WO2019073882A1 - ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法 - Google Patents

ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2019073882A1
WO2019073882A1 PCT/JP2018/037060 JP2018037060W WO2019073882A1 WO 2019073882 A1 WO2019073882 A1 WO 2019073882A1 JP 2018037060 W JP2018037060 W JP 2018037060W WO 2019073882 A1 WO2019073882 A1 WO 2019073882A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
porous structure
nanocarbon
electrode
walled carbon
holding
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/037060
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
眞由美 小坂
Original Assignee
日本電気株式会社
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 日本電気株式会社 filed Critical 日本電気株式会社
Priority to JP2019548155A priority Critical patent/JP6950743B2/ja
Priority to US16/754,642 priority patent/US11559769B2/en
Publication of WO2019073882A1 publication Critical patent/WO2019073882A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D57/00—Separation, other than separation of solids, not fully covered by a single other group or subclass, e.g. B03C
    • B01D57/02—Separation, other than separation of solids, not fully covered by a single other group or subclass, e.g. B03C by electrophoresis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/168—After-treatment
    • C01B32/172—Sorting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C5/00—Separating dispersed particles from liquids by electrostatic effect
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C5/00—Separating dispersed particles from liquids by electrostatic effect
    • B03C5/02—Separators
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/168—After-treatment
    • C01B32/174—Derivatisation; Solubilisation; Dispersion in solvents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/02—Single-walled nanotubes

Definitions

  • the present invention relates to a nanocarbon separation device and a separation method of nanocarbon.
  • Single-walled carbon nanotubes have high electron mobility, and their application to various fields is expected from their mechanical properties, electrical properties, chemical properties, and the like.
  • Single-walled carbon nanotubes are synthesized as a mixture containing materials with different properties of semiconductivity and metallicity in a ratio of 2: 1. Therefore, for industrial application, high purity and rapidity per property are achieved. Need to do separation.
  • a nanocarbon material separation method including a step of introducing and arranging, and a step of separating (see, for example, Patent Document 1).
  • the step of introducing and arranging the dispersion solution of the nanocarbon material dispersed in the plurality of different charged nanocarbon micelles and the holding solution having a specific gravity different from that of the nanocarbon material in a predetermined direction in the electrophoresis tank Stack and introduce.
  • the nanocarbon micelle group is separated into two or more nanocarbon micelle groups by applying a DC voltage in a serial direction to the dispersed solution introduced and arranged in layers.
  • a DC voltage is applied to the single-walled carbon nanotube-containing micelle dispersion solution in which single-walled carbon nanotubes are dispersed in a non-ionic surfactant solution in a separation tank vertically disposed, and single-walled carbon nanotube-containing
  • a single-walled carbon nanotube separation method comprising the step of separating into at least two layers of the micelle dispersion liquid layer and the layer of the semiconductive single-walled carbon nanotube-containing micelle dispersion liquid.
  • the single-walled carbon nanotube-containing micelle dispersion layer is a concentrated layer of metallic single-walled carbon nanotubes in which each micelle has a positive charge as a whole.
  • the layer of the semiconducting single-walled carbon nanotube-containing micelle dispersion is a layer in which each micelle has a very weak charge as a whole.
  • a DC voltage is applied by the cathode installed at the upper part of the separation tank and the anode installed at the lower part, and the direction of the electric field is parallel to the gravity direction and upward.
  • a method is known (see, for example, Patent Document 2).
  • Patent No. 5541283 gazette Patent No. 5717233 gazette
  • the present invention provides a nanocarbon separation device and a nanocarbon separation device that efficiently form a layer composed of nanocarbon dispersions of different concentrations of surfactant in an electrophoresis weir for separation of nanocarbons having different properties. Intended to provide a method.
  • the nanocarbon separation apparatus of the present invention comprises a first porous structure for holding a solution containing a surfactant, a second porous structure for holding a dispersion medium, the first porous structure, and the second porous structure.
  • a holding portion provided between the second porous structure, the holding portion, and the holding portion, the holding portion holding the dispersion containing the nanocarbon and the surfactant and having a smaller content of the surfactant than the solution;
  • a first porous structure is provided in the lower part of the first porous structure, a separation vessel in which the first porous structure, the holding portion, and the second porous structure are disposed and stored in this order.
  • a second electrode provided on top of the second porous structure.
  • the method for separating nanocarbons of the present invention comprises a first porous structure holding a solution containing a surfactant, a nanocarbon, and the surfactant, and the dispersion containing a smaller amount of the surfactant than the solution. Disposing the holding portion holding the liquid and the second porous structure holding the dispersion medium in the order of the first porous structure, the holding portion, and the second porous structure, and the first step Bringing a first electrode into contact with at least a portion of the lower end of the porous structure and bringing a second electrode into contact with at least a portion of the upper end of the second porous structure, the first electrode and the second electrode Applying a DC voltage between the electrodes.
  • the method for separating nanocarbons of the present invention comprises a first porous structure holding a solution containing a surfactant, a nanocarbon, and the surfactant, and the dispersion containing a smaller amount of the surfactant than the solution.
  • the method includes the steps of bringing a second electrode into contact with the upper part of the structure, holding the dispersion, and applying a DC voltage between the first electrode and the second electrode.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a nanocarbon separation device of the present embodiment.
  • the nanocarbon separation apparatus 10 of the present embodiment includes a first porous structure 11 holding a solution containing a surfactant, a second porous structure 12 holding a dispersion medium, a holding portion 13, and a separation tank 14. And a second electrode 16 provided in contact with the upper portion of the second porous structure 12, and a first electrode 15 provided in contact with the lower portion of the first porous structure 11.
  • the holding portion 13 is provided between the first porous structure 11 and the second porous structure 12 and contains metallic nanocarbon, semiconductive nanocarbon and surfactant, and is more preferable than the solution containing the above-mentioned surfactant.
  • nanocarbon dispersion A dispersion having a small content of surfactant (hereinafter, referred to as “nanocarbon dispersion”) is held.
  • the nanocarbon separation device 10 of the present embodiment may include a DC power supply (not shown) that applies a DC voltage between the first electrode 15 and the second electrode 16.
  • the first electrode 15 is provided in contact with the lower end (lower surface) 11 a of the first porous structure 11, and the second electrode 16 is the upper end of the second porous structure 12. The case where it is provided in contact with (upper surface) 12a is illustrated.
  • the first porous structure 11 and the second porous structure 12 are porous soft objects having numerous fine pores therein (hereinafter referred to as "pores"). It consists of a sponge.
  • the outer shape of the first porous structure 11 is not particularly limited as long as it can infiltrate a solution containing a surfactant and hold the solution.
  • the outer shape of the second porous structure 12 is not particularly limited as long as the dispersion medium can be infiltrated and the dispersion medium can be held.
  • Examples of the outer shape of the first porous structure 11 and the second porous structure 12 include a cylindrical shape, a triangular prism, a quadrangular prism, and a polygonal prism having pentagons or more.
  • the sponges forming the first porous structure 11 and the second porous structure 12 are not particularly limited.
  • the material of the sponge is not particularly limited as long as it is stable to the solution containing the surfactant and the dispersion medium, and is an insulating material.
  • the sponge is a porous body having numerous fine pores therein. Examples of the sponge include those made of natural sponge, and artificial sponges made of synthetic resin. Further, in the first porous structure 11 and the second porous structure 12, gel, pumice or the like may be used instead of the sponge.
  • the first porous structure 11 and the second porous structure 12 may have a plurality of regions stacked along the thickness direction. That is, the first porous structure 11 and the second porous structure 12 may be formed by laminating a plurality of plate-like units having a predetermined thickness.
  • the thickness direction is, for example, the arrangement direction of the first porous structure 11, the holding portion 13, and the second porous structure 12 in the separation tank 14. In other words, the thickness direction is, for example, the direction in which the carbon nanotubes separate.
  • the plurality of units (areas) may have the same thickness or different thicknesses. If the first porous structure 11 and the second porous structure 12 have a plurality of stacked regions along the thickness direction, the metal nanocarbon and the semiconductor nanocarbon are separated, Only the region containing nanocarbon can be extracted.
  • the sizes (height, outer diameter, volume, etc.) of the first porous structure 11 and the second porous structure 12 are not particularly limited, and the amount of the solution to be retained in the first porous structure 11 or the second It is suitably adjusted in accordance with the amount of dispersion medium to be held by the porous structure 12.
  • the porosity (porosity) of the first porous structure 11 and the second porous structure 12 is such that nanocarbon micelles can pass through and pores are continuously connected, and a potential gradient is formed between the upper and lower electrodes. Any porosity may be used.
  • the porosity (porosity) of the first porous structure 11 and the second porous structure 12 using synthetic sponge is preferably 80% to 99.9%, and is 90% to 99%. It is more preferable that If the porosity of the first porous structure 11 and the second porous structure 12 is 80% or more, pores communicate with each other throughout the first porous structure 11 and the second porous structure 12.
  • the metal nanocarbon and the semiconductor nano that include the first porous structure 11 and the second porous structure 12 in the dispersion of nanocarbon does not disturb the movement of carbon. Thereby, metallic nanocarbon and semiconducting nanocarbon contained in the nanocarbon dispersion liquid can be efficiently separated.
  • the porosity in the first porous structure 11 and the second porous structure 12 is 99.9% or less, the solution infiltrated into the first porous structure 11 is stabilized to the first porous structure 11 The dispersion medium infiltrated into the second porous structure 12 can be stably held in the second porous structure 12.
  • the porosity of the first porous structure 11 and the second porous structure 12 is the same as the first porous structure 11 and the second porous structure with respect to the total volume of the first porous structure 11 and the second porous structure 12. It is a ratio occupied by 12 pores.
  • the porosity of the first porous structure 11 and the second porous structure 12 is represented by, for example, the following formula (1). a1 / A1 ⁇ 100 (1) That is, the porosity of the first porous structure 11 and the second porous structure 12 is equal to the total volume a1 of the pores of the first porous structure 11 and the second porous structure 12 and the first porosity including the pores It is expressed as a percentage of the ratio to the total volume A1 of the structure 11 and the second porous structure 12.
  • the following method may be mentioned.
  • the true specific gravity D1 of the first porous structure 11 and the second porous structure 12 including The porosity of the first porous structure 11 and the second porous structure 12 is calculated based on their specific gravities.
  • the porosity of the first porous structure 11 and the second porous structure 12 is calculated based on the following equation (2). (D1-d1) / D1 ⁇ 100 (2)
  • the pore size of the first porous structure 11 and the second porous structure 12, that is, the inner diameter of the pores is preferably 40 nm or more, and more preferably 100 nm or more. Further, the inner diameter of the pores of the first porous structure 11 and the second porous structure 12 is preferably 1 cm or less, more preferably 1 mm or less. If the inner diameter of the pores of the first porous structure 11 and the second porous structure 12 is 40 nm or more, in the separation of the dispersion of nanocarbon using the nanocarbon separation device 10, the first porous structure 11 and the first porous structure 11 The porous structure 12 of 2 does not prevent the movement of the metallic nanocarbon and the semiconducting nanocarbon contained in the dispersion of nanocarbon. Thereby, metallic nanocarbon and semiconducting nanocarbon contained in the nanocarbon dispersion liquid can be efficiently separated.
