbon-containing particles in the refining unit 73. For example, arc discharge or laser irradiation can be mentioned. By this treatment, fullerenes and carbon nanotubes can be formed from a highly oriented carbon mixture.
  • the carbon mixture processed in the processing unit 74 is preferably used in the form of pellets for easy processing.
  • This pellet-like carbon mixture can be formed as follows.
  • the carbon mixture obtained by purifying the carbon-containing particles in the purification unit 73 is dried. Thereafter, the carbon mixture is pulverized so as to be powdered, and then the powdered carbon mixture is hardened to a predetermined shape to form a pellet.
  • the powdery carbon mixture is formed so as to be an elongated V or rod-shaped electrode.
  • a plurality of electrodes made of this carbon mixture are predetermined.
  • the current introduction part connected to a predetermined power source is connected to each electrode.
  • an electric current is passed through the electrode of the carbon mixture, and an arc is blown.
  • the evaporated carbon mixture condenses in the gas phase and becomes a soot-like material containing fullerene and carbon nanotubes. Fullerenes or carbon nanotubes can be produced by refining this rod-like substance.
  • a powdery catalyst is mixed with the powdery carbon mixture to form pellets having a predetermined shape.
  • Pellets made of this carbon mixture are put in a predetermined container and irradiated with a laser having a predetermined output in a high-temperature gas. This evaporates the pellet-like carbon mixture.
  • the evaporated carbon mixture is condensed by cooling, and a soot-like substance containing fullerene and carbon nanotubes adheres to the container surface. Fullerenes or carbon nanotubes can be produced by purifying the soot-like substance.
  • the catalyst used include aluminum, nickel, cobalt, and iron.
  • the carbon-containing particles are brought into contact with the chemical liquid particles in the contact field 70. Due to the contact between the carbon-containing particles and the chemical liquid particles, the particle size of the carbon-containing particles increases.
  • the carbon-containing particles having a larger particle size are recovered by the recovery unit 72 as described above.
  • a filter may be used as a capturing means.
  • the recovered carbon-containing particles are purified by the purification unit 73, and a carbon mixture is obtained.
  • Fullerenes or carbon nanotubes can be produced by subjecting the obtained carbon mixture to a treatment such that fullerenes or carbon nanotubes are formed in the treatment unit 74.
  • the carbon-containing particles used as a raw material for the fullerene or carbon nanotube are generated by consumption of fossil fuel, and thus are a stable raw material. And it is cheap. Therefore, this fullerene or carbon nanotube can be supplied stably at low cost.
  • the fullerene or carbon nanotube production apparatus of the present invention includes a chemical solution and a contact field 70, and includes a recovery unit 72, a purification unit 73, and a heating unit 74. Then, in the contact field 70, the chemical particles and the carbon-containing particles come into contact with each other to increase the particle size of the carbon-containing particles, and the carbon-containing particles having the increased particle size are recovered by the recovery unit 62, and the recovered carbon-containing particles are recovered. Is purified by purification section 73, and purified section By performing a treatment such that fullerenes or carbon nanotubes are formed in the treatment unit 74 on the carbon mixture obtained in 73, fullerenes or carbon nanotubes can be stably produced at low cost.
  • Taiwan cypress roots were cut into 3-5mm square chips. 300 kg of this chip was steam distilled at 120 ° C for 3 hours to obtain a lipophilic component and a hydrophilic component separated into two layers. The lipophilic component and hydrophilic component separated into two layers were separated, and 3 kg of lipophilic component and 75 kg of hydrophilic component were obtained. This lipophilic component (1 kg), hydrophilic component (20 kg) and water (79 kg) were placed in a container and stirred at 45 ° C. for 2 hours to obtain a chemical solution.
  • Example 1 An example in which carbon-containing particles in exhaust gas are collected using the mixed solution prepared in Example 1 to produce a carbon mixture is shown.
  • An 86815cc ship engine was used as the internal combustion engine. Exhaust gas emitted by the operation of the engine passes through the conduit and is discharged from the chimney of the ship.
  • the conduit is equipped with a nozzle for spraying the mixed solution prepared in Example 1 so as to come into contact with the carbon-containing particles in the exhaust gas, and the spray amount of the mixed solution is the amount of fuel consumed. To 10 wt%.