  • the shape of the pores of the first porous structure 11 and the second porous structure 12 is indeterminate, for example, in the shape of a sphere, a spheroid, or the like. Therefore, the inner diameters of the pores of the first porous structure 11 and the second porous structure 12 are the diameter of the sphere when the pores are spherical, and the rotation of the pores when the pores are spheroidal.
  • the major axis of the ellipsoid and the pores have a shape other than spherical and spheroidal, the length of the longest part of the shape is used.
  • the first porous structure 11 and the second porous structure 12 are observed with an optical microscope or a scanning electron microscope And a method of measuring the size of pores from the microscopic image.
  • the first porous structure 11 and the second porous structure 12 are transparent, milky white translucent (back side) in order to make it easy to confirm the separation state of the metallic nanocarbon and the semiconducting nanocarbon contained in the dispersion of nanocarbon. It is preferable that it is white that can be seen through, and milky white (white that is not transparent, not transparent).
  • the dispersion of the nanocarbon is colored according to the diameter and chirality of the nanocarbon. Therefore, with the colors of the first porous structure 11 and the second porous structure 12 as a background, the separated state of the metal nanocarbon and the semiconductor nanocarbon can be visually confirmed.
  • the lower end 11 a of the first porous structure 11 is electrically conductive to ensure conduction between the first porous structure 11 and the first electrode 15 by increasing the degree of adhesion with the first electrode 15. It is preferred that a metallic film is provided.
  • the degree of adhesion with the second electrode 16 is increased to ensure conduction between the second porous structure 12 and the second electrode 16.
  • a conductive film is provided.
  • the anisotropic conductive film etc. which are produced
  • the contact area of the first electrode 15 with respect to the first porous structure 11 can be increased through the conductive film. Further, by providing the conductive film on the upper end 12 a of the second porous structure 12, the contact area of the second electrode 16 with the second porous structure 12 can be increased through the conductive film. As a result, it is possible to efficiently apply a DC voltage from the DC power supply between the first electrode 15 and the second electrode 16.
  • the holding portion 13 has a third porous structure.
  • the third porous structure forming the holding portion 13 is stable with respect to the dispersion of nanocarbon, and if it can infiltrate the dispersion of nanocarbon and can hold the dispersion of nanocarbon There is no particular limitation.
  • the third porous structure forming the holding portion 13 is preferably the same as the first porous structure 11 and the second porous structure 12.
  • the separation tank 14 is an electrophoresis tank having an I-shaped (vertical) structure.
  • the separation tank 14 includes a first porous structure 11 holding a solution containing a surfactant, a second porous structure 12 holding a dispersion medium, and a holding portion holding a dispersion of nanocarbon (third (Porous structure) 13 has a space capable of accommodating.
  • the separation tank 14 can accommodate the first porous structure 11 holding a solution containing a surfactant, the second porous structure 12 holding a dispersion medium, and the holding portion 13 holding a dispersion of nanocarbon. If it is, the shape and the size are not particularly limited.
  • the shape of the inside of the separation tank 14 is preferably similar to the outer shape of the first porous structure 11, the second porous structure 12 and the holding portion 13.
  • the I-shaped separation tank 14 is, for example, a container having a hollow tubular shape.
  • the I-shaped separation tank 14 may have a structure capable of supporting the first porous structure 11, the holding portion 13 and the second porous structure 12; for example, the upper end has an opening and the lower end is closed Is the bottom of the vessel.
  • the separation tank 14 of the I-shaped structure is provided to stand in the horizontal direction in the longitudinal direction.
  • the first porous structure 11, the holding portion 13 and the second porous structure 12 are disposed and accommodated in this order. That is, in the separation tank 14, the first porous structure 11 and the holding portion 13, and the holding portion 13 and the second porous structure 12 are in contact with each other.
  • the material of the separation tank 14 is not particularly limited as long as it is stable to the dispersion of nanocarbon and is an insulating material.
  • Examples of the material of the separation tank 14 include glass, quartz, acrylic resin, and the like.
  • the first electrode 15 is an anode
  • the second electrode 16 is a cathode.
  • the direction of the electric field is directed from the lower end 11 a of the first porous structure 11 to the upper end 12 a of the second porous structure 12.
  • the first electrode 15 and the second electrode 16 can be used in the electrophoresis method, and are not particularly limited as long as they are stable to the dispersion of nanocarbon.
  • Examples of the first electrode 15 and the second electrode 16 include platinum electrodes and the like.
  • the first electrode 15 is fixed to the lower end 11 a of the first porous structure 11 in contact with the lower end 11 a of the first porous structure 11.
  • the second electrode 16 is fixed to the upper end 12 a of the second porous structure 12 in contact with the upper end 12 a of the second porous structure 12.
  • the structure of the first electrode 15 and the second electrode 16 is not particularly limited, and is appropriately selected according to the shape, size, and the like of the first porous structure 11 and the second porous structure 12.
  • Examples of the structure of the first electrode 15 and the second electrode 16 include, in a plan view of the separation tank 11, an annular shape, a disc shape, a rod shape, and the like.
  • the porous-plate shape in which many micropores were uniformly provided for example is mentioned.
  • the first electrode 15 is provided on substantially the entire surface of the lower end 11 a of the first porous structure 11, and the second electrode 16 is provided on substantially the entire surface of the upper end 12 a of the second porous structure 12.
  • the nanocarbon separation device 10 of the present embodiment is not limited to this. In the nanocarbon separation device 10 of the present embodiment, at least a part of the lower end 11 a of the first porous structure 11 as long as a DC voltage can be sufficiently applied between the first electrode 15 and the second electrode 16.
  • the second electrode 16 may be provided on at least a part of the upper end 12 a of the second porous structure 12.
  • the first electrode 15 and the second electrode 16 are accommodated in the separation tank 14. That is, the first electrode 15 is provided at the lower part in the separation tank 14, and the second electrode 16 is provided at the upper part in the separation tank 14. Then, the first porous structure 11, the holding portion 13, and the like are extended between the first electrode 15 and the second electrode 16 in the separation tank 14 along the height direction of the separation tank 14.
  • the second porous structure 12 is arranged in this order.
  • the direct current power source is not particularly limited as long as it can apply a direct current voltage between the first electrode 15 and the second electrode 16.
  • nanocarbon separation device 10 of this embodiment is not limited to this.
  • the first electrode 15 may be a cathode and the second electrode 16 may be an anode.
  • the first porous structure 11 which holds a solution containing a surfactant between the first electrode 15 and the second electrode 16 in the separation tank 20.
  • the holding portion 13 holds the dispersion liquid of nanocarbon containing metal nanocarbon, semiconductor nanocarbon and surfactant and containing less surfactant than the solution containing the surfactant.
  • FIG. 2 is a schematic diagram which shows the modification of the nano carbon separation apparatus of this embodiment.
  • symbol is attached
  • the difference between the nanocarbon separation device 100 of this modification and the nanocarbon separation device 10 described above is that the first electrode 15 is provided inside the first porous structure 11, and the second electrode 16 is a second one. It is a point provided inside the porous structure 12. In this way, a voltage can be efficiently applied to the dispersion of nanocarbon contained in the separation tank 14.
  • the method for separating nanocarbons of the present embodiment includes a disposing step, a contacting step, and a separating step.
  • the porous structure 12 is arranged in this order.
  • the contacting step at least a portion of the lower end 11 a of the first porous structure 11 is in contact with the first electrode 15, and at least a portion of the upper end 12 a of the second porous structure 12 is in contact with the second electrode 16.
  • a DC voltage is applied between the first electrode 15 and the second electrode 16 to move the semiconductor nanocarbon contained in the dispersion of nanocarbon to the first electrode 15 side.
  • the metal nanocarbon contained in the dispersion of nanocarbon is moved to the second electrode 16 side to separate the metal nanocarbon and the semiconductor nanocarbon.
  • a step of recovering the metal nanocarbon and the semiconductor nanocarbon contained in the dispersion of nanocarbon after the separation step (hereinafter, referred to as “recovery step”). May be included.
  • the nanocarbons are mainly composed of carbon, such as single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nano-silicon, graphene, fullerene, etc.
  • Mean carbon material in the method of separating nanocarbons according to the present embodiment, the case of separating a semiconducting single-walled carbon nanotube and a metallic single-walled carbon nanotube from a dispersion of nanocarbons containing single-walled carbon nanotubes as nanocarbon will be described in detail. Do.
  • single-walled carbon nanotubes are divided into two different properties of metallic type and semiconductive type depending on the diameter and winding method of the tube.
  • metallic single-walled carbon nanotubes having metallic properties and semiconducting single-walled carbon nanotubes having semiconducting properties are statistically in a ratio of 1: 2
  • a mixture of single-walled carbon nanotubes is obtained.
  • the mixture of single-walled carbon nanotubes is not particularly limited as long as it contains metallic single-walled carbon nanotubes and semiconducting single-walled carbon nanotubes.
  • the single-walled carbon nanotube in the present embodiment may be a single-walled carbon nanotube alone, or may be modified with a single-walled carbon nanotube in which a part of carbon is substituted with an arbitrary functional group, or an arbitrary functional group. It may be a single-walled carbon nanotube.
  • a mixture of single-walled carbon nanotubes is dispersed in a dispersion medium together with a surfactant to prepare a single-walled carbon nanotube dispersion.
  • the single-walled carbon nanotube dispersion liquid is held by the holding unit 13.
  • the dispersion medium is not particularly limited as long as the mixture of single-walled carbon nanotubes can be dispersed.
  • examples of the dispersion medium include water, heavy water, an organic solvent, an ionic liquid and the like.
  • water or heavy water is preferably used because single-walled carbon nanotubes do not deteriorate.
  • nonionic surfactant nonionic surfactant, cationic surfactant, anionic surfactant etc.
  • anionic surfactant In order to prevent ionic impurities such as sodium ions from mixing into the single-walled carbon nanotube, it is preferable to use a nonionic surfactant.
  • nonionic surfactant a nonionic surfactant having a non-ionizing hydrophilic site and a hydrophobic site such as an alkyl chain is used.
  • nonionic surfactants include nonionic surfactants having a polyethylene glycol structure represented by polyoxyethylene alkyl ether.
  • polyoxyethylene alkyl ether represented by the following formula (1) is suitably used.
  • polyoxyethylene alkyl ether represented by the above formula (1) examples include polyoxyethylene (23) lauryl ether (trade name: Brij L23, manufactured by Sigma Aldrich), polyoxyethylene (20) cetyl ether (trade name: Brij C20, manufactured by Sigma Aldrich), polyoxyethylene (20) stearyl ether (trade name: Brij S20, manufactured by Sigma Aldrich), polyoxyethylene (20) oleyl ether (trade name: BrijO20, manufactured by Sigma Aldrich), polyoxy acid Ethylene (100) stearyl ether (trade name: Brij S100, manufactured by Sigma Aldrich) and the like can be mentioned.
  • polyoxyethylene (23) lauryl ether trade name: Brij L23, manufactured by Sigma Aldrich
  • polyoxyethylene (20) cetyl ether trade name: Brij C20, manufactured by Sigma Aldrich
  • polyoxyethylene (20) stearyl ether trade name: Brij S20, manufactured by Sigma Aldrich
  • polyoxyethylene (20) oleyl ether trade
  • polyoxyethylene sorbitan monostearate molecular formula: C64H126O26, trade name: Tween 60, manufactured by Sigma Aldrich
  • polyoxyethylene sorbitan trioleate molecular formula: C24H44O6, trade name: Tween 85, Sigma Aldrich Co., Ltd.
  • polyoxyethylene (40) isooctylphenyl ether molecular formula: C8H17C6H40 (molecular formula: C8H17C6H40) CH2CH20) 40H, trade name: Triton X-405, manufactured by Sigma Aldrich, poloxamer (molecular formula: C5H10O2, trade name: Pluronic, Sigma al) Manufactured by Rich Co.), poly
  • the content of the nonionic surfactant in the single-walled carbon nanotube dispersion is preferably 0.1 wt% or more and 5 wt% or less, and more preferably 0.5 wt% or more and 2 wt% or less.
  • the content of the nonionic surfactant is 5 wt% or less, the viscosity of the single-walled carbon nanotube dispersion does not become too high. Therefore, metal single-walled carbon nanotubes and semiconductor single-walled carbon nanotubes contained in the single-walled carbon nanotube dispersion can be easily separated by the electrophoresis method.
  • the content of single-walled carbon nanotubes in the single-walled carbon nanotube dispersion liquid is preferably 1 ⁇ g / mL or more and 100 ⁇ g / mL or less, and more preferably 5 ⁇ g / mL or more and 40 ⁇ g / mL or less. If the content of single-walled carbon nanotubes is in the above range, metal single-walled carbon nanotubes and semiconducting single-walled carbon nanotubes contained in the single-walled carbon nanotube dispersion can be easily separated by electrophoresis. .
  • the method of preparing the single-walled carbon nanotube dispersion is not particularly limited, and known methods may be used. For example, there is a method in which a mixture of a mixture of single-walled carbon nanotubes and a dispersion medium containing a surfactant is subjected to ultrasonic treatment to disperse the mixture of single-walled carbon nanotubes in the dispersion medium. By the ultrasonic treatment, the aggregated metal single-walled carbon nanotubes and the semiconductor single-walled carbon nanotubes are sufficiently separated. Thus, the single-walled carbon nanotube dispersion liquid is obtained by uniformly dispersing the metallic single-walled carbon nanotube and the semiconducting single-walled carbon nanotube in the dispersion medium.
  • metal single-walled carbon nanotubes and semiconductor single-walled carbon nanotubes can be easily separated by the electrophoresis method described later.
  • metal single-walled carbon nanotubes and semiconductor single-walled carbon nanotubes not dispersed by ultrasonication are separated and removed by ultracentrifugation.
  • the above surfactant is dissolved in the above dispersion medium to prepare a solution.
  • This solution is retained in the first porous structure 11.
  • the surfactant and the dispersion medium contained in this solution the same one as the surfactant and the dispersion medium contained in the single-walled carbon nanotube dispersion liquid is used. Further, the content of surfactant in this solution is set to be larger than the content of surfactant in the single-walled carbon nanotube dispersion liquid.
  • the step of holding the solution containing the surfactant in the first porous structure 11 is performed.
  • the first porous structure 11 is disposed in the liquid tank.
  • a solution containing a surfactant is injected into the liquid tank, the solution infiltrates into the first porous structure 11 in the liquid tank, and the solution is held in the first porous structure 11.
  • the step of holding the dispersion medium in the second porous structure 12 is performed.
  • the second porous structure 12 is disposed in the liquid tank.
  • the dispersion medium is injected into the liquid tank, the dispersion medium infiltrates into the second porous structure 12 in the liquid tank, and the solution is held by the second porous structure 12.
  • the second porous structure 12 can also hold a solution containing a smaller amount of surfactant than the single-walled carbon nanotube dispersion liquid.
  • a step of holding the single-walled carbon nanotube dispersion liquid in the holding unit 13 is performed. In this step, for example, the holding unit 13 is disposed in the liquid tank.
  • the single-walled carbon nanotube dispersion liquid is injected into the liquid tank, the single-walled carbon nanotube dispersion liquid infiltrates into the holding portion 13 in the liquid tank, and the single-walled carbon nanotube dispersion liquid is held by the holding portion 13.
  • a step of arranging the second porous structure 12 holding the dispersion medium in this order ST1 in FIG. 6).
  • the first electrode 15 is provided on the lower surface 14 a in the separation tank 14.
  • the first porous structure 11, the holding portion 13, and the second porous structure 12 may be arranged in this order in the separation tank 14, and the first electrode 15 may not necessarily have the first porous structure. There is no need to bring the lower end 11a of the structure 11 into contact.
  • the contacting step for example, as shown in FIG. 1, at least a part of the lower end 11 a of the first porous structure 11 is brought into contact with the first electrode 15, and at least the upper end 12 a of the second porous structure 12.
  • a step of bringing the second electrode 16 into contact with a part is performed (ST2 in FIG. 6).
  • the semiconductor single-walled carbon nanotube contained in the single-walled carbon nanotube dispersion liquid held in the holding part 13 is electrophoresed to the first electrode 15 side.
  • a step of moving the metal-type single-walled carbon nanotubes contained in the single-walled carbon nanotube dispersion liquid to the second electrode 16 side is performed while being moved. Thereby, the metallic single-walled carbon nanotube and the semiconducting single-walled carbon nanotube are separated (ST3 in FIG. 6).
  • metallic single-walled carbon nanotubes have a positive charge
  • semiconducting single-walled carbon nanotubes have an extremely weak negative charge
  • the semiconducting single-walled carbon nanotube is the first electrode 15 among the mixture of single-walled carbon nanotubes contained in the single-walled carbon nanotube dispersion. It moves to the (anode) side, and the metal type single-walled carbon nanotube moves to the second electrode 16 (cathode) side.
  • a dispersion liquid phase A, a dispersion liquid phase B, and a dispersion liquid phase C are formed.
  • the dispersed liquid phase A is a dispersed liquid phase having a relatively large content of metallic single-walled carbon nanotubes in the second porous structure 12.
  • the dispersed liquid phase B is a dispersed liquid phase having a relatively large content of semiconductor single-walled carbon nanotubes in the first porous structure 11.
  • Dispersion liquid phase C is a dispersion liquid phase in which the content of metallic single-walled carbon nanotubes and semiconductive single-walled carbon nanotubes is relatively small in holding portion 13 between dispersion liquid phase A and dispersion liquid phase B. .
  • the direct current voltage applied to the first electrode 15 and the second electrode 16 is not particularly limited, and the distance between the first electrode 15 and the second electrode 16 and the single-walled carbon nanotube in the dispersion of nanocarbon It is suitably adjusted according to the content of the mixture of
  • the DC voltage applied to the first electrode 15 and the second electrode 16 is any value between 0 V and 1000 V or less.
  • the distance between the first electrode 15 and the second electrode 16 is 30 cm.
  • the direct current voltage applied to the first electrode 15 and the second electrode 16 is preferably 15 V or more and 450 V or less, and more preferably 30 V or more and 300 V or less.
  • the DC voltage applied to the first electrode 15 and the second electrode 16 is 15 V or more, the metallic single-walled carbon nanotube and the semiconducting single-walled carbon nanotube contained in the single-walled carbon nanotube dispersion liquid may be separated it can.
  • the direct current voltage applied to the first electrode 15 and the second electrode 16 is 450 V or less, the electrolysis of water or heavy water can be suppressed.
  • the electric field between the first electrode 15 and the second electrode 16 is 0.5 V / cm or more and 15 V / cm or less Is preferable, and more preferably 1 V / cm or more and 10 V / cm or less. If the electric field between the first electrode 15 and the second electrode 16 is 0.5 V / cm or more, the metallic single-walled carbon nanotube and the semiconducting single-walled carbon nanotube contained in the single-walled carbon nanotube dispersion liquid are separated can do. On the other hand, if the electric field between the first electrode 15 and the second electrode 16 is 15 V / cm or less, the electrolysis of water or heavy water can be suppressed.
  • the temperature of the solution held in the first porous structure 11, the single-walled carbon nanotube dispersion held in the holding portion 13, and the dispersion medium held in the second porous structure 12 in the separation step are as follows:
  • the temperature is not particularly limited as long as the dispersion medium of the single-walled carbon nanotube dispersion does not deteriorate or evaporate.
  • the dispersion of single-walled carbon nanotubes having a large content of metallic single-walled carbon nanotubes becomes black, and it depends on the diameter and chirality of single-walled carbon nanotubes.
  • the dispersion of nanocarbon is colored. Therefore, with the colors of the first porous structure 11, the second porous structure 12 and the holding portion 13 as the background, the separated state of the metallic single-walled carbon nanotube and the semiconducting single-walled carbon nanotube is visually confirmed. When visually confirmed, when the color of the single-walled carbon nanotube dispersion does not change, the separation step is finished.
  • the state of coloration in the single-walled carbon nanotube dispersion can also be automated by using image recognition by a camera or measurement of a light absorption spectrum.
  • the recovery step a step of recovering the metal-type single-walled carbon nanotube and the semiconductor-type single-walled carbon nanotube contained in the single-walled carbon nanotube dispersion liquid is performed. That is, the separated dispersion liquid phase B is recovered (fractionated) from the first porous structure 11, and the separated dispersion liquid phase A is recovered (fractionated) from the second porous structure 12.
  • the method of recovering the dispersion liquid phase A and the dispersion liquid phase B is not particularly limited, and any method may be used as long as the dispersion liquid phase A and the dispersion liquid phase B do not diffuse and mix.
  • a recovery method for example, the following method is used.
  • the recovery method For example, as shown in FIG. 5, from the separation tank 14, the first porous structure 11 containing the dispersion liquid phase B, the dispersion liquid phase A as the second porous structure 12, and the holding part 13 containing the dispersion liquid phase C And the semiconducting single-walled carbon nanotubes from the first porous structure 11 (fractionation), and the metallic single-walled carbon nanotubes from the second porous structure 12 (fractionation). is there.
  • the collected dispersion is again held by the holding unit 13, and the metal single-walled carbon nanotubes and the semiconductor single-walled carbon nanotubes contained in the single-walled carbon nanotube dispersion are obtained by the electrophoresis method in the same manner as described above.
  • the separation operation may be repeated.
  • metal single-walled carbon nanotubes and semiconductor single-walled carbon nanotubes of higher purity can be obtained.
  • the separation efficiency of the recovered dispersion was determined by the change in Raman spectrum of the Radial Breathing Mode (RBM) region, the change of the Raman spectrum shape of the Breit-Wigner-Fano (BWF) region, and the UV-visible near-red color. It can evaluate by methods, such as an external absorption spectrophotometric analysis (change of the peak shape of an absorption spectrum).