  • the conduits were equipped with 8 layers of 30cm x 30cm x 5mm ceramic mesh filters so that the exhaust gas discharged would always come into contact.
  • a carbon mixture was produced using a ship having such a facility.
  • the engine was supplied with C heavy oil as fuel and operated for 8 hours, and exhaust gas containing carbon-containing particles derived from C heavy oil was also exhausted toward the conduit.
  • the exhaust gas was sprayed with a mixed solution whose nozzle force was controlled as described above to increase the particle size of PM in the exhaust gas.
  • the temperature in the conduit was about 350 ° C. Carbon-containing particles with a large particle size fall into the conduit when they cannot float in the exhaust gas, and those suspended in the exhaust gas are captured by the filter.
  • Carbon nanotubes were produced using the carbon mixture produced as described above.
  • the carbon mixture produced as described above was dried and powdered in an agate mortar. Then, add 0.03 g of nickel and 0.03 g of conoleto as catalysts to powder lg of carbon mixture, and mix in an agate mortar for 30 minutes. This mixture was pressurized with a pressure of 2.5 torr Zcm 2 to form a disk-shaped pellet having a diameter of 10 mm and a thickness of 2 mm.
  • Excimer laser was irradiated under the conditions of 1130 ° C and argon gas 0.3 lZmin.
  • the pellet in the rotating rod became a soot, and this soot was collected 30 minutes after the laser irradiation.
  • the collected soot was analyzed by Raman scattering spectroscopy. This condition is a 532 nm semiconductor laser, 600 Zmm diffraction grating, and an irradiation time of 30 seconds. As a result, it was confirmed that carbon nanotubes were present in the cage, and it was found that a single-bonn nanotube could be produced from the carbon mixture produced by the above-described method.
  • the carbon mixture that can be produced by the above-described method can produce carbon nanotubes by the same method as that for producing fullerene or carbon nanotubes from highly oriented graphite formed using montmorillonite. Therefore, it was proved that the carbon mixture produced by the above-described method was a carbon mixture containing highly oriented elemental carbon, like the highly oriented graphite.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

　本発明の課題は、含炭素粒子を効率的に回収し、回収した含炭素粒子から短時間の精製で、高純度の炭素化合物を安価に製造する方法及び装置を提供することを目的とする。また、得られる炭素混合物を、フラーレン又はカーボンナノチューブの原料として使用できる高配向な炭素混合物の製造方法及び装置を提供することである。本発明は、含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子を含炭素粒子に接触させることで、効率的に含炭素粒子を回収することができる。また、含炭素粒子中の元素状炭素を集めることができ、短時間の精製で高純度の炭素混合物を得ることができる。また、この炭素混合物は、高純度で、高配向であり、フラーレン又はカーボンナノチューブの原料として使用できる。

Description

明 細 書
炭素混合物製造方法、炭素混合物製造装置、炭素混合物、フラーレン又 はカーボンナノチューブ製造方法、フラーレン又はカーボンナノチューブ製造装 置
技術分野
[0001] 本発明は、浮遊粒子状物質や粒子状物質といった、気体中に浮遊し、炭素を含有 する含炭素粒子を回収し、回収した含炭素粒子から製造された炭素混合物、その製 造方法及び装置に関するものである。また、その製造された炭素混合物を用いたフラ 一レン又はカーボンナノチューブ製造方法及び製造装置に関するものである。
背景技術
[0002] 近年、火力発電や自動車や船舶等、化石燃料を多く使用する場面が多くなつてい る。これに伴い、化石燃料を燃焼することにより発生する酸化窒素化合物 (NO )、酸 化硫黄化合物（SO )、粒子状物質 (PM :particulat materials)が大気中に放出 され、大気汚染等の問題を引き起こしている。
[0003] この PMは、炭素を含有する粒子状の含炭素粒子の物質の 1つで、一般に粒径で 分類されている。その粒径が 以下の PMは、 SPM (suspended particulate materials)と呼ばれ、中でも粒径が 2. 5nmと特に小さい PMは、 PM2. 5と呼ばれ 、人体や動物に対しても悪影響を与えることが明らかになつて 、る。
[0004] 特に PMの発生量の多 、ディーゼル燃料をはじめとする種々の化石燃料を使用す る装置力 排出される PMに対する対策は、緊急かつ重要な課題となっており、 PM を効率よく除去する方法及び装置が開発されて！ヽる。
[0005] 本発明者らは、効率的に PMを除去するだけでなぐ同時に発生する窒素酸化物 等も除去することができる装置を開発している (例えば、特許文献 1参照)。この装置 によれば、精油を含有する水溶液から発生する蒸気と気体流中の含炭素粒子ゃ窒 素酸ィ匕物と接触し、形成された吸着体をスチールウール等で捕集することができる。 これにより、含炭素粒子や窒素酸化物等を含む気体流中から含炭素粒子や窒素酸 化物等の有害物質を効率的に除去することができる。 [0006] 一方、ガソリンエンジン力 排出される排気ガス中の煤状物質すなわち PMを回収 し、精製することでフラーレンを得ることが報告されている (例えば、特許文献 2参照） 。これにより、微量ながらも化石燃料の燃焼によりフラーレンを形成することができるこ とが示されている。通常、このようなフラーレンやカーボンナノチューブを製造するた めには、モンモリロナイトの層間にアクリロニトリル等の炭素源を挿入し、その層間で 重合させることで高度に配向したグラフアイトを得て、この高配向グラフアイトに対して アーク放電やレーザ照射を行うことで、球状又はチューブ状の構造を有するフラーレ ンゃカーボンナノチューブが製造される。
[0007] 特許文献 1 :特開 2003— 172130号公報
特許文献 2：特開平 05— 186209号公報
[0008] 含炭素粒子は、結晶構造の異なる種々の炭素の混合物だけではなぐ未燃焼の燃 料も含まれている。そのため、単に排気ガス中から含炭素粒子を回収しただけでは、 含炭素粒子の精製に時間が力かってしまう。例えば、特許文献 2の方法で高純度の 炭素混合物を多量に得るためには、長時間の精製を必要とする。
[0009] 特許文献 2の方法により、フラーレンを製造するためには、化石燃料により発生した 微粒のフラーレンを含有する PMすなわち含炭素粒子を回収する必要がある。含炭 素粒子は、上述したように非常に微小であるため、容易に回収することは難しい。ま た、含炭素粒子中に含まれる炭素は、結晶状態の異なる炭素の混合物であるが、多 くは、結晶構造の定まっていない無定形炭素であり、特許文献 2のようにフラーレンは 少量含まれているのみである。したがって、含炭素粒子を単に回収し、その中のフラ 一レンを取り出そうとしても、フラーレンが得られるのは少量である。
[0010] また、モンモリロナイトを使用して形成された高配向のグラフアイトに対してアーク放 電ゃレーザ照射を行うことでフラーレンやカーボンナノチューブを製造する方法は、 鉱物であるモンモリロナイトが安定的に得られるものとは限らない。そして、鉱物であ るモンモリロナイト毎に層の形成が異なり、安定して高配向なグラフアイトを得ることが できず、フラーレンやカーボンナノチューブが製造できないこともある。これは、フラー レンやカーボンナノチューブが高価となる原因となる。
[0011] そして、排気ガス力 単に含炭素粒子を回収し、精製によって取り出された炭素混 合物に対してアーク放電やレーザ照射を行っても、フラーレンやカーボンナノチュー ブを形成するような高配向な炭素混合物ではないため、フラーレンやカーボンナノチ ユーブがほとんど得られない。
発明の開示
[0012] そこで、上記実情に鑑み、本発明者らは特許文献 1の方法及び装置に改良を加え 、本発明を開発するに至った。本発明は、含炭素粒子を除去するだけではなぐ含炭 素粒子を効率的に回収し、回収した含炭素粒子力 短時間の精製で高純度の炭素 混合物を安価に製造する方法及び装置、並びに、その炭素混合物を提供することを 目的とする。また、フラーレン又はカーボンナノチューブの原料として使用できる高配 向な炭素混合物の製造方法及び装置、並びに、その炭素混合物を提供することを目 的とする。