  • the separation efficiency of the dispersion can also be evaluated by evaluating the electrical characteristics of the single-walled carbon nanotube. For example, the separation efficiency of the dispersion can be evaluated by fabricating a field effect transistor and measuring the transistor characteristics.
  • a solution containing a surfactant is silently introduced to the lower part of the separating tank 14, and single-walled carbon nanotube dispersed thereon
  • the liquid is introduced gently, and on top of that, water is introduced gently and a layer consisting of three liquids with different contents of surfactant is formed.
  • the single-walled carbon nanotube dispersion contains single-walled carbon nanotubes and a surfactant, and has a lower content of surfactant than the solution containing the above-mentioned surfactant.
  • nanocarbon separation method ⁇ Metal single-walled carbon nanotubes and semiconducting single-walled carbon nanotubes can be separated more rapidly and efficiently. That is, in the separation method ⁇ of nanocarbon, in order to form a layer consisting of three liquids, each liquid must be introduced gently into the separation tank 14 so that the two layers in contact with each other do not mix. It does not. For this reason, there is a problem that it takes a very long time.
  • the first porous structure 11 holding a solution containing a surfactant in advance and the single-walled carbon nanotube dispersion liquid in advance are accommodated in the separation tank 14. Thereafter, the metallic single-walled carbon nanotubes and the semiconducting single-walled carbon nanotubes contained in the single-walled carbon nanotube dispersion liquid are separated. For this reason, the time for introducing the liquid into the separation tank 14 can be greatly shortened, and as a result, the metallic nanocarbon and the semiconducting nanocarbon can be separated rapidly and efficiently.
  • isolation method of nano carbon using the nano carbon separation apparatus 10 of this embodiment the following is realizable. That is, after the separation operation of the metal single-walled carbon nanotube and the semiconductor single-walled carbon nanotube is completed, the separated semiconductor single-walled carbon nanotube is efficiently recovered from the first porous structure 11, and the second porous The separated metallic single-walled carbon nanotubes can be efficiently recovered from the structure 12.
  • the method of separating nanocarbons of the present embodiment is not limited to this.
  • the method may be performed as a purification method for single-walled carbon nanotubes, in which only single-walled carbon nanotubes having desired properties are recovered.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a nanocarbon separation device of the present embodiment.
  • the nanocarbon separation apparatus 200 of the present embodiment includes a first porous structure 11 holding a solution containing a surfactant, a second porous structure 12 holding a dispersion medium, a holding portion 210, and a separation tank 14. , The first electrode 15 and the second electrode 16.
  • the holding portion 210 is provided between the first porous structure 11 and the second porous structure 12 and includes metal nanocarbon, semiconductor nanocarbon and surfactant, and is more preferable than the solution containing the surfactant. A dispersion of nanocarbon with a low content of surfactant is retained.
  • the first porous structure 11, the holding portion 210, and the second porous structure 12 are arranged and accommodated in this order.
  • the first electrode 15 is provided in contact with the lower end 11 a of the first porous structure 11.
  • the second electrode 16 is provided in contact with the upper end 12 a of the second porous structure 12.
  • the nanocarbon separation device 10 of the present embodiment may include a DC power supply (not shown) that applies a DC voltage between the first electrode 15 and the second electrode 16.
  • the holding unit 210 is a space between the first porous structure 11 and the second porous structure 12 in the separation tank 14.
  • the thickness of the holding portion 210 that is, the distance between the first porous structure 11 and the second porous structure 12 in the separation tank 14 is not particularly limited.
  • the thickness of the holding unit 210 is appropriately adjusted in accordance with the amount of the nanocarbon dispersion liquid held by the holding unit 210.
  • nano carbon separation device 200 of this embodiment is not limited to this.
  • the first electrode 15 may be a cathode and the second electrode 16 may be an anode.
  • the first porous structure 11 which holds a solution containing a surfactant between the first electrode 15 and the second electrode 16 in the separation tank 20.
  • the holding portion 13 holds the dispersion liquid of nanocarbon containing metal nanocarbon, semiconductor nanocarbon and surfactant and containing less surfactant than the solution containing the surfactant.
  • FIGS. 7 to 11 Separatation method of nano carbon
  • FIGS. 7 to 10 the nanocarbon separation device of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 and the separation method of nanocarbon of the first embodiment shown in FIGS.
  • the same reference numerals are given to the configuration of and the redundant description will be omitted.
  • the method for separating nanocarbons of the present embodiment includes a disposing step, a contacting step, and a separating step.
  • a first porous structure 11 holding a solution containing a surfactant
  • a holding unit 110 holding a single-walled carbon nanotube dispersion liquid
  • the porous structure 12 is arranged in this order.
  • the contacting step at least a portion of the lower end 11 a of the first porous structure 11 is in contact with the first electrode 15, and at least a portion of the upper end 12 a of the second porous structure 12 is in contact with the second electrode 16.
  • a DC voltage is applied between the first electrode 15 and the second electrode 16 to move the semiconductor nanocarbon contained in the single-walled carbon nanotube dispersion liquid to the first electrode 15 side.
  • the metallic nanocarbon contained in the single-walled carbon nanotube dispersion liquid is moved to the second electrode 16 side to separate the metallic single-walled carbon nanotube and the semiconducting single-walled carbon nanotube.
  • a step of recovering the metal nanocarbon and the semiconductor nanocarbon contained in the dispersion of nanocarbon after the separation step (hereinafter, referred to as “recovery step”). May be included.
  • a solution containing a surfactant and a single-walled carbon nanotube dispersion are prepared.
  • the first porous structure 11 holds a solution containing a surfactant. Further, the dispersion medium is held by the second porous structure 12.
  • the first porous structure 11 holding the solution containing the surfactant and the second porous structure 12 holding the dispersion medium in the separation tank 14. are arranged in this order (ST11 in FIG. 11).
  • the height direction of the separation tank 14 is formed so that the holding portion 210 formed of the space between the first porous structure 11 and the second porous structure 12 in the separation tank 14 is formed, The first porous structure 11 and the second porous structure 12 are spaced apart.
  • the first electrode 15 is provided on the lower surface 14 a in the separation tank 14.
  • the first porous structure 11, the holding portion 210 and the second porous structure 12 may be arranged in this order in the separation tank 14, and the first electrode 15 may not necessarily be arranged in this order. There is no need to bring the lower end 11a of the porous structure 11 into contact.
  • the single-walled carbon nanotube dispersion liquid is injected into the holding unit 210 using, for example, a syringe or the like. Then, a part of the single-walled carbon nanotube dispersion liquid infiltrates the first porous structure 11 and the second porous structure 12 and is held (ST13 in FIG. 11).
  • the separation step is performed.
  • a semiconductor type included in the single-walled carbon nanotube dispersion liquid held by the holding portion 210, the first porous structure 11 and the second porous structure 12 by electrophoresis The single-walled carbon nanotube is moved to the first electrode 15 side, and the step of moving the metallic single-walled carbon nanotube contained in the nanocarbon dispersion liquid to the second electrode 16 side is performed. Thereby, the metallic single-walled carbon nanotube and the semiconducting single-walled carbon nanotube are separated (ST14 in FIG. 11).
  • the dispersion liquid phase A When a DC voltage is applied to the first electrode 15 and the second electrode 16, as shown in FIG. 9, the dispersion liquid phase A, the dispersion liquid phase B, and the dispersion liquid phase C, as in the first embodiment. Phase separation into three phases.
  • the dispersion liquid phase A the dispersion of nanocarbon is a dispersion liquid phase in which the content of metal type single-walled carbon nanotubes is relatively large.
  • the dispersed liquid phase B is a dispersed liquid phase having a relatively large content of semiconductor single-walled carbon nanotubes.
  • the dispersed liquid phase C is formed between the dispersed liquid phase A and the dispersed liquid phase B, and is a dispersed liquid phase having a relatively small content of metallic single-walled carbon nanotubes and semiconducting single-walled carbon nanotubes.
  • the recovery step a step of recovering the metallic single-walled carbon nanotube and the semiconducting single-walled carbon nanotube contained in the single-walled carbon nanotube dispersion liquid is performed. That is, the separated dispersion liquid phase B is recovered (fractionated) from the first porous structure 11, and the separated dispersion liquid phase A is recovered (fractionated) from the second porous structure 12.
  • the following methods may be mentioned as a method of recovering the dispersed liquid phase A and the dispersed liquid phase B.
  • the first porous structure 11 containing the dispersed liquid phase B and the second porous structure 12 containing the dispersed liquid phase B are recovered from the separation tank 14, and the first porous structure 11 is recovered.
  • semiconductor single-walled carbon nanotubes are recovered (sorted) from the structure 11, and metallic single-walled carbon nanotubes are recovered (sorted) from the second porous structure 12.
  • the collected dispersion liquid is held again by the holding unit 210, and metal single-walled carbon nanotubes and a semiconductor contained in the single-walled carbon nanotube dispersion liquid by electrophoresis.
  • the operation of separating single-walled carbon nanotubes may be repeated.
  • the separation efficiency of the recovered dispersion can be evaluated in the same manner as in the first embodiment.
  • the first porous structure 11 holding the solution containing the surfactant in advance and the second porous structure holding the dispersion medium in advance After the porous structure 12 is accommodated in the separation tank 14, the single-walled carbon nanotube dispersion liquid is held by the holding unit 210. Then, the metallic nanocarbon and the semiconducting nanocarbon contained in the single-walled carbon nanotube dispersion liquid are separated. For this reason, the time for introducing the liquid into the separation tank 14 can be greatly shortened, and as a result, the metallic nanocarbon and the semiconducting nanocarbon can be separated rapidly and efficiently.
  • the following is realized after the separation operation of the metal type single-walled carbon nanotubes and the semiconductor type single-walled carbon nanotubes is completed.
  • Ru That is, the separated semiconductor single-walled carbon nanotubes can be efficiently recovered from the first porous structure 11, and the separated metallic single-walled carbon nanotubes can be efficiently recovered from the second porous structure 12. .
  • the method of separating nanocarbons of the present embodiment is not limited to this.
  • metal single-walled carbon nanotubes and semiconducting single-walled carbon nanotubes are separated in a laminate including the first porous structure 11, the holding portion 210 and the second porous structure 12. Then, the method may be performed as a purification method of single-walled carbon nanotubes, in which only single-walled carbon nanotubes having desired properties are recovered.