[0013] さらに、上述のように製造された高配向の炭素混合物を基に、フラーレン又はカー ボンナノチューブを製造することができる方法及び装置を提供することを目的とする。
[0014] 本発明の炭素混合物製造方法は、気体中に浮遊する含炭素粒子から炭素混合物 を製造する炭素混合物製造方法であって、前記含炭素粒子の粒径を大きくする薬液 の粒子と前記含炭素粒子とが接触する接触場で、前記接触場入口から流入する前 記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を接触させる工程と、前記薬液の粒 子との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収する工程と、回収された前 記含炭素粒子を精製する工程とを有することを特徴とする。
[0015] 本発明の炭素混合物製造方法によれば、含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の 粒子を含炭素粒子に接触させることで、効率的に含炭素粒子を回収することができる 。また、この薬液によって含炭素粒子を凝集拡大させる際、含炭素粒子中の元素状 炭素を集めることができ、短時間の精製で高純度の炭素混合物を得ることができる。 また、薬液を使用することで、高配向の炭素混合物を製造することができる。
[0016] 本発明の炭素混合物製造方法において、前記気体は、燃料の燃焼によって内燃 機関から排出される排気ガスであり、前記燃料の消費量に対して、 10wt%以上とな る量の薬液を前記接触場に供給し、前記薬液と前記排気とガスを接触させることを特 徴とする。このように、より多い薬液と接触させることで、より短時間での精製で高純度 の炭素混合物を得ることができる。また、より高配向の炭素混合物を得ることができる
[0017] また、本発明の炭素混合物製造方法において、前記薬液は、ヒノキ、台湾ヒノキ、青 森産ヒバ、スギ、マツ、ナラ、ブナ、茶、イチヨウ、モウソゥチタ、マダケ、クマザサ、チシ マザサ、又は、ラベンダーのうち少なくとも 1種類以上の植物力も抽出される親油性成 分と、親水性成分とを含有することを特徴とする。これにより、含炭素粒子の凝集拡大 に効果的な薬液となる。したがって、より好適に含炭素粒子が回収でき、より多くの炭 素混合物が製造できる。
[0018] さらに、本発明の炭素混合物製造方法において、前記薬液を 1流体又は 2流体の スプレー方式、或いは、インジェクション方式による噴霧、若しくは、加熱させることで 、該薬液の粒子を形成し、前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を接触させることを特 徴とする。これらにより、気体中の含炭素粒子に対して効率的に薬液を接触させるこ とができる。したがって、含炭素粒子力 効率的に炭素混合物を得ることができる。
[0019] またさらに、本発明の炭素混合物製造方法において、前記接触場出口近傍に備え られた粒径を大きくした前記含炭素粒子を捕捉する捕捉手段により前記含炭素粒子 を捕捉した後、前記捕捉手段から前記含炭素粒子を回収することを特徴とする。これ により、粒径を大きくした含炭素粒子を確実に捕捉し、含炭素粒子を回収することが でき、より多くの炭素混合物が製造できる。
[0020] また、本発明の炭素混合物製造方法において、前記捕捉手段は、網目構造の多 孔質セラミックのフィルタであることを特徴とする。これにより、効率的に含炭素粒子を 回収することができ、フィルタの再生も容易である。
[0021] さらに、本発明の炭素混合物製造方法において、前記捕捉手段は、前記含炭素粒 子を捕捉した後に前記接触場出口近傍から取り外され、捕捉した前記含炭素粒子を 前記捕捉手段から分離するように前記含炭素粒子を回収することを特徴とする。これ により、含炭素粒子を捕捉した捕捉手段力 含炭素粒子を回収することが容易となり 、より多くの炭素混合物が製造できる。
[0022] またさらに、本発明の炭素混合物製造方法において、前記捕捉手段を前記接触場 近傍に複数備え、前記含炭素粒子の捕捉に使用する前記捕捉手段を切り替えること を特徴とする。使用する捕捉手段を切り替えることにより、気体中の含炭素粒子の捕 捉と、捕捉手段力もの含炭素粒子の回収を同時に行うこともでききる。すわなち、捕 捉と回収とを連続的に行うことができ、効率的に炭素混合物を製造することができる。
[0023] さらに、本発明の炭素混合物製造方法において、前記含炭素粒子は、超音波を利 用して前記捕捉手段力 分離するように回収されることを特徴とする。超音波を利用 することにより、容易に捕捉手段力も含炭素粒子を分離させることができる。また、高 配向の炭素混合物が製造できる。
[0024] また、本発明の炭素混合物製造方法において、前記含炭素粒子は、水及び Z又 はアルコールに溶解して前記捕捉手段カゝら分離するように回収されることを特徴とす る。含炭素粒子の粒径を大きくする薬液は、親水性成分を多く含んだ薬液であるた め、親水性の化合物との親和性が高ぐ安価な水やアルコールを使用することで容 易に含炭素粒子を捕捉手段力も分離し、含炭素粒子を回収することができ、より多く の炭素混合物が製造できる。
[0025] 本発明の炭素混合物製造装置は、気体中に浮遊する含炭素粒子から炭素混合物 を製造する炭素混合物製造装置であって、前記含炭素粒子の粒径を大きくする薬液 と、前記薬液の粒子とを前記含炭素粒子と接触させる接触場と、前記接触場入口か ら流入する前記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を接触させるように前 記接触場に前記薬液の粒子を供給する供給手段と、前記薬液との接触により粒径を 大きくした前記含炭素粒子を回収する回収手段と、前記回収手段によって回収され た前記含炭素粒子を精製する精製手段とを備えることを特徴とする。
[0026] 本発明の炭素混合物製造装置によれば、含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の 粒子を含炭素粒子に接触させることで、効率的に含炭素粒子を回収することができる 。また、この薬液によって含炭素粒子を凝集拡大させる際、含炭素粒子中の元素状 炭素を集めることができ、短時間の精製で高純度の炭素混合物を得ることができる。 また、薬液を使用することで、高配向の炭素混合物を製造することができる。
[0027] 本発明の炭素混合物は、気体中に浮遊する含炭素粒子の粒径を大きくする薬液 の粒子と前記含炭素粒子とが接触する接触場で、前記接触場入口から流入する前 記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を接触させ、前記薬液の粒子との接 触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収し、回収された前記含炭素粒子を 精製することにより製造されることを特徴とする。
[0028] 本発明の炭素混合物によれば、含炭素粒子の粒径を大きくする薬液を使用して、 含炭素粒子を回収し、回収した含炭素粒子を短時間の精製で製造されることで、高 純度で、安価な炭素混合物が得られる。また、この炭素混合物は、高配向であり、フ ラーレン又はカーボンナノチューブの原料として使用できる。
[0029] 本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法は、気体中に浮遊する含 炭素粒子力も製造された炭素混合物力もフラーレン又はカーボンナノチューブを製 造するフラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法であって、前記含炭素粒子の 粒径を大きくする薬液の粒子と前記含炭素粒子とが接触する接触場で、前記接触場 入口力 流入する前記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を接触させるェ 程と、前記薬液の粒子との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収する 工程と、回収された前記含炭素粒子を精製する工程と、前記含炭素粒子を精製する ことにより製造された炭素混合物に対し、アーク放電又はレーザ照射を行う工程とを 有することを特徴とする。
[0030] 本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法によれば、高配向の炭素 混合物を使用するため、フラーレン又はカーボンナノチューブを製造することができ る。また、このフラーレン又はカーボンナノチューブの原料となる含炭素粒子は、化石 燃料の消費によって発生するため、安定して供給される原料である。そして安価であ る。したがって、このフラーレン又はカーボンナノチューブを安価で安定的に供給す ることがでさる。
[0031] 本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブ製造装置は、気体中に浮遊する含 炭素粒子力も製造された炭素混合物力もフラーレン又はカーボンナノチューブを製 造するフラーレン又はカーボンナノチューブ製造装置であって、前記含炭素粒子の 粒径を大きくする薬液と、前記薬液の粒子を前記含炭素粒子と接触させる接触場と、 前記接触場入口から流入する前記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を 接触させるように前記接触場に前記薬液の粒子を供給する供給手段と、前記薬液の 粒子との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収する回収手段と、前記 回収手段によって回収された前記含炭素粒子を精製する精製手段と前記含炭素粒 子を精製することにより製造された炭素混合物に対して、アーク放電又はレーザ照射 を行う処理手段とを備えることを特徴とする。
[0032] 本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブ製造装置によれば、高配向の炭素 混合物を使用するため、フラーレン又はカーボンナノチューブを製造することができ る。また、このフラーレン又はカーボンナノチューブの原料となる含炭素粒子は、化石 燃料の消費によって発生するため、安定して供給される原料である。そして安価であ る。したがって、このフラーレン又はカーボンナノチューブを安価で安定的に供給す ることがでさる。
[0033] 本発明の炭素混合物製造方法及び炭素混合物製造装置は、含炭素粒子の粒径 を大きくする薬液の粒子を含炭素粒子に接触させることで、効率的に含炭素粒子を 回収することができる。また、含炭素粒子中の元素状炭素を集めることができ、短時 間の精製で高純度の炭素混合物を得ることができる。
[0034] また、本発明の炭素混合物は、含炭素粒子の粒径を大きくする薬液を使用して、含 炭素粒子を回収し、回収した含炭素粒子を短時間の精製で製造されることで、安価 な炭素混合物が得られる。また、この炭素混合物は、高純度で、高配向であり、フラ 一レン又はカーボンナノチューブの原料として使用できる。
[0035] さらに、本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法及びフラーレン又 はカーボンナノチューブ製造装置は、高配向の炭素混合物を使用するため、フラー レン又はカーボンナノチューブを製造することができる。また、このフラーレン又は力 一ボンナノチューブの原料となる含炭素粒子は、化石燃料の消費によって発生する ため、安定して供給される原料である。そして安価である。したがって、このフラーレン 又はカーボンナノチューブを安価で安定的に供給することができる。
図面の簡単な説明
[0036] [図 1]本発明の炭素混合物製造方法に関するブロック図である。
[図 2]本発明の炭素混合物製造方法で接触場への薬液の供給方法の一例を示した 図である。
[図 3]本発明の炭素混合物製造方法で接触場への薬液の供給方法の別の一例を示 した図である。
圆 4]本発明の炭素混合物製造方法で接触場での含炭素粒子の捕捉及び回収のェ 程の一例を説明する図である。
[図 5]本発明の炭素混合物製造方法で接触場での含炭素粒子の捕捉及び回収のェ 程の別の一例を説明する図である。
[図 6]本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブの製造方法に関するブロック図 である。
発明を実施するための最良の形態
[0037] 以下、本発明について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明におい ては、以下の記述に限定されるものではなぐ本発明の要旨を逸脱しない範囲にお いて適宜変更可能である。
[0038] 本発明は、含炭素粒子の粒径を拡大する薬液と、薬液の粒子と含炭素粒子とを接 触させる接触場とを有して 、る。
[0039] 本発明にお 、て含炭素粒子とは、無定形炭素、グラフアイト等と 、つた種々の炭素 の同素体を示す元素状炭素の混合物からなる炭素粒子を含有する粒子状物質のこ とを示す。この含炭素粒子は、例えば、車両、船舶等の移動体や発電機 (発電所を 含む)やボイラーといった内燃機関でガソリン、軽油、灯油、 A重油、 B重油、 C重油 等と!/ヽつたィ匕石燃料を燃焼させることで発生する排ガス中に含まれて ヽる粒子状の 物質である。この元素状炭素からなる炭素粒子の他に、燃料や内燃機関により構成 成分が異なるものの、炭酸塩炭素、ベンゾピレン、アントラセン等の多環芳香族炭化 水素、 1一二トロピレン、ジニトロピレン等の多環芳香族炭化水素類のニトロ化誘導体 、ブタン、ブテン、へキサン、へキセン、オクタン、オタテン、デカン、ドデカン等の鎖状 炭化水素、アジピン酸、ダルタル酸等のカルボン酸、安息香酸等の芳香族カルボン 酸などが含まれ、元素状炭素からなる炭素粒子の周囲に付着している。
[0040] また、本発明において、高配向とは、炭素原子が所定通りに規則正しく並んだ結晶 力 Sきちんと配向した状態のことを示している。そして、高配向の炭素混合物とは、高配 向の炭素を含有する混合物のことを示し、その中には、結晶構造の定まらない無定 形の炭素も含まれて 、てもよ 、。 [0041] そして、内燃機関等力も排出される排気ガス中に含まれるこの含炭素粒子は、内燃 機関や燃料や燃料の燃焼条件等により異なり、限定されるものではないが、大気等 の気体中に浮遊する大凡 10 μ m以下の大きさを有して 、る。この大きさの粒子に下 記で説明する薬液を接触させることで、含炭素粒子の粒径を大きくして、含炭素粒子 を回収することができる。
[0042] 薬液は、植物の抽出によって得られる親油性成分 0. 01wt%〜lwt%と、植物の 抽出によって得られる親水性成分 20wt%〜25wt%とを含有する。本発明において 使用する親油性成分と、親水性成分を得るために使用する植物は特に限定されない 力 ヒノキ科の植物、ツバキ科の植物、イチヨウ科の植物、イネ科の植物およびシソ科 の植物力 選ばれる植物から得られるものであることが好ましい。
[0043] 親油性成分と親水性成分を得るための植物は、特に限定するものではないが、ヒノ キ科の植物、スギ科の植物、ブナ科の植物、マツ科の植物、ツバキ科の植物、ィチヨ ゥ科の植物、イネ科の植物、シソ科植物が挙げられ、これらは含炭素粒子の粒径の 拡大に効果的である。
[0044] また、具体的には、ヒノキ科の植物として、青森産ヒバ、ヒノキ、台湾ヒノキ、ェンピッ ビヤクシン、セィヨウヒノキ、ネズミサシ、ベニヒ、ヒバ、ヒノキアスナロ等が挙げられる。 青森産ヒバは、青森県を産地とするヒバをいい、この幹や枝や葉等からは、ロジン酸 a ツヤプリシン、 13 ツヤプリシン、ヒノキチオール、ッョプセン、セドロール、カル バクロールなどのフエノール類、ジペンテン、サビネン、ボルネオール、サビノールを 中心としたモノテルぺノイド、酢酸サビニル、セスキテルぺノイドならびにヒバェンなど のジテルぺノイド等の成分が抽出できる。
[0045] また、台湾ヒノキは、台湾を主産地し、この葉や根等からは、 a—ビネン、 j8—ビネ ン、カンフェン、 p シメン、 γ—テルビネン、 d—サビネン、テルビネオール、リナロー ノレ、ッョプセン、 β—エレメン、 ひ一セドレン、エレモーノレ、ビドローノレ、セドローノレ、ヒ ノキチオール、 a ツヤプリシン、トロポロイド、ヒノキチン等の成分が抽出できる。そ して、ヒノキは、 日本特産種で、その根や幹や葉等からは、 α ピネン、ボルネオ一 ル、 γ カジネン、 α カジノール、ヒノキオール等の成分が抽出できる。
[0046] スギ科の植物として、スギ、イカリスギ、セコィァ、メタセコイア等が挙げられる。スギ は、 日本の多くを産地とし、この幹や枝や葉等から、クリプトメリオール、クリプトメリジ ォーノレ、 δ カジネン、 13 オイデスモーノレ、スギオ一ノレ、スギネン、セスキテノレペン 、 β システロール、セスキテルペン、スギオール、ジペンテン、カャフラバノン、ソテ ッフラボン、 d—力テロール等の成分が抽出できる。
[0047] ブナ科の植物として、ブナ、コナラ、クヌギ、タリ、ブナ、スダジィ等が挙げられる。ブ ナは、 日本に広く分布し、この幹や枝や葉等から、フラボノイド類を含むブナ油等が 抽出できる。コナラは、ナラとも呼ばれ、 日本及び朝鮮半島に広く分布し、この幹や枝 や葉等から、タン-ン類等を含むナラ油等の成分が抽出できる。
[0048] マツ科の植物として、ァカマツ、クロマツ、ゴヨウマツ、カラマツ、トドマツ等が挙げら れる。ァカマツは、 日本に広く分布し、この幹や枝や葉から、種々の成分を有するマ ッ油が抽出できる。
[0049] ツバキ科の植物として、茶、ツバキ、サザン力等が挙げられる。茶は、約 300種の成 分が含まれ、その葉や枝等から、シス 3—へキセノールおよびへキサン酸エステル 、トランス 2—へキセン酸エステル、リナロール、ゲラ-オール、フエ-ルェチルアル コール、シス ジャスモン、ジャスモン酸メチル、インドール等の成分が抽出できる。
[0050] イチヨウ科の植物として、イチヨウ、 Baiera、 Stenophyllum、 Sphaenobaiera等力 S 挙げられる。特に、東アジアを産地とするイチヨウ類イチヨウ目に属するイチヨウの葉は 、種々の成分を有するイチヨウ油が抽出できる。
[0051] イネ科の植物として、ホウライチタ、ャダケ、スズタケ、モウソゥチタ、マダケ、クマザ サ、チシマザサ、ァズマザサ、ォカメザサ等が挙げられる。主に日本を含む東アジア を主産地とするホウライチタ、ャダケ、スズタケ、モウソゥチタ、マダケは、葉等から種 々の成分を有するタケ油が抽出できる。また、クマザサ、チシマザサは、葉等から種 々の成分を有するササ油が抽出できる。
[0052] シソ科の植物として、ラベンダー等が挙げられる。ラベンダーは、フランス、イタリア、 ハンガリー、ロシア南部、イギリス、北アメリカ、オーストラリア及び北海道等を主産地と し、このラベンダーの花等から、リナロール、酢酸リナリル、ラバンジュロール、酢酸ラ バンジュリル、 3—ォクタノール、 α—ピネン、 13—ピネン、リモネン、シネオール、シト ロネラール等の成分が抽出される。 [0053] 上述の各成分は、植物の葉、花、種子、榭皮、果肉、果皮等から抽出され、水に不 溶な親油性成分と、水に可溶な親水性成分とを有している。このうち、親油性成分は 、一般に精油と呼ばれ、油状から半固体状で得られる揮発性物質である。この揮発 性を利用して熱を力けることで植物力 親油性成分を抽出することができる。この親 油性成分には、テルペン系化合物、脂肪族鎖状化合物、芳香族化合物等も含有さ れている。また、この親油性成分中には、親水性成分を構成する親水性物質も含ま れている。
[0054] テルペン系化合物は、 (C H )なる分子式をもつ鎖状および環状の炭化水素で、
5 8 η
母体のテルペン系炭化水素と同じ炭素骨格をもつアルコール、アルデヒド、ケトンそ の他の誘導体も含まれる。テルペン系化合物はイソプレン単位の数によって、へミテ ルペン（C Η )、モノテルペン（C Η )、セスキテルペン（C Η )、ジテルペン（C
5 8 10 16 15 24 20
Η )、トリテルペン (C Η )、ポリテルペン (C Η )等に分類される。
32 30 48 5 8 η
[0055] 一方、親水性成分は、上述した植物中に含まれる親水性物質を含有する水溶液で ある。この親水性成分は、植物中又は親油性成分中に含まれる親水性物質を水又 は親水性の液体で抽出することで親水性物質を含有する水溶液として得られる。
[0056] 親油性成分及び親水性成分の抽出方法は、特に限定するものではな 、が、例え ば水蒸気蒸留が挙げられる。この水蒸気蒸留は、親油性成分の沸点 (通常、 150〜 350°C)より低い温度で行われるため、親油性成分の分解が生じるおそれはほとんど ないという利点がある。また、親水性成分は、植物中の水分又は植物とともに入れら れた水を蒸発させ、発生した蒸気とともに親水性物質が流出する。
[0057] 以下に、一例として台湾ヒノキの水蒸気蒸留によって、薬液の製造について説明す る。ヒノキは、南限が台湾の阿里山、北限が福島県といわれる分布域を有するヒノキ 科の常緑高木である。単にヒノキといえば日本特産種を指し、台湾産のものを台湾ヒ ノキという。台湾ヒノキからは、多くのテルペン類を含み、芳香成分であるヒノキチォー ルを含む精油が得られる。このような芳香成分はヒノキの心材の部分に存在するが、 榭齢 60年以上のヒノキになると心材の割合が 80%に達するため、榭齢の古いものの 方が親油性成分を多く含み好適である。
[0058] 水蒸気蒸留を行う台湾ヒノキの根の部分を、クラッシャーなどを用いて 0. 5〜： Lmm 角程度の大きさのチップにする。このチップ約 500kgをチップに含まれる水分を利用 して、所定の温度で、水蒸気蒸留を行う。具体的には、約 100〜120°Cの温度で 2〜 6時間程度蒸留し、チップに含有されている親油性成分を蒸気とともに留出させる。 温度及び時間は、チップにした木の含水量などにより適宜調節する。水蒸気蒸留に よって植物から発生する蒸気を冷却すると、上述のような親油性成分と植物中の親 水性物質及び水により構成される親水性成分とが 2層に分離し、親油性成分と親水 性成分が得られる。なお、使用するヒノキのチップの量によって、抽出時間、蒸留釜 の大きさ、蒸留時間などは適宜調整することができる。
[0059] この親水性成分と親油性成分とを所定の組成となるように混合することで、本発明 で使用する薬液が得られる。例えば、混合後の水溶液の組成として、親油性成分を 0 . 01wt%〜lwt%、親水性成分を 20wt%〜25wt%となるように混合し、例えば室 温から 60°Cで、 30分から 2時間以上攪拌することで得られる。この溶液を使用するこ とにより、含炭素粒子を効率的に回収できるとともに、回収した含炭素粒子の精製が 容易となる。