Landscapes

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

Abstract

界面活性剤を含む溶液を保持する第１の多孔構造と、分散媒を保持する第２の多孔構造と、前記第１の多孔構造と前記第２の多孔構造の間に設けられ、ナノカーボンおよび前記界面活性剤を含み、前記溶液よりも前記界面活性剤の含有量が少ない分散液を保持する保持部と、前記第１の多孔構造、前記保持部および前記第２の多孔構造が、前記第１の多孔構造、前記保持部、前記第２の多孔構造の順に配置されて収容される分離槽と、前記第１の多孔構造の下部に設けられた第１の電極と、前記第２の多孔構造の上部に設けられた第２の電極と、を備えるナノカーボン分離装置。

Description

ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法
　本発明は、ナノカーボン分離装置およびナノカーボンの分離方法に関する。
　単層カーボンナノチューブは、高い電子移動度を持ち、その機械的特性、電気的特性、化学的特性等から様々な分野への適用が期待されている。単層カーボンナノチューブは、半導体性と金属性の異なる性質を持つ材料が２：１の割合で含まれる混合物として合成されるため、工業的に応用するためには、性質毎に高純度かつ速やかに分離を行う必要がある。
　単層カーボンナノチューブの混合物を分離する方法としては、例えば、導入配置する工程と、分離する工程と、を含むナノカーボン材料分離方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。導入配置する工程は、異なる複数の電荷を持つナノカーボンミセル群に分散した、ナノカーボン材料の分散溶液と、ナノカーボン材料と異なる比重を持つ保持溶液とを、電気泳動槽内に所定の方向に積層して導入配置する。分離する工程は、積層して導入配置した分散溶液と保持溶液に、直列方向に直流電圧を印加することにより、該ナノカーボンミセル群を２以上のナノカーボンミセル群に分離する。また、単層カーボンナノチューブを非イオン性界面活性剤溶液中へ分散した単層カーボンナノチューブ含有ミセル分散溶液に対して縦型に設置された分離槽内で直流電圧を印加し、単層カーボンナノチューブ含有ミセル分散液層と半導体性単層カーボンナノチューブ含有ミセル分散液の層との、少なくとも２層に分離する工程を有する単層カーボンナノチューブ分離方法がある。単層カーボンナノチューブ含有ミセル分散液層は、各ミセルが全体として正電荷を有する金属性単層カーボンナノチューブの濃縮されている層である。半導体性単層カーボンナノチューブ含有ミセル分散液の層は、各ミセルが全体としては極めて弱い電荷しか有しない層である。この単層カーボンナノチューブ分離方法であって、直流電圧が、分離槽の上部に設置された陰極と、下部設置された陽極とにより印加され、電界の向きが重力方向と平行で上方に向いている方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許第５５４１２８３号公報 特許第５７１７２３３号公報
　しかし、特許文献１および２に記載の分離方法では、電圧印加前の電気泳動漕内に、界面活性剤の濃度が異なる、３つのナノカーボンの分散液からなる層を形成する必要があった。また、界面活性剤の濃度が異なるナノカーボンの分散液が混ざらないように、電気泳動漕内にナノカーボンの分散液を非常にゆっくり注入しなければならなかった。
　本発明は、性質の異なるナノカーボンの分離において、電気泳動漕内に、界面活性剤の濃度が異なるナノカーボンの分散液からなる層を効率的に形成する、ナノカーボン分離装置およびナノカーボンの分離方法を提供することを目的とする。
　本発明のナノカーボン分離装置は、界面活性剤を含む溶液を保持する第１の多孔構造と、分散媒を保持する第２の多孔構造と、前記第１の多孔構造と前記第２の多孔構造の間に設けられ、ナノカーボンおよび前記界面活性剤を含み、前記溶液よりも前記界面活性剤の含有量が少ない分散液を保持する保持部と、前記第２の多孔構造、前記保持部および前記第１の多孔構造が、前記第１の多孔構造、前記保持部、前記第２の多孔構造の順に配置されて収容される分離槽と、前記第１の多孔構造の下部に設けられた第１の電極と、前記第２の多孔構造の上部に設けられた第２の電極と、を備える。
　本発明のナノカーボンの分離方法は、界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造、ナノカーボンおよび前記界面活性剤を含み、前記溶液よりも前記界面活性剤の含有量が少ない分散液を保持させた保持部、並びに分散媒を保持させた第２の多孔構造を、前記第１の多孔構造、前記保持部、前記第２の多孔構造の順に配置する工程と、前記第１の多孔構造の下端の少なくとも一部に第１の電極を接触させ、前記第２の多孔構造の上端の少なくとも一部に第２の電極を接触させる工程と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に直流電圧を印加する工程と、を有する。
　本発明のナノカーボンの分離方法は、界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造、ナノカーボンおよび前記界面活性剤を含み、前記溶液よりも前記界面活性剤の含有量が少ない分散液を保持させる保持部、並びに分散媒を保持させた第２の多孔構造を、この順に配置する工程と、前記第１の多孔構造の下部に第１の電極を接触させ、前記第２の多孔構造の上部に第２の電極を接触させる工程と、前記分散液を保持させる工程と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に直流電圧を印加する工程と、を有する。
　本発明によれば、電気泳動漕内に、界面活性剤の濃度が異なるナノカーボンの分散液からなる層を効率的に形成することができる。
第１の実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。 第１の実施形態のナノカーボン分離装置の変形例を示す模式図である。 第１の実施形態のナノカーボンの分離方法を示す模式図である。 第１の実施形態のナノカーボンの分離方法を示す模式図である。 第１の実施形態のナノカーボンの分離方法を示す模式図である。 第１の実施形態のナノカーボンの分離方法を示すフローチャートである。 第２の実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。 第２の実施形態のナノカーボンの分離方法を示す模式図である。 第２の実施形態のナノカーボンの分離方法を示す模式図である。 第２の実施形態のナノカーボンの分離方法を示す模式図である。 第２の実施形態のナノカーボンの分離方法を示すフローチャートである。
　本発明のナノカーボン分離装置およびナノカーボンの分離方法の実施の形態について説明する。
　なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
［第１の実施形態］
（ナノカーボン分離装置）
　図１は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。
　本実施形態のナノカーボン分離装置１０は、界面活性剤を含む溶液を保持する第１の多孔構造１１と、分散媒を保持する第２の多孔構造１２と、保持部１３と、分離槽１４と、第１の多孔構造１１の下部に接触して設けられた第１の電極１５と、第２の多孔構造１２の上部に接触して設けられた第２の電極１６と、を備える。保持部１３は、第１の多孔構造１１と第２の多孔構造１２の間に設けられ、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンおよび界面活性剤を含み、前記の界面活性剤を含む溶液よりも界面活性剤の含有量が少ない分散液（以下、「ナノカーボンの分散液」と言う。）を保持する。分離槽１４は、第１の多孔構造１１、保持部１３および第２の多孔構造１２が、この順に配置されて収容される。また、本実施形態のナノカーボン分離装置１０は、第１の電極１５と第２の電極１６との間に直流電圧を印加する直流電源（図示略）を備えていてもよい。
　本実施形態のナノカーボン分離装置１０では、第１の電極１５が第１の多孔構造１１の下端（下面）１１ａに接触して設けられ、第２の電極１６が第２の多孔構造１２の上端（上面）１２ａに接触して設けられた場合を例示する。
　第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２は、例えば、図１に示すように、内部に細かな孔（以下、「細孔」と言う。）が無数に空いた多孔質の柔らかい物体であるスポンジからなる。
　第１の多孔構造１１の外形は、界面活性剤を含む溶液を浸潤させて、その溶液を保持することができるものであれば、特に限定されない。また、第２の多孔構造１２の外形は、分散媒を浸潤させて、その分散媒を保持することができるものであれば、特に限定されない。第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の外形としては、例えば、円柱形状、三角柱状、四角柱状、五角以上の多角柱状等が挙げられる。
　第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２をなすスポンジは、特に限定されない。スポンジの材質は、界面活性剤を含む溶液と分散媒に対して安定であり、かつ絶縁性の材質であれば特に限定されない。スポンジは、内部に細かな孔が無数に空いた多孔質体である。スポンジとしては、天然の海綿からなるもの、合成樹脂からなる人造のスポンジ等が挙げられる。また、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２には、スポンジの代わりに、ゲル、軽石等が用いられてもよい。
　また、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２は、厚さ方向に沿って積み重ねられた複数の領域を有していてもよい。すなわち、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２は、所定の厚みの板状の単位が複数積層されてなるものであってもよい。厚さ方向は、例えば、分離槽１４における、第１の多孔構造１１、保持部１３および第２の多孔構造１２の配置方向である。換言すると、厚さ方向は、例えば、カーボンナノチューブが分離する方向である。複数の単位（領域）は、互いに厚みが等しくてもよく、厚みが異なっていてもよい。第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２が、厚さ方向に沿って積み重ねられた複数の領域を有していれば、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離した後、それぞれのナノカーボンが含まれる領域のみを取り出すことができる。
　第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の大きさ（高さ、外径、体積等）は、特に限定されず、第１の多孔構造１１に保持させる溶液の量や、第２の多孔構造１２に保持させる分散媒の量に応じて、適宜調整される。
　第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２における多孔率（多孔度）は、ナノカーボンミセルが通過でき、かつ、連続的に孔がつながり、上下の電極間に対して電位勾配が形成されるならば、いかなる多孔率をとっても良い。例えば、合成スポンジを用いた第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２における多孔率（多孔度）は、８０％以上９９．９％以下であることが好ましく、９０％以上９９％以下であることがより好ましい。
　第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２における多孔率が８０％以上であれば、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の全域において、細孔が連通する。このため、ナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分散液の分離において、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２がナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの移動を妨げることがない。これにより、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを効率的に分離することができる。一方、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２における多孔率が９９．９％以下であれば、第１の多孔構造１１に浸潤させた溶液を、第１の多孔構造１１へと安定に保持可能であり、第２の多孔構造１２に浸潤させた分散媒を、第２の多孔構造１２へと安定に保持可能である。
　第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の多孔率は、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の総体積に対して、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の細孔が占める割合である。第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の多孔率は、例えば、下記の式（１）で表わされる。
　ａ１／Ａ１×１００・・・（１）
　すなわち、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の多孔率は、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の細孔の全体積ａ１と、細孔を含む第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の全体積Ａ１との比の百分率で表わされる。
　第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の多孔率を求める方法として、次の方法が挙げられる。この方法では、例えば、細孔を含む第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の見かけの比重ｄ１と、含む第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の真の比重Ｄ１とを求め、それらの比重に基づいて、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の多孔率を算出する。この方法では、下記の式（２）に基づいて、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の多孔率を算出する。