[0060] また、得られた薬液には、必要に応じて適宜、ワックス類を添カ卩してもょ 、。ワックス 類には、天然ワックスと合成ワックスとに大別され、天然ワックスには、カルナウバヮッ タス、木ろう、サトウロウなどの植物ワックスやミツロウ、昆虫ロウ、鯨ロウ、羊毛ロウなど の動物ワックスやパラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの石油ワックスや モンタンワックス、ォゾケライトなどの鉱物ワックスが含まれる。また、合成ワックスには 、カーボワックス、ポリエチレンワックス、塩素化ナフタレンワックスなどが含まれる。こ の薬液は、そのままで使用してもよぐさらに水を加えて適宜希釈して使用してもよい
[0061] 本発明は、図 1のように、接触場 60と、薬液の粒子と含炭素粒子との接触により粒 径を大きくした含炭素粒子を回収する回収手段としての回収部 62と、回収した含炭 素粒子を精製する精製部 63とを有して ヽる。
[0062] 接触場 60は、含炭素粒子と薬液の粒子とが接触する空間である。そして、この接触 場 60は、含炭素粒子を含有する気体が流入する気体入口と、薬液の粒子や蒸気が 流入する薬液入口とを有し、接触場 60に流入した気体を接触場 60から排出するた めの出口とを有している。この出口には煙突等が設けられていてもよい。この接触場
60で含炭素粒子と薬液の粒子とを接触させ、含炭素粒子の粒径を大きくする。この 含炭素粒子の粒径を大きくすることで、気体中に浮遊させに《したり、回収を容易と したりすることがでさる。
[0063] この接触場 60の形状は、含炭素粒子と薬液の粒子とが接触することができる空間 を有していれば特に限定するものではない。また、この接触場 60の気体入口は、含 炭素粒子を含有する気体を流入させることができればよい。例えば、内燃機関からの 排気を流入させる場合、内燃機関の排気口と接触場 60の気体入口を接続してもよ!/ヽ 。また、接続させなくても、接触場 60に流入させるようにファン等を設け、接触場 60に 気体を導いてもよい。
[0064] 供給部 61は、上述のような薬液を、含炭素粒子と薬液とが接触する空間である接 触場 60に粒子として供給する供給手段である。この接触場 60への供給は、含炭素 粒子と薬液の粒子とが効率的に接触できる方法であれば、特に限定するものではな い。例えば、薬液を接触場 60に噴霧したり、接触場 60近傍で薬液を加熱させた蒸気 を供給したりする方法などが挙げられる。
[0065] 例えば、この薬液の噴霧は、薬液のみをスプレーノズルで噴霧する 1流体のスプレ 一方式、薬液に気体を分散させたものをスプレーノズルで噴霧する 2流体のスプレー 方式、薬液をインジェクションノズルで噴出するように噴霧するインジェクション方式な どが挙げられる。これにより、薬液の粒子を形成し、この粒子を接触場 60に供給する ことで、供給された接触場 60中で薬液の表面積がより大きくなり、効率的に多くの含 炭素粒子と薬液の粒子とを接触させることができる。
[0066] 例えば、図 2のように、薬液を貯留する貯留槽 16と接続されたスプレーノズル 15を 接触場 60に備え、含炭素粒子を含む気体を入口カゝら流入させる。接触場 60に薬液 を噴霧することで、薬液の微小な粒子が形成されるとともに、薬液の粒子を接触場 60 に供給することができる。これにより、効率的により多くの含炭素粒子と薬液の粒子と を接虫させることができる。
[0067] 一方、薬液を加熱させることでも薬液が粒子状となり、接触場 60に供給することもで きる。例えば、図 3のように、接触場 20に薬液を貯留する貯留槽 21と、その貯留槽 21 中の薬液を加熱させる加熱手段であるヒータ 25を備え、この薬液を加熱することでカロ 熱させる。これにより、発生した蒸気が接触場 60に供給される。このとき、貯留槽 21 から離れることで、蒸気の周囲の温度が低下し、蒸気のいくつかが集合することで薬 液の粒子が形成される。したがって、接触場 60には、蒸気及び薬液の粒子が供給さ れる。さら〖こ、蒸気は、接触場 60の壁面や含炭素粒子に近づくことでも、いくつかの 粒子が集合して薬液の粒子を形成する。このように、薬液を加熱させることで、含炭 素粒子を含む気体が流入してくる接触場 60入口近傍及び接触場 60にお ヽて、薬液 の粒子が形成され、その薬液の粒子を接触場 60に供給することができる。これにより 、薬液を噴霧した場合と同様に、接触場 60中の薬液の表面積がより大きくなり、効率 的に含炭素粒子と薬液の粒子とを接触させることができる。また、例えば、流入する 気体が薬液を蒸発させる程度に熱を有する場合、この気体の熱を加熱手段として使 用し、薬液を蒸発させてもよい。この場合、気体中の熱は薬液の蒸発に使用されるこ とで奪われる。したがって、上述のヒータ 25を使用した場合と同様に、気体中の含炭 素粒子と薬液の粒子とを接触させ、効率的に含炭素粒子の粒径を大きくすることがで きる。
[0068] 接触場 60には、含炭素粒子を含む気体が流入するとともに、供給部 61から薬液が 供給される。これにより、薬液の粒子と気体中の含炭素粒子とが接触する。このとき、 薬液の粒子が含炭素粒子の周囲を取り囲むように付着する。このように薬液によって 周囲が囲まれた含炭素粒子同士がこの薬液を介して接触し、含炭素粒子同士が凝 集する。これを繰り返し、含炭素粒子が凝集拡大していくことで含炭素粒子の粒径が 大きくなる。このように、薬液を使用することで、粒径を大きくした含炭素粒子の精製 時間を短くすることができる。これは、含炭素粒子同士が凝集拡大して含炭素粒子の 粒径を大きくする際に、薬液によって含炭素粒子中の未燃焼炭化水素化合物と、元 素状炭素の結びつきが弱まり、含炭素粒子中の元素状炭素同士が集合したため、精 製する際に余り大きなエネルギーを長時間使用する必要がなくなったためだと考えら れる。また、薬液を使用することで、含炭素粒子カゝら製造される炭素混合物は高配向 となる。
[0069] このとき、薬液の接触場 60への供給量は、特に限定するものではないが、含炭素 粒子を排出する内燃機関で消費する燃料に対して供給量を多くすることで、より多く 薬液を含炭素粒子に接触させることができる。これにより、より粒径の大きな含炭素粒 子が形成される。すなわち、含炭素粒子に付着する薬液の量が多くなり、より元素状 炭素の結びつきが弱まり、含炭素粒子中の元素状炭素同士が集合したためだと考え られる。これにより短時間での精製で高純度の炭素混合物を得ることができる。また、 より高配向の炭素混合物を得ることができる。この好適な供給量としては、燃料の消 費量に対して 1(^％以上の薬液を供給することが好ましい。 10wt%以上でこの効 果がより顕著となる。例えば、薬液を噴霧する場合は、薬液の噴霧量を 10wt%以上 とし、薬液を加熱させる場合は、薬液の消費量が 10wt%以上とすることが好ましい。
[0070] 回収部 62は、このようにして接触場 60で含炭素粒子と薬液の粒子とが接触するこ とで粒径を大きくした含炭素粒子を回収する。この回収部 62は、粒径を大きくした含 炭素粒子の回収方法により異なるが、特に限定されるものではない。例えば、接触場 60に薬液の粒子を十分に供給して、浮遊する含炭素粒子が気体中に浮遊できない 程度の大きさとし、接触場 60下方に含炭素粒子を落とす場合、回収部 62として、接 触場 60の下方に薬液とともに含炭素粒子を回収する回収口を設けてもよい。この場 合、接触場 60となる空間に回収口のみを設けるだけでよぐ特別な部材を設けること なく容易に含炭素粒子を回収することができる。
[0071] また、別の回収部 62として、粒径を大きくした含炭素粒子を捕捉する捕捉手段であ るフィルタを接触場 60に設け、このフィルタ力も含炭素粒子を回収するようにしてもよ い。フィルタは、接触場 60の出口近傍、すなわち、接触場 60出口やその出口直前、 或いは、出口直後の煙突等に設けられていてもよい。これにより、粒径を大きくした含 炭素粒子を確実に捕捉し、含炭素粒子を回収することができる。例えば、気体中に 浮遊できなくなるほど粒径を大きくした含炭素粒子が得られなくても、フィルタによつ て所定の大きさ以上の含炭素粒子を捕捉することができる。
[0072] このフィルタは、接触場 60出口近傍に備えられ、接触場 60で薬液の粒子と接触し た含炭素粒子を、接触場 60出口から排出される気体中から捕捉することができるも のであれば、特に限定するものではない。例えば、ハ-カム状のフィルタや網目状の 多孔質フィルタなどが挙げられ、材質としては、スチール製、セラミック製、耐熱高分 子製等が挙げられる。特に、網目状の多孔質セラミックフィルタを使用することで、含 炭素粒子の粒径が気体中に浮遊しなくなるまで大きくならなくても、より効率的に気 体中から含炭素粒子を捕捉し、このフィルタ力 含炭素粒子を容易に回収できる。ま た、フィルタの再生も容易である。また、このフィルタの孔の大きさも特に限定するもの ではなぐ含炭素粒子の発生源や薬液の供給量などに応じて適宜変更可能である。 さらに、網目状スチールフィルタを使用しても、含炭素粒子をを捕捉することができる 。そして、網目状スチールフィルタを使用することで、フィルタを叩く等のようにフィル タに振動を与えることで、容易に含炭素粒子を網目状スチールフィルタ力 分離する ことができる。
[0073] このフィルタを備える際、接触場 60の圧力を計測する圧力計測手段として圧力セン サを備え付けてもよい。この圧力センサの計測結果に応じて、含炭素粒子がフィルタ に捕捉された状況を把握して、フィルタ力 含炭素粒子を回収するタイミングを知るこ とができる。フィルタは、含炭素粒子を捕捉することで、接触場 60に流入する気体が フィルタを介して排出される際に気体が通過する穴等を徐々に塞いでしまい、接触場 60にかかる圧力が徐々に上昇する。この接触場 60にかかる圧力を計測し、所定の 圧力以上となったときに、フィルタ力も含炭素粒子を回収するようにしてもよい。接触 場 60の圧力が所定の圧力以上になったとき、接触場 60に流入する気体が排出され 難くなつているため、フィルタに含炭素粒子が十分に捕捉された状態であることを示 す。このときに含炭素粒子をフィルタ力 回収することで十分な量の含炭素粒子を回 収することができ、効率的に含炭素粒子を回収することができる。この所定の値は、 特に限定するものではなく適宜変更可能である。
[0074] このフィルタは、接触場 60出口近傍から取り外せるように形成されていても、取り外 せないようになつていてもどちらでもよい。例えば、フィルタが取り外せるようになって いる場合、フィルタを取り外し、フィルタと捕捉した含炭素粒子とを分離し、分離した 含炭素粒子を回収する。このように、フィルタを取り外すことで、含炭素粒子の回収作 業が容易となる。
[0075] 一方、フィルタが取り外せな 、ようになって 、る場合、フィルタ力 捕捉した含炭素 粒子を分離させるような薬剤をフィルタに供給し、フィルタと含炭素粒子とを分離し、 その薬剤とともに含炭素粒子とを回収する。例えば、図 4のように、接触場 60出口近 傍にフィルタ 31を備え、薬液 34の粒子を接触場 60に供給するスプレーノズル 32と、 フィルタ 31に上記薬剤 35を供給するスプレーノズル 33と、接触場 60の圧力を測定 する圧力センサ 36を設ける。流入してきた気体中の含炭素粒子に対して薬液 34を 噴霧して薬液 34の粒子と含炭素粒子とを接触させて、含炭素粒子の粒径を大きくす る。粒径を大きくした含炭素粒子は、フィルタ 31に捕捉される。含炭素粒子を捕捉し たフィルタ 31は、薬剤 35をフィルタ 31に供給し、フィルタ 31と含炭素粒子とを分離す る。分離後、接触場 60の下方にたまった含炭素粒子を図示されない取り出し口から 薬剤 35とともに取り出す。これにより、フィルタ 31を取り外す手間を省略することがで きる。さらに、上述した圧力センサ 36等と組み合わせることで、接触場 60に所定の圧 力以上の圧力がかかった際、薬剤 35を自動的にフィルタ 31に供給し、フィルタ 31か ら含炭素粒子を分離するようにすることもできる。これにより、自動的に含炭素粒子を 分離することができる。
また、このフィルタは複数設けてもよい。例えば、図 5のように、出口近傍にフィルタ 41、 51をそれぞれ設けた接触場 60a、 60bを備える。そして、接触場入口にそれぞ れバルブ 54、 44を備え、時間や接触場に備えられていてもよい圧力センサの値等に 応じて、含炭素粒子を有する気体の流入を制御する。例えば、はじめに、バルブ 44 のみを開き、含炭素粒子を有する気体を接触場 60aに流入させる。このとき、スプレ 一ノズル 42から薬液 34を噴霧し、薬液 34の粒子と含炭素粒子とを接触させ、含炭素 粒子を凝集拡大させ、粒径を大きくした含炭素粒子をフィルタ 41で捕捉する。そして 、時間や接触場 60aにかかる圧力等に応じて、ノ レブ 44を閉じるとともにバルブ 54 を開く。そして、接触場 60bに含炭素粒子を有する気体を流入させる。そして、スプレ 一ノズル 52から薬液 34を噴霧し、薬液 34の粒子と含炭素粒子とを接触させ、含炭素 粒子を凝集拡大させ、粒径を大きくした含炭素粒子フィルタ 51で捕捉する。このとき 、接触場 60aでは、スプレーノズル 43を介して薬剤 35をフィルタ 41に噴霧し、フィル タ 41から含炭素粒子 41を分離する。分離した含炭素粒子は、薬剤 35とともに、接触 場 60a下方に溜まり、図示されない取り出しロカも含炭素粒子を回収する。このように 、使用するフィルタを切り替え、交互に使用することで、気体中の含炭素粒子の捕捉 と、フィルタ力もの含炭素粒子の回収を同時に行うこともでききる。捕捉と回収とを連 続的に行うことができ、効率的に含炭素粒子を回収し、炭素混合物を製造することが できる。
[0077] 上述のように、フィルタと含炭素粒子との分離に使用する薬剤は、特に限定するも のではない。含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子は、親水性成分を有してい るため、この薬液と親和性の高い親水性の溶剤を使用することがより好ましい。例え ば、水やメタノール、エタノール、 1—プロパノール、 2—プロパノール、 1—ブタノール 、 2—ブタノール等のアルコール等が挙げられる。また、薬液の親油性成分は、アル コールに溶解する性質を有しているため、更に好適である。このように、安価な水や アルコールを使用して、容易に含炭素粒子を回収することができる。
[0078] また、フィルタが取外せる場合、フィルタと含炭素粒子との分離には超音波を利用 することもできる。含炭素粒子を捕捉したフィルタを例えば超音波洗浄器に投入し、 超音波の振動を加えながら、フィルタ力 含炭素粒子を剥しとるように分離し、超音波 洗浄器力 含炭素粒子を回収する。これにより、容易にフィルタ力 含炭素粒子を分 離することができる。また、超音波を使用することにより、高配向の炭素混合物が得ら れる。これは、その超音波の振動が回収される含炭素粒子中の元素状炭素の結晶 構造に影響を与えるためと考えられる。
[0079] 精製部 63は、回収部 62で回収した含炭素粒子を精製する精製手段である。この 精製部 63は、特に限定するものではない。例えば、ソックスレー抽出器が挙げられ、 これを使用して含炭素粒子を精製することができる。回収された含炭素粒子を水など の所定の溶媒に溶解し、その溶液をソックスレー抽出器に入れて加熱する。ここで、 薬液を使用することで、含炭素粒子中の未燃焼の炭化水素化合物と元素状炭素と の結びつきが弱まり、元素状炭素同士が集合する。これにより、上記薬液や含炭素 粒子中の未燃焼の炭化水素化合物等が除去されやすくなり、短時間の精製で高純 度の炭素混合物が得られる。また、この得られた炭素混合物は高配向となり、フラー レンやカーボンナノチューブ原料にもなる。ソックスレー抽出器の他に、カラムクロマト グラフィ一によつて含炭素粒子を精製してもよい。また、回収した含炭素粒子を含む 溶液を貧酸素条件下、 1100°Cから 2000°Cという高温で加熱しても含炭素粒子中か ら炭素混合物を抽出することができる。
[0080] 本発明の炭素混合物製造方法は、まず、接触場 60で含炭素粒子と薬液の粒子と を接触させる。含炭素粒子と薬液の粒子との接触により、含炭素粒子の粒径が大きく なる。次に、粒径を大きくした含炭素粒子は、上述のような回収部 62によって回収さ れる。このとき、フィルタを捕捉手段として使用してもよい。そして、回収された含炭素 粒子を精製部 63で精製する。薬液を使用することで、含炭素粒子中の未燃焼の炭 化水素化合物と元素状炭素との結びつきが弱まり、元素状炭素同士が集合すること により、短時間で高純度の炭素混合物が製造でき、高配向の炭素混合物となる。さら に、含炭素粒子の回収に超音波を使用すると超音波の振動によって、高配向の炭素 混合物となる。
[0081] この炭素混合物の原料となる含炭素粒子は、特に内燃機関の排気口付近等力 環 境問題となるほど多く出されており、非常に豊富に存在する。すなわち、鉱物である モンモリロナイトよりも安定的に供給することができる。したがって、高配向の炭素混 合物を高純度で効率的に、そして、安定的に供給することができる。また、通常不要 な含炭素粒子力 得られるため、この炭素混合物を安価に製造できる。
[0082] また、本発明の炭素混合物製造装置は、上述のように、薬液と接触場 60とを有し、 回収部 62、精製部 63を備える。そして、接触場 60で、薬液の粒子と含炭素粒子とが 接触して含炭素粒子の粒径を大きくし、粒径を大きくした含炭素粒子を回収部 62で 回収し、回収した含炭素粒子を精製部 63で精製する。これにより製造された炭素混 合物は、含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子を含炭素粒子に接触させること で、含炭素粒子中の未燃焼の炭化水素化合物と元素状炭素との結びつきが弱まり、 元素状炭素同士が集合することにより、短時間で高純度の炭素混合物が製造でき、 高配向の炭素混合物となる。さらに、含炭素粒子の回収に超音波を使用すると超音 波の振動によって、高配向の炭素混合物となる。
[0083] そして、本発明の炭素混合物は、上述した炭素混合物製造方法や炭素混合物製 造装置により製造することができる。この炭素混合物は、複数の同素体炭素の混合 物であり、その成分は含炭素粒子中の元素状炭素を由来とするものであるが、薬液 を使用することで、フラーレン又はカーボンナノチューブの原料となるほど高配向の 炭素混合物となる。
[0084] フラーレンやカーボンナノチューブといった炭素クラスタ一は、モンモリロナイト中の 高配向グラフアイトを基にして製造されることが効率的であることが知られて 、る。本 発明の炭素混合物は、高配向の炭素を含有するものであるため、このモンモリロナイ ト中の高配向グラフアイトと同様にフラーレンやカーボンナノチューブを形成すること ができる。したがって、本発明の炭素混合物は、フラーレンやカーボンナノチューブ のための原料として、好適で安価な炭素材料となる。さらに、本発明の炭素混合物は 、同素体の混合物であるが、元素状炭素としての純度が高い。そのため、安価な本 発明の炭素混合物は、タイヤ、電極等の原料として供給することができる。
[0085] 次に、本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブの製造方法及びフラーレン又 はカーボンナノチューブの製造装置に関して説明する。
[0086] 本発明は、図 6のように、上述の炭素混合物製造方法や装置で製造された炭素混 合物に対し、アーク放電又はレーザ照射等を行う処理手段である処理部 74をカ卩えた ものである。すなわち、含炭素粒子の精製までは上述の炭素混合物製造方法や装 置と同様であり、接触場 70は上述の接触場 60、供給部 71は上述の供給部 61、回収 部 72は上述の回収部 62、精製部 73は上述の精製部 73と同様である。
[0087] 処理部 74は、精製部 73で含炭素粒子を精製して得られた炭素混合物に対して、 フラーレン又はカーボンナノチューブを形成するための処理を行う。例えば、アーク 放電又はレーザ照射が挙げられる。この処理により、高配向の炭素混合物からフラー レンやカーボンナノチューブを形成することができる。処理部 74で処理される炭素混 合物は、処理を容易とするためにペレット状に形成したものを使用することが好ましい
[0088] このペレット状の炭素混合物は、以下のように形成することができる。精製部 73で 含炭素粒子を精製して得られた炭素混合物を乾燥させる。その後、炭素混合物を粉 状となるように粉砕した後、粉状の炭素混合物を所定の形状となるように固めてペレ ット状とする。
[0089] 例えば、炭素混合物に対してアーク放電を行う場合、粉状の炭素混合物は、細長 V、棒状等の電極となるように形成する。この炭素混合物からなる複数の電極を所定 の間隔をあけて固定し、この電極それぞれに所定の電源と導通をとつた電流導入部 を接続する。この状態で炭素混合物の電極に電流を流し、アークを飛ばす。これによ り、電極を形成する炭素混合物が蒸発する。蒸発した炭素混合物は、気相で凝縮し 、フラーレンやカーボンナノチューブを含有した煤状物質となる。この煤状物質を精 製することで、フラーレン又はカーボンナノチューブを製造することができる。
[0090] 一方、例えば、炭素混合物に対してレーザ照射を行う場合、粉状の炭素混合物に 粉状の触媒を混ぜ合わせ、所定の形状のペレットを形成する。この炭素混合物から なるペレットを所定の容器に入れ、高温ガス中で所定の出力のレーザを照射する。こ れにより、ペレット状の炭素混合物が蒸発する。蒸発した炭素混合物は、冷却により 凝縮し、フラーレンやカーボンナノチューブを含有した煤状物質が容器表面に付着 する。この煤状物質を精製することでフラーレン又はカーボンナノチューブを製造す ることができる。このとき、使用される触媒としては、アルミ、ニッケル、コバルト、鉄等 が挙げられる。
[0091] 本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブの製造方法は、まず、接触場 70で 含炭素粒子と薬液の粒子とを接触させる。含炭素粒子と薬液の粒子との接触により、 含炭素粒子の粒径が大きくなる。次に、粒径を大きくした含炭素粒子は、上述のよう な回収部 72によって回収される。このとき、フィルタを捕捉手段として使用してもよい 。そして、回収された含炭素粒子を精製部 73により精製し、炭素混合物が得られる。 得られる炭素混合物を、処理部 74でフラーレン又はカーボンナノチューブが形成さ れるような処理を行うことで、フラーレン又はカーボンナノチューブ製造することができ る。また、このフラーレン又はカーボンナノチューブの原料となる含炭素粒子は、化石 燃料の消費によって発生するため、安定して供給される原料である。そして安価であ る。したがって、このフラーレン又はカーボンナノチューブを安価で安定的に供給す ることがでさる。