　（Ｄ１－ｄ１）／Ｄ１×１００・・・（２）
　第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の細孔の大きさ、すなわち、細孔の内径は、４０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましい。また、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の細孔の内径は、１ｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｍｍ以下である。
　第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の細孔の内径が４０ｎｍ以上であれば、ナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分散液の分離において、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２が、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの移動を妨げることがない。これにより、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを効率的に分離することができる。
　なお、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の細孔の形状は、不定形であり、例えば、球体状、回転楕円体状等をなしている。そのため、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の細孔の内径とは、細孔が球体状をなす場合には球体の直径、細孔が回転楕円体状をなす場合には回転楕円体の長径、細孔が球体状および回転楕円体状以外の形状をなす場合にはその形状の最も長い部分の長さのこととする。
　第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の細孔の大きさを求める方法としては、例えば、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡で観察し、その顕微鏡像から細孔の大きさを実測する方法等が挙げられる。
　第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２は、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を確認し易くするために、透明、乳白色半透明（裏が透けて見える白色）、乳白色（裏が透けない、透明ではない白色）であることが好ましい。金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離が進行すると、ナノカーボンの直径とカイラリティに応じて、ナノカーボンの分散液は呈色する。そこで、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２の色を背景として、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離状態を、目視にて確認することができる。
　第１の多孔構造１１の下端１１ａには、第１の電極１５との密着度を高くすることで、第１の多孔構造１１と、第１の電極１５との導通を確保するために、導電性フィルムが設けられていることが好ましい。同様に、第２の多孔構造１２の上端１２ａには、第２の電極１６との密着度を高くすることで、第２の多孔構造１２と、第２の電極１６との導通を確保するために、導電性フィルムが設けられていることが好ましい。導電性フィルムとしては、例えば、熱硬化性樹脂等の接着材に微細な金属粒子を混ぜ合わせたものを、膜状に成形することで生成される異方性導電フィルム等が挙げられる。
　第１の多孔構造１１の下端１１ａに導電性フィルムを設けることにより、導電性フィルムを介して、第１の多孔構造１１に対する第１の電極１５の接触面積を大きくすることができる。また、第２の多孔構造１２の上端１２ａに導電性フィルムを設けることにより、導電性フィルムを介して、第２の多孔構造１２に対する第２の電極１６の接触面積を大きくすることができる。その結果、直流電源から第１の電極１５と第２の電極１６との間への直流電圧の印加を効率的に行うことができる。
　本実施形態のナノカーボン分離装置１０において、保持部１３は第３の多孔構造からなる。保持部１３をなす第３の多孔構造は、ナノカーボンの分散液に対して安定であり、ナノカーボンの分散液を浸潤させて、そのナノカーボンの分散液を保持することができるものであれば、特に限定されない。保持部１３をなす第３の多孔構造は、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２と同様のものであることが好ましい。
　分離槽１４は、Ｉ字型（縦型）構造を有する電気泳動槽である。また、分離槽１４は、界面活性剤を含む溶液を保持した第１の多孔構造１１、分散媒を保持した第２の多孔構造１２、およびナノカーボンの分散液を保持した保持部（第３の多孔構造）１３を収容可能な空間を有する。分離槽１４は、界面活性剤を含む溶液を保持した第１の多孔構造１１、分散媒を保持した第２の多孔構造１２、およびナノカーボンの分散液を保持した保持部１３を収容できるものであれば、その形状や大きさは特に限定されない。分離槽１４の内部の形状は、第１の多孔構造１１、第２の多孔構造１２および保持部１３の外形に相似の形状であることが好ましい。
　Ｉ字型構造の分離槽１４は、例えば、中空管形状を有する容器である。Ｉ字型構造の分離槽１４は、第１の多孔構造１１、保持部１３および第２の多孔構造１２を支持できる構造であればよく、例えば、上端に開口を有し、下端は閉じられて器の底になっている構造である。Ｉ字型構造の分離槽１４は、長手方向が水平面に立設される。
　分離槽１４内には、第１の多孔構造１１、保持部１３および第２の多孔構造１２が、この順に配置されて収容される。すなわち、分離槽１４内にて、第１の多孔構造１１と保持部１３、および保持部１３と第２の多孔構造１２は互いに接している。
　分離槽１４の材質は、ナノカーボンの分散液に対して安定であり、かつ絶縁性の材質であれば特に限定されない。分離槽１４の材質としては、例えば、ガラス、石英、アクリル樹脂等が挙げられる。
　本実施形態のナノカーボン分離装置１０において、第１の電極１５が陽極、第２の電極１６が陰極である。この場合、第１の電極１５と第２の電極１６に直流電圧を印加すると、電界の向きが第１の多孔構造１１の下端１１ａから第２の多孔構造１２の上端１２ａへ向かう。
　第１の電極１５および第２の電極１６は、電気泳動法に用いることができ、ナノカーボンの分散液に対して安定なものであれば特に限定されない。第１の電極１５および第２の電極１６としては、例えば、白金電極等が挙げられる。
　第１の電極１５は、第１の多孔構造１１の下端１１ａに接触して、第１の多孔構造１１の下端１１ａに固定されている。第２の電極１６は、第２の多孔構造１２の上端１２ａに接触して、第２の多孔構造１２の上端１２ａに固定されている。
　第１の電極１５および第２の電極１６の構造は、特に限定されず、第１の多孔構造１１や第２の多孔構造１２の形状や大きさ等に応じて適宜選択される。第１の電極１５および第２の電極１６の構造としては、例えば、分離槽１１の平面視において、円環状、円板状、棒状等が挙げられる。また、第１の電極１５および第２の電極１６の構造としては、例えば、多数の微細孔が均質に設けられた多孔板状が挙げられる。
　なお、図１では、第１の多孔構造１１の下端１１ａのほぼ全面に第１の電極１５が設けられ、第２の多孔構造１２の上端１２ａのほぼ全面に第２の電極１６が設けられた場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置１０はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置１０では、第１の電極１５と第２の電極１６との間に充分に直流電圧を印加することができれば、第１の多孔構造１１の下端１１ａの少なくとも一部に第１の電極１５が設けられていればよく、また、第２の多孔構造１２の上端１２ａの少なくとも一部に第２の電極１６が設けられていればよい。
　第１の電極１５および第２の電極１６は、分離槽１４内に収容される。すなわち、第１の電極１５は分離槽１４内の下部に設けられ、第２の電極１６は分離槽１４内の上部に設けられる。そして、分離槽１４内にて第１の電極１５と第２の電極１６の間に、分離槽１４の高さ方向に沿って延在するように、第１の多孔構造１１、保持部１３および第２の多孔構造１２が、この順に配置される。
　直流電源は、第１の電極１５と第２の電極１６との間に直流電圧を印加することができるものであれば特に限定されない。
　本実施形態のナノカーボン分離装置１０では、第１の電極１５が陽極、第２の電極１６が陰極である場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置１０はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置１０にあっては、第１の電極１５が陰極、第２の電極１６が陽極であってもよい。
　本実施形態のナノカーボン分離装置１０によれば、分離槽２０内にて、第１の電極１５と第２の電極１６の間に、界面活性剤を含む溶液を保持する第１の多孔構造１１と、分散媒を保持する第２の多孔構造１２と、保持部１３を設ける。保持部１３は、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンおよび界面活性剤を含み、前記の界面活性剤を含む溶液よりも界面活性剤の含有量が少ないナノカーボンの分散液を保持する。これにより、例えば、後述するナノカーボンの分離方法において、分離槽１４に液体を導入するための時間を大幅に短縮することができる。
（ナノカーボン分離装置の変形例）
　図２は、本実施形態のナノカーボン分離装置の変形例を示す模式図である。なお、図２において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　この変形例のナノカーボン分離装置１００が、上述のナノカーボン分離装置１０と異なる点は、第１の電極１５が第１の多孔構造１１の内部に設けられ、第２の電極１６が第２の多孔構造１２の内部に設けられている点である。このようにすれば、分離槽１４内に収容されたナノカーボンの分散液に効率的に電圧を印加することができる。
（ナノカーボンの分離方法）
　図１～図６を用いて、ナノカーボン分離装置１０を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明するとともに、ナノカーボン分離装置１０の作用を説明する。
　本実施形態のナノカーボンの分離方法は、配置工程と、接触工程と、分離工程とを有する。配置工程は、分離槽１４内に、界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造１１、ナノカーボンの分散液を保持させた保持部１３、および分散媒を保持させた第２の多孔構造１２を、この順に配置する。接触工程は、第１の多孔構造１１の下端１１ａの少なくとも一部に第１の電極１５を接触させ、第２の多孔構造１２の上端１２ａの少なくとも一部に第２の電極１６を接触させる。分離工程は、第１の電極１５と第２の電極１６との間に直流電圧を印加して、ナノカーボンの分散液に含まれる半導体型ナノカーボンを第１の電極１５側に移動させるとともに、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンを第２の電極１６側に移動させて、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する。
　また、本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離工程の後に、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを回収する工程（以下、「回収工程」と言う。）を有していてもよい。
　本実施形態のナノカーボンの分離方法において、ナノカーボンとは、例えば、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノツイス卜、グラフェン、フラーレン等の主に炭素から構成される炭素材料を意味する。本実施形態のナノカーボンの分離方法では、ナノカーボンとして単層カーボンナノチューブを含むナノカーボンの分散液から、半導体型単層カーボンナノチューブと、金属型単層カーボンナノチューブと、を分離する場合について詳述する。
　単層カーボンナノチューブは、チューブの直径、巻き方によって金属型と半導体型という２つの異なる性質に分かれることが知られている。従来の製造方法を用いて単層カーボンナノチューブを合成すると、金属的な性質を有する金属型単層カーボンナノチューブと半導体的な性質を有する半導体型単層カーボンナノチューブが統計的に１：２の割合で含まれる単層カーボンナノチューブの混合物が得られる。
　単層カーボンナノチューブの混合物は、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブとを含むものであれば特に制限されない。また、本実施形態における単層カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ単体であってもよいし、一部の炭素が任意の官能基で置換された単層カーボンナノチューブや、任意の官能基で修飾された単層カーボンナノチューブであってもよい。
　単層カーボンナノチューブの混合物を、界面活性剤とともに分散媒に分散させて、単層カーボンナノチューブ分散液が調製される。この単層カーボンナノチューブ分散液は、保持部１３に保持される。
　分散媒としては、単層カーボンナノチューブの混合物を分散させることができるものであれば特に限定されない。分散媒としては、例えば、水、重水、有機溶媒、イオン液体等が挙げられる。これらの分散媒の中でも、単層カーボンナノチューブが変質しないという理由から、水または重水が好適に用いられる。
　界面活性剤としては、例えば、非イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤等が用いられる。単層カーボンナノチューブにナトリウムイオン等のイオン性の不純物が混入することを防ぐためには、非イオン性界面活性剤を用いることが好ましい。