[0092] また、本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブの製造装置は、薬液と接触場 70とを有し、回収部 72、精製部 73、加熱部 74を備える。そして、接触場 70で、薬液 の粒子と含炭素粒子とが接触して含炭素粒子の粒径を大きくし、粒径を大きくした含 炭素粒子を回収部 62で回収し、回収した含炭素粒子を精製部 73で精製し、精製部 73で得られた炭素混合物に対して、処理部 74でフラーレン又はカーボンナノチュー ブが形成されるような処理を行うことで、安価で安定的にフラーレン又はカーボンナノ チューブを製造することができる。
実施例
[0093] [実施例 1]薬液の作製
台湾ヒノキの根の部分を 3mm〜5mm角のチップとなるように裁断した。このチップ 300kgを 120°Cで 3時間水蒸気蒸留して、 2層に分かれた親油性成分と親水性成分 が得られた。この 2層に分かれた親油性成分と親水性成分とを分離し、 3kgの親油性 成分と 75kgの親水性成分とが得られた。この親油性成分 lkgと親水性成分 20kgと 水 79kgとを容器に入れ、 45°Cで 2時間攪拌し、薬液を得た。
[0094] [実施例 2]炭素混合物の製造
実施例 1で作製した混合溶液を使って排気ガス中の含炭素粒子を回収し、炭素混 合物を製造した例を示す。内燃機関として、 86815ccの船のエンジンを使用した。ェ ンジンの稼動により排出される排気ガスは、導管を通り、船の煙突から排出される。そ の導管には、排気ガス中の含炭素粒子と接触するように、実施例 1で作製した混合 溶液を噴霧するためのノズルが備え付けられ、その混合溶液の噴霧量は、燃料の消 費量に対して 10wt%となるように制御された。また、その導管には、排出される排気 ガスが必ず接触するように、 30cm X 30cm X 5mmのセラミック製の網目状のフィル タを積層するように 8枚備えられた。
[0095] このような設備の船を使用して炭素混合物の製造を行った。エンジンには C重油を 燃料として供給し、 8時間稼動させて、 C重油由来の含炭素粒子を含む排気ガスをェ ンジン力も導管に向力つて排出させた。その排気ガスに対して、ノズル力も上記のよう に噴霧量が制御された混合溶液を噴霧し、排気ガス中の PMの粒径を大きくさせた。 このとき、導管中の温度は、約 350°Cであった。粒径が大きくなつた含炭素粒子は、 排気ガス中に浮遊できないものは、導管中に落下し、排気ガス中に浮遊するものは、 フィルタによって捕捉されていた。
[0096] エンジンの稼動から 8時間後、エンジンが止められ、導管中に落下した含炭素粒子 は、導管から回収された。また、フィルタを導管から取り外し、フィルタに対して、 7MP aに加圧した水を吹きかけ、フィルタに捕捉されて 、る含炭素粒子をフィルタ力も分離 し、水とともに含炭素粒子を回収した。回収された含炭素粒子は、 80°Cで 4時間、ソ ックスレー抽出を行った。ソックスレー抽出後、室温にて自然乾燥を行い、含炭素粒 子中から 500gの炭素混合物を抽出した。
[0097] [実施例 3]カーボンナノチューブの製造
上述のように製造した炭素混合物を使用してカーボンナノチューブの製造を行った 。上述のとおり製造した炭素混合物を乾燥後、メノウ乳鉢で粉末とした。そして、炭素 混合物の粉末 lgに、触媒としてニッケル 0. 03gと、コノ レト 0. 03gを加え、メノウ乳 鉢で 30分混ぜ合わせる。この混合物を 2. 5torrZcm2の圧力で加圧し、直径 10m m、厚さ 2mmの円盤状のペレットとした。
[0098] 次に中央に電気炉を設置した石英の真空チェンバに、回転ロッドを置いた。この回 転ロッドに作成した炭素混合物のペレットを付着させた。このペレットに対し、電気炉
1130°C、アルゴンガス 0. 3lZminの条件でエキシマレーザを照射した。回転ロッド 中のペレットが煤となり、レーザ照射の 30分後に、この煤を回収した。
[0099] 回収した煤をラマン散乱分光法により分析した。この条件は、 532nmの半導体レー ザ、 600本 Zmmの回折格子、照射時間 30秒である。この結果、煤内にカーボンナ ノチューブが存在することが確認され、上述の方法で製造された炭素混合物から力 一ボンナノチューブが製造できることがわかった。
[0100] これにより、上述の方法で製造できる炭素混合物は、モンモリロナイトを用いて形成 される高配向グラフアイトからフラーレン又はカーボンナノチューブを製造する方法と 同様の方法でカーボンナノチューブを製造できることがわかった。したがって、上述 の方法で製造した炭素混合物は、高配向グラフアイトと同様に、高配向の元素状炭 素を含有する炭素混合物であることがわ力つた。

Claims

請求の範囲
[1] 気体中に浮遊する含炭素粒子から炭素混合物を製造する炭素混合物製造方法で あって、
前記含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子と前記含炭素粒子とが接触する接 触場で、前記接触場入口から流入する前記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の 粒子を接触させる工程と、
前記薬液の粒子との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収する工程 と、
回収された前記含炭素粒子を精製する工程と
を有することを特徴とする炭素混合物製造方法。
[2] 前記気体は、燃料の燃焼によって内燃機関から排出される排気ガスであり、
前記燃料の消費量に対して、 10wt%以上となる量の薬液を前記接触場に供給し、 前記薬液と前記排気とガスを接触させることを特徴とする請求項 1記載の炭素混合物 製造方法。
[3] 前記薬液は、ヒノキ、台湾ヒノキ、青森産ヒバ、スギ、マツ、ナラ、ブナ、茶、イチヨウ、 モウソゥチタ、マダケ、クマザサ、チシマザサ、又は、ラベンダーのうち少なくとも 1種類 以上の植物から抽出される親油性成分と、親水性成分とを含有することを特徴とする 請求項 1記載の炭素混合物製造方法。
[4] 前記薬液を 1流体又は 2流体のスプレー方式、或 、は、インジヱクシヨン方式による 噴霧、若しくは、加熱させることで、該薬液の粒子を形成し、前記含炭素粒子に前記 薬液の粒子を接触させることを特徴とする請求項 1記載の炭素混合物製造方法。
[5] 前記接触場出口近傍に備えられた粒径を大きくした前記含炭素粒子を捕捉する捕 捉手段により前記含炭素粒子を捕捉した後、前記捕捉手段から前記含炭素粒子を 回収することを特徴とする請求項 1記載の炭素混合物製造方法。
[6] 前記捕捉手段は、網目構造の多孔質セラミックのフィルタであることを特徴とする請 求項 5記載の炭素混合物製造方法。
[7] 前記捕捉手段は、前記含炭素粒子を捕捉した後に前記接触場出口近傍から取り 外され、捕捉した前記含炭素粒子を前記捕捉手段力 分離するように前記含炭素粒 子を回収することを特徴とする請求項 5記載の炭素混合物製造方法。
[8] 前記捕捉手段を前記接触場近傍に複数備え、
前記含炭素粒子の捕捉に使用する前記捕捉手段を切り替えることを特徴とする請 求項 5記載の炭素混合物製造方法。
[9] 前記含炭素粒子は、超音波を利用して前記捕捉手段から分離するように回収され ることを特徴とする請求項 5記載の炭素混合物製造方法。
[10] 前記含炭素粒子は、水及び Z又はアルコールに溶解して前記捕捉手段から分離 するように回収されることを特徴とする請求項 5記載の炭素混合物製造方法。
[11] 気体中に浮遊する含炭素粒子から炭素混合物を製造する炭素混合物製造装置で あって、
前記含炭素粒子の粒径を大きくする薬液と、
前記薬液の粒子とを前記含炭素粒子と接触させる接触場と、
前記接触場入口から流入する前記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を 接触させるように前記接触場に前記薬液の粒子を供給する供給手段と、
前記薬液との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収する回収手段と、 前記回収手段によって回収された前記含炭素粒子を精製する精製手段と を備えることを特徴とする炭素混合物製造装置。
[12] 気体中に浮遊する含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子と前記含炭素粒子と が接触する接触場で、前記接触場入口から流入する前記気体中の前記含炭素粒子 に前記薬液の粒子を接触させ、
前記薬液の粒子との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収し、 回収された前記含炭素粒子を精製することにより製造されることを特徴とする炭素 混合物。
[13] 気体中に浮遊する含炭素粒子力 製造された炭素混合物力 フラーレン又はカー ボンナノチューブを製造するフラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法であって 前記含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子と前記含炭素粒子とが接触する接 触場で、前記接触場入口から流入する前記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の 粒子を接触させる工程と、
前記薬液の粒子との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収する工程 と、
回収された前記含炭素粒子を精製する工程と、
前記含炭素粒子を精製することにより製造された炭素混合物に対し、アーク放電又 はレーザ照射を行う工程と
を有することを特徴とするフラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法。
気体中に浮遊する含炭素粒子力 製造された炭素混合物力 フラーレン又はカー ボンナノチューブを製造するフラーレン又はカーボンナノチューブ製造装置であって 前記含炭素粒子の粒径を大きくする薬液と、
前記薬液の粒子を前記含炭素粒子と接触させる接触場と、
前記接触場入口から流入する前記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を 接触させるように前記接触場に前記薬液の粒子を供給する供給手段と、
前記薬液の粒子との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収する回収 手段と、
前記回収手段によって回収された前記含炭素粒子を精製する精製手段と 前記含炭素粒子を精製することにより製造された炭素混合物に対し、アーク放電又 はレーザ照射を行う処理手段とを備えることを特徴とするフラーレン又はカーボンナノ チューブ製造装置。
PCT/JP2006/313409 2005-07-07 2006-07-05 炭素混合物製造方法、炭素混合物製造装置、炭素混合物、フラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法、フラーレン又はカーボンナノチューブ製造装置 WO2007007613A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007524596A JPWO2007007613A1 (ja) 2005-07-07 2006-07-05 炭素混合物製造方法、炭素混合物製造装置、炭素混合物、フラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法、フラーレン又はカーボンナノチューブ製造装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005-199243 2005-07-07
JP2005199243 2005-07-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007007613A1 true WO2007007613A1 (ja) 2007-01-18

Family

ID=37637007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2006/313409 WO2007007613A1 (ja) 2005-07-07 2006-07-05 炭素混合物製造方法、炭素混合物製造装置、炭素混合物、フラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法、フラーレン又はカーボンナノチューブ製造装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2007007613A1 (ja)
WO (1) WO2007007613A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102231925A (zh) * 2011-05-20 2011-11-02 中国科学院化学研究所 一种提高电弧放电法制备c60/c70富勒烯的产率的方法
RU2474431C1 (ru) * 2011-08-09 2013-02-10 Татьяна Николаевна Зарипова Способ лечения острых и обострений хронического ларингита
JP2018001729A (ja) * 2016-07-08 2018-01-11 キヤノン株式会社 インクジェット装置およびミスト回収装置
JP2020159811A (ja) * 2019-03-26 2020-10-01 東芝テック株式会社 検出センサ、測定装置、及び試料調製装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05186209A (ja) * 1992-01-14 1993-07-27 Nippon Kasei Chem Co Ltd 炭素クラスターｃ６０の製造法
JP2003172130A (ja) * 2001-12-05 2003-06-20 Juon Medical System:Kk 気体中の有害成分除去装置
JP2004026521A (ja) * 2002-06-21 2004-01-29 Mitsubishi Chemicals Corp フラーレンの製造設備及びフラーレンの製造方法
JP2004083396A (ja) * 2002-06-24 2004-03-18 Mitsubishi Chemicals Corp フラーレン含有すす状物質の回収装置及びその回収方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05186209A (ja) * 1992-01-14 1993-07-27 Nippon Kasei Chem Co Ltd 炭素クラスターｃ６０の製造法
JP2003172130A (ja) * 2001-12-05 2003-06-20 Juon Medical System:Kk 気体中の有害成分除去装置
JP2004026521A (ja) * 2002-06-21 2004-01-29 Mitsubishi Chemicals Corp フラーレンの製造設備及びフラーレンの製造方法
JP2004083396A (ja) * 2002-06-24 2004-03-18 Mitsubishi Chemicals Corp フラーレン含有すす状物質の回収装置及びその回収方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102231925A (zh) * 2011-05-20 2011-11-02 中国科学院化学研究所 一种提高电弧放电法制备c60/c70富勒烯的产率的方法
RU2474431C1 (ru) * 2011-08-09 2013-02-10 Татьяна Николаевна Зарипова Способ лечения острых и обострений хронического ларингита
JP2018001729A (ja) * 2016-07-08 2018-01-11 キヤノン株式会社 インクジェット装置およびミスト回収装置
JP2020159811A (ja) * 2019-03-26 2020-10-01 東芝テック株式会社 検出センサ、測定装置、及び試料調製装置
JP7278826B2 (ja) 2019-03-26 2023-05-22 東芝テック株式会社 検出センサ、測定装置、及び試料調製装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2007007613A1 (ja) 2009-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Thines et al. Effect of process parameters for production of microporous magnetic biochar derived from agriculture waste biomass
Pellera et al. Adsorption of Cu (II) ions from aqueous solutions on biochars prepared from agricultural by-products
Kumar et al. Adsorption of Pb2+ ions from aqueous solutions onto bael tree leaf powder: isotherms, kinetics and thermodynamics study
Wang et al. Adsorption of Copper (II) onto activated carbons from sewage sludge by microwave-induced phosphoric acid and zinc chloride activation
Cho et al. Applications of agricultural residue biochars to removal of toxic gases emitted from chemical plants: A review
WO2007007613A1 (ja) 炭素混合物製造方法、炭素混合物製造装置、炭素混合物、フラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法、フラーレン又はカーボンナノチューブ製造装置
Dos Santos et al. Syagrus oleracea–activated carbon prepared by vacuum pyrolysis for methylene blue adsorption
Santos et al. Synthesis of activated carbon from oleifera moringa for removal of oils and greases from the produced water
JP2007521344A (ja) 機関用燃料としてｖｏｃを使用する方法及び装置
CN101222969B (zh) 含有稀薄挥发性碳氢化合物的大量废气的净化方法
Said et al. Investigation of hydrochar derived from male oil palm flower: characteristics and application for dye removal
Kandah et al. Synthesis and characterization of activated carbon from asphalt
Isinkaralar et al. Equilibrium study of benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene (BTEX) from gas streams by black pine cones-derived activated carbon
Upendar et al. Development of a low temperature adsorbent from karanja seed cake for CO 2 capture
Yanan et al. Elucidating the adsorption mechanism of herbicide Diuron onto activated carbons via steric, energetic and thermodynamic investigations
WO2007058288A1 (ja) 含炭素粒子回収装置及び含炭素粒子回収方法
Gorbounov et al. Development of Nanoporosity on a Biomass Combustion Ash-derived Carbon for CO 2 Adsorption
Duarte et al. Carbon nanotubes derived from waste cooking oil for the removal of emerging contaminants
JP5278874B2 (ja) ガスからの硫黄化合物除去方法、及び合成燃料製造方法
JP2005248079A (ja) 広葉樹精油の分散液およびその製造方法
JP2007246332A (ja) 炭素ペレット製造方法、フラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法及び炭素ペレット
JPWO2007007614A1 (ja) 混合溶液
CN212283463U (zh) 油脂化工精炼尾气净化装置
CN101091907A (zh) 处理有机废气的多级天然吸附剂的制备和使用方法
JP2008202583A (ja) 排気ガス処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007524596

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 06780785

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1