　非イオン性界面活性剤としては、イオン化しない親水性部位とアルキル鎖等の疎水性部位とを有する非イオン性界面活性剤が用いられる。このような非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系に代表されるポリエチレングリコール構造を有する非イオン性界面活性剤が挙げられる。
　このような非イオン性界面活性剤としては、下記式（１）で表わされるポリオキシエチレンアルキルエーテルが好適に用いられる。
ＣｎＨ２ｎ（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｍＯＨ　（１）
（但し、ｎ＝１２～１８、ｍ＝２０～１００である。）
　上記式（１）で表わされるポリオキシエチレンアルキルエーテルとしては、例えば、ポリオキシエチレン（２３）ラウリルエーテル（商品名：ＢｒｉｊＬ２３、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）セチルエーテル（商品名：ＢｒｉｊＣ２０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル（商品名：ＢｒｉｊＳ２０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）オレイルエーテル（商品名：ＢｒｉｊＯ２０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（商品名：ＢｒｉｊＳ１００、シグマアルドリッチ社製）等が挙げられる。
　非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアラート（分子式：Ｃ６４Ｈ１２６Ｏ２６、商品名：Ｔｗｅｅｎ６０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレンソルビタントリオレアート（分子式：Ｃ２４Ｈ４４Ｏ６、商品名：Ｔｗｅｅｎ８５、シグマアルドリッチ社製）、オクチルフェノールエトキシレート（分子式：Ｃ１４Ｈ２２Ｏ（Ｃ２Ｈ４Ｏ）ｎ、ｎ＝１～１０、商品名：ＴｒｉｔｏｎＸ－１００、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（４０）イソオクチルフェニルエーテル（分子式：Ｃ８Ｈ１７Ｃ６Ｈ４０（ＣＨ２ＣＨ２０）４０Ｈ、商品名：ＴｒｉｔｏｎＸ－４０５、シグマアルドリッチ社製）、ポロキサマー（分子式：Ｃ５Ｈ１０Ｏ２、商品名：Ｐｌｕｒｏｎｉｃ、シグマアルドリッチ社製）、ポリビニルピロリドン（分子式：（Ｃ６Ｈ９ＮＯ）ｎ、ｎ＝５～１００、シグマアルドリッチ社製）等を用いることもできる。
　単層カーボンナノチューブ分散液における非イオン性界面活性剤の含有量は、０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下であることが好ましく、０．５ｗｔ％以上２ｗｔ％以下であることがより好ましい。
　非イオン性界面活性剤の含有量が５ｗｔ％以下であれば、単層カーボンナノチューブ分散液の粘度が高くなり過ぎることがない。このため、電気泳動法によって容易に、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。
　単層カーボンナノチューブ分散液における単層カーボンナノチューブの含有量は、１μｇ／ｍＬ以上１００μｇ／ｍＬ以下であることが好ましく、５μｇ／ｍＬ以上４０μｇ／ｍＬ以下であることがより好ましい。
　単層カーボンナノチューブの含有量が上記の範囲であれば、電気泳動法によって容易に、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。
　単層カーボンナノチューブ分散液を調製する方法としては、特に限定されず、公知の方法が用いられる。例えば、単層カーボンナノチューブの混合物と界面活性剤を含む分散媒の混合液を超音波処理して、分散媒に、単層カーボンナノチューブの混合物を分散させる方法が挙げられる。この超音波処理により、凝集していた金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが充分に分離する。これにより、単層カーボンナノチューブ分散液は、分散媒に金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが均一に分散したものとなる。したがって、後述する電気泳動法により、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離し易くなる。なお、超音波処理により分散しなかった金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブは、超遠心分離により分離、除去することが好ましい。
　上記の界面活性剤を、上記の分散媒に溶解させて、溶液が調製される。この溶液は、第１の多孔構造１１に保持される。なお、この溶液に含まれる界面活性剤と分散媒としては、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる界面活性剤と分散媒と同一のものが用いられる。また、この溶液における界面活性剤の含有量は、単層カーボンナノチューブ分散液における界面活性剤の含有量よりも多く設定される。
　次いで、第１の多孔構造１１に界面活性剤を含む溶液を保持させる工程が行われる。この工程では、例えば、液槽内に第１の多孔構造１１が配置される。続いて、液槽内に界面活性剤を含む溶液が注入され、液槽内の第１の多孔構造１１にその溶液が浸潤し、第１の多孔構造１１にその溶液が保持される。
　また、第２の多孔構造１２に分散媒を保持させる工程が行われる。この工程では、例えば、液槽内に第２の多孔構造１２が配置される。続いて、液槽内に分散媒が注入され、液槽内の第２の多孔構造１２にその分散媒が浸潤し、第２の多孔構造１２にその溶液が保持される。なお、第２の多孔構造１２には、単層カーボンナノチューブ分散液よりも界面活性剤の含有量が少ない溶液を保持させることも可能である。
　また、保持部１３に単層カーボンナノチューブ分散液を保持させる工程が行われる。この工程では、例えば、液槽内に保持部１３が配置される。続いて、液槽内に単層カーボンナノチューブ分散液が注入され、液槽内の保持部１３に単層カーボンナノチューブ分散液が浸潤し、保持部１３に単層カーボンナノチューブ分散液が保持される。
　次いで、配置工程にて、図３に示すように、分離槽１４内に、界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造１１、単層カーボンナノチューブ分散液を保持させた保持部１３、および分散媒を保持させた第２の多孔構造１２を、この順に配置する工程が行われる（図６のＳＴ１）。
　配置工程では、分離槽１４内の下面１４ａに第１の電極１５が設けられていることが好ましい。
　また、配置工程では、分離槽１４内に、第１の多孔構造１１と保持部１３と第２の多孔構造１２とを、この順に配置すればよく、必ずしも第１の電極１５に第１の多孔構造１１の下端１１ａを接触させる必要はない。
　次いで、接触工程にて、例えば、図１に示すように、第１の多孔構造１１の下端１１ａの少なくとも一部に第１の電極１５を接触させ、第２の多孔構造１２の上端１２ａの少なくとも一部に第２の電極１６を接触させる工程が行われる（図６のＳＴ２）。
　次いで、分離工程にて、図４に示すように、電気泳動法により、保持部１３に保持されている単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる半導体型単層カーボンナノチューブを第１の電極１５側に移動させるとともに、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブを第２の電極１６側に移動させる工程が行われる。これにより、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが分離する（図６のＳＴ３）。
　単層カーボンナノチューブ分散液中では、金属型単層カーボンナノチューブが正電荷を有し、半導体型単層カーボンナノチューブが極めて弱い負電荷を有する。
　したがって、第１の電極１５と第２の電極１６に直流電圧を印加すると、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる単層カーボンナノチューブの混合物のうち、半導体型単層カーボンナノチューブが第１の電極１５（陽極）側に移動し、金属型単層カーボンナノチューブが第２の電極１６（陰極）側に移動する。その結果として、図４に示すように、分散液相Ａ、分散液相Ｂ、および分散液相Ｃが形成される。分散液相Ａは、第２の多孔構造１２内に、相対的に金属型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相である。分散液相Ｂは、第１の多孔構造１１内に、相対的に半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相である。分散液相Ｃは、分散液相Ａと分散液相Ｂの間にある保持部１３に、相対的に金属型単層カーボンナノチューブおよび半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が少ない分散液相である。
　第１の電極１５と第２の電極１６に印加する直流電圧は、特に限定されず、第１の電極１５と第２の電極１６との間の距離やナノカーボンの分散液における単層カーボンナノチューブの混合物の含有量等に応じて適宜調整される。
　ナノカーボンの分散媒として、水または重水を用いた場合、第１の電極１５と第２の電極１６に印加する直流電圧を、０Ｖより大きく、１０００Ｖ以下の間の任意の値とする。
　例えば、第１の電極１５と第２の電極１６の距離（電極間距離）、すなわち、第１の多孔構造１１、保持部１３および第２の多孔構造１２からなる積層体の高さが３０ｃｍである場合を例示する。この場合、第１の電極１５と第２の電極１６に印加する直流電圧は、１５Ｖ以上４５０Ｖ以下であることが好ましく、３０Ｖ以上３００Ｖ以下であることがより好ましい。
　第１の電極１５と第２の電極１６に印加する直流電圧が１５Ｖ以上であれば、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。一方、第１の電極１５と第２の電極１６に印加する直流電圧が４５０Ｖ以下であれば、水または重水が電気分解することを抑えられる。
　また、第１の電極１５と第２の電極１６に直流電圧を印加したとき、第１の電極１５と第２の電極１６の間の電界は、０．５Ｖ／ｃｍ以上１５Ｖ／ｃｍ以下であることが好ましく、１Ｖ／ｃｍ以上１０Ｖ／ｃｍ以下であることがより好ましい。
　第１の電極１５と第２の電極１６の間の電界が０．５Ｖ／ｃｍ以上であれば、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離することができる。一方、第１の電極１５と第２の電極１６の間の電界が１５Ｖ／ｃｍ以下であれば、水または重水が電気分解することを抑えられる。
　分離工程における、第１の多孔構造１１に保持されている溶液、保持部１３に保持されている単層カーボンナノチューブ分散液、および第２の多孔構造１２に保持されている分散媒の温度は、単層カーボンナノチューブ分散液の分散媒が変質したり、蒸発したりしない温度であれば特に限定されない。
　金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離が進行すると、金属型単層カーボンナノチューブの含有量が多い単層カーボンナノチューブ分散液は黒色となり、単層カーボンナノチューブの直径とカイラリティに応じて、ナノカーボンの分散液は呈色する。そこで、第１の多孔構造１１、第２の多孔構造１２および保持部１３の色を背景として、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離状態が、目視にて確認される。目視にて確認した場合に、単層カーボンナノチューブ分散液の色が変化しなくなった時点で分離工程が終了する。
　単層カーボンナノチューブ分散液における呈色の状態は、カメラによる画像認識、あるいは、光吸収スペクトルの計測等を用いることにより、自動化することも可能である。
　次いで、回収工程にて、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを回収する工程が行われる。すなわち、第１の多孔構造１１から、分離した分散液相Ｂが回収（分取）され、第２の多孔構造１２から、分離した分散液相Ａが回収（分取）される。
　分散液相Ａと分散液相Ｂの回収方法は、特に限定されず、分散液相Ａと分散液相Ｂが拡散混合しない方法であればいかなる方法であってもよい。
　回収方法としては、例えば、次のような方法が用いられる。
　回収方法としては、次の方法が挙げられる。例えば、図５に示すように、分離槽１４から、分散液相Ｂを含む第１の多孔構造１１と、分散液相Ａを第２の多孔構造１２と、分散液相Ｃを含む保持部１３とを、それぞれ回収し、第１の多孔構造１１から半導体型単層カーボンナノチューブを回収（分取）し、第２の多孔構造１２から金属型単層カーボンナノチューブを回収（分取）する方法である。
　回収した分散液を、再び、保持部１３に保持させて、上述と同様にして、電気泳動法により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離する操作が繰り返し実施されてもよい。これにより、より純度が高い金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを得ることができる。
　回収した分散液の分離効率は、顕微Ｒａｍａｎ分光分析法（Ｒａｄｉａｌ　Ｂｒｅａｔｈｉｎｇ　Ｍｏｄｅ（ＲＢＭ）領域のＲａｍａｎスペクトルの変化、Ｂｒｅｉｔ－Ｗｉｇｎｅｒ－Ｆａｎｏ（ＢＷＦ）領域のＲａｍａｎスペクトル形状の変化）、および紫外可視近赤外吸光光度分析法（吸収スペクトルのピーク形状の変化）等の手法により評価することができる。また、単層カーボンナノチューブの電気的特性について評価することによっても、分散液の分離効率を評価することができる。例えば、電界効果トランジスタを作製して、そのトランジスタ特性を測定することによって、分散液の分離効率を評価することができる。
　本実施形態のナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分離方法によれば、例えば、分離槽１４の下部に界面活性剤を含む溶液が静かに導入され、その上に、単層カーボンナノチューブ分散液が静かに導入し、さらに、その上に、水が静かに導入され、界面活性剤の含有量が異なる３つの液体からなる層が形成される。単層カーボンナノチューブ分散液は、単層カーボンナノチューブおよび界面活性剤を含み、前記の界面活性剤を含む溶液よりも界面活性剤の含有量が少ない。層の形成後、電気泳動法によって、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離するナノカーボンの分離方法（以下、「ナノカーボンの分離方法α」と言う。）よりも、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを迅速かつ効率的に分離することができる。
　すなわち、ナノカーボンの分離方法αでは、３つの液体からなる層を形成するために、互いに接している２つの層が混合しないように、分離槽１４に、それぞれの液体を静かに導入しなければならない。このため、非常に長い時間を要するという課題がある。一方、本実施形態のナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分離方法によれば、予め界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造１１と、予め単層カーボンナノチューブ分散液を保持させた保持部１３と、予め分散媒を保持させた第２の多孔構造１２とが、分離槽１４内に収容される。この後に、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが分離される。このため、分離槽１４に液体を導入するための時間を大幅に短縮し、結果として、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを迅速かつ効率的に分離することができる。
　また、本実施形態のナノカーボン分離装置１０を用いたナノカーボンの分離方法によれば、次のことを実現できる。すなわち、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離操作が終了した後、第１の多孔構造１１から、分離した半導体型単層カーボンナノチューブを効率的に回収し、第２の多孔構造１２から、分離した金属型単層カーボンナノチューブを効率的に回収することができる。
　なお、本実施形態のナノカーボンの分離方法では、単層カーボンナノチューブの混合物を、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離する場合を例示した。ただし、本実施形態のナノカーボンの分離方法はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボンの分離方法は、例えば、第１の多孔構造１１、保持部１３および第２の多孔構造１２からなる積層体内にて、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離した後、目的の性質を有する単層カーボンナノチューブのみを回収する、単層カーボンナノチューブの精製方法として行われてもよい。
［第２の実施形態］
（ナノカーボン分離装置）
　図７は、本実施形態のナノカーボン分離装置を示す模式図である。なお、図７において、図１に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　本実施形態のナノカーボン分離装置２００は、界面活性剤を含む溶液を保持する第１の多孔構造１１と、分散媒を保持する第２の多孔構造１２と、保持部２１０と、分離槽１４と、第１の電極１５と、第２の電極１６と、を備える。保持部２１０は、第１の多孔構造１１と第２の多孔構造１２の間に設けられ、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンおよび界面活性剤を含み、前記の界面活性剤を含む溶液よりも界面活性剤の含有量が少ないナノカーボンの分散液を保持する。分離槽１４は、第１の多孔構造１１、保持部２１０および第２の多孔構造１２が、この順に配置されて収容される。第１の電極１５は、第１の多孔構造１１の下端１１ａに接触して設けられる。第２の電極１６は、第２の多孔構造１２の上端１２ａに接触して設けられる。また、本実施形態のナノカーボン分離装置１０は、第１の電極１５と第２の電極１６との間に直流電圧を印加する直流電源（図示略）を備えていてもよい。
　本実施形態のナノカーボン分離装置２００において、保持部２１０は、分離槽１４内における、第１の多孔構造１１と第２の多孔構造１２との間の空間からなる。
　保持部２１０の厚み、すなわち、分離槽１４内における、第１の多孔構造１１と第２の多孔構造１２の間の距離は、特に限定されない。保持部２１０の厚みは、保持部２１０に保持させるナノカーボンの分散液の量に応じて適宜調整される。
　本実施形態のナノカーボン分離装置２００では、第１の電極１５が陽極、第２の電極１６が陰極である場合を例示したが、本実施形態のナノカーボン分離装置２００はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボン分離装置２００にあっては、第１の電極１５が陰極、第２の電極１６が陽極であってもよい。
　本実施形態のナノカーボン分離装置２００によれば、分離槽２０内にて、第１の電極１５と第２の電極１６の間に、界面活性剤を含む溶液を保持する第１の多孔構造１１と、分散媒を保持する第２の多孔構造１２と、保持部１３とを設ける。保持部１３は、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンおよび界面活性剤を含み、前記の界面活性剤を含む溶液よりも界面活性剤の含有量が少ないナノカーボンの分散液を保持する。これにより、例えば、後述するナノカーボンの分離方法において、分離槽１４に液体を導入するための時間を大幅に短縮することができる。
（ナノカーボンの分離方法）
　図７～図１１を用いて、ナノカーボン分離装置２００を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明するとともに、ナノカーボン分離装置２００の作用を説明する。なお、図７～図１０において、図１および図２に示した第１の実施形態のナノカーボン分離装置、および図３～図５に示した第１の実施形態のナノカーボンの分離方法と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　本実施形態のナノカーボンの分離方法は、配置工程と、接触工程と、分離工程とを有する。配置工程は、分離槽１４内に、界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造１１、単層カーボンナノチューブ分散液を保持させる保持部１１０、および分散媒を保持させた第２の多孔構造１２を、この順に配置する。接触工程は、第１の多孔構造１１の下端１１ａの少なくとも一部に第１の電極１５を接触させ、第２の多孔構造１２の上端１２ａの少なくとも一部に第２の電極１６を接触させる。分離工程は、第１の電極１５と第２の電極１６との間に直流電圧を印加して、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる半導体型ナノカーボンを第１の電極１５側に移動させるとともに、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型ナノカーボンを第２の電極１６側に移動させて、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離する。
　また、本実施形態のナノカーボンの分離方法は、分離工程の後に、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを回収する工程（以下、「回収工程」と言う。）を有していてもよい。
　まず、第１の実施形態と同様にして、界面活性剤を含む溶液と単層カーボンナノチューブ分散液が調製される。
　次いで、第１の実施形態と同様にして、第１の多孔構造１１に界面活性剤を含む溶液が保持される。
　また、第２の多孔構造１２に分散媒が保持される。
　次いで、配置工程にて、図８に示すように、分離槽１４内に、界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造１１、および分散媒を保持させた第２の多孔構造１２を、この順に配置する工程が行われる（図１１のＳＴ１１）。
　配置工程では、分離槽１４内における、第１の多孔構造１１と第２の多孔構造１２の間の空間からなる保持部２１０が形成されるように、分離槽１４の高さ方向に沿って、第１の多孔構造１１と第２の多孔構造１２が離隔して配置される。
　配置工程では、分離槽１４内の下面１４ａに第１の電極１５が設けられていることが好ましい。
　また、配置工程では、分離槽１４内に、第１の多孔構造１１と保持部２１０と第２の多孔構造１２とが、この順に配置されればよく、必ずしも第１の電極１５に第１の多孔構造１１の下端１１ａを接触させる必要はない。
　次いで、接触工程にて、例えば、図７に示すように、第１の多孔構造１１の下端１１ａの少なくとも一部に第１の電極１５を接触させ、第２の多孔構造１２の上端１２ａの少なくとも一部に第２の電極１６を接触させる工程が行われる（図１１のＳＴ１２）。
　次いで、保持部２１０内に、例えば、シリンジ等を用いて、単層カーボンナノチューブ分散液が注入される。すると、単層カーボンナノチューブ分散液の一部が、第１の多孔構造１１と第２の多孔構造１２に浸潤して、保持される（図１１のＳＴ１３）。
　次いで、第１の実施形態と同様にして、分離工程が行われる。分離工程にて、図９に示すように、電気泳動法により、保持部２１０、第１の多孔構造１１および第２の多孔構造１２に保持されている単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる半導体型単層カーボンナノチューブが第１の電極１５側に移動させられるとともに、ナノカーボンの分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブが第２の電極１６側に移動させられる工程が行われる。これにより、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが分離する（図１１のＳＴ１４）。
　第１の電極１５と第２の電極１６に直流電圧を印加すると、第１の実施形態と同様に、図９に示すように、分散液相Ａと、分散液相Ｂと、分散液相Ｃとの３相に相分離する。分散液相Ａは、ナノカーボンの分散液は、相対的に金属型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相である。分散液相Ｂは、相対的に半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が多い分散液相である。分散液相Ｃは、分散液相Ａと分散液相Ｂの間に形成され、相対的に金属型単層カーボンナノチューブおよび半導体型単層カーボンナノチューブの含有量が少ない分散液相である。
　分離工程が終了した後、回収工程にて、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを回収する工程が行われる。すなわち、第１の多孔構造１１から、分離した分散液相Ｂが回収（分取）され、第２の多孔構造１２から、分離した分散液相Ａが回収（分取）される。
　本実施形態のナノカーボンの分離方法において、分散液相Ａと分散液相Ｂを回収する回収方法としては、次の方法が挙げられる。例えば、図１０に示すように、分離槽１４から、分散液相Ｂを含む第１の多孔構造１１と、分散液相Ａを第２の多孔構造１２とを、それぞれ回収し、第１の多孔構造１１から半導体型単層カーボンナノチューブを回収（分取）し、第２の多孔構造１２から金属型単層カーボンナノチューブを回収（分取）する方法である。
　また、第１の実施形態と同様にして、回収した分散液を、再び、保持部２１０に保持させて、電気泳動法により、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを分離する操作が繰り返し実施されてもよい。
　回収した分散液の分離効率は、第１の実施形態と同様にして、評価することができる。
　本実施形態のナノカーボン分離装置２００を用いたナノカーボンの分離方法によれば、予め界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造１１と、予め分散媒を保持させた第２の多孔構造１２とを、分離槽１４内に収容した後に、保持部２１０に単層カーボンナノチューブ分散液が保持される。そして、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンが分離される。このため、分離槽１４に液体を導入するための時間を大幅に短縮し、結果として、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを迅速かつ効率的に分離することができる。
　また、本実施形態のナノカーボン分離装置２００を用いたナノカーボンの分離方法によれば、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離操作が終了した後、次のことが実現される。すなわち、第１の多孔構造１１から、分離した半導体型単層カーボンナノチューブを効率的に回収し、第２の多孔構造１２から、分離した金属型単層カーボンナノチューブを効率的に回収することができる。
　なお、本実施形態のナノカーボンの分離方法では、単層カーボンナノチューブの混合物を、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離する場合を例示した。ただし、本実施形態のナノカーボンの分離方法はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボンの分離方法は、第１の多孔構造１１、保持部２１０および第２の多孔構造１２からなる積層体内にて、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブに分離した後、目的の性質を有する単層カーボンナノチューブのみを回収する、単層カーボンナノチューブの精製方法として行われてもよい。
　この出願は、２０１７年１０月１０日に日本出願された特願２０１７－１９７２７５号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１０，１００，２００・・・ナノカーボン分離装置、
１１・・・第１の多孔構造、
１２・・・第２の多孔構造、
１３，２１０・・・保持部、
１４・・・分離槽、
１５・・・第１の電極、
１６・・・第２の電極。

Claims (10)

  1. 　界面活性剤を含む溶液を保持する第１の多孔構造と、
    　分散媒を保持する第２の多孔構造と、
    　前記第１の多孔構造と前記第２の多孔構造の間に設けられ、ナノカーボンおよび前記界面活性剤を含み、前記溶液よりも前記界面活性剤の含有量が少ない分散液を保持する保持部と、
    　前記第１の多孔構造、前記保持部および前記第２の多孔構造が、前記第１の多孔構造、前記保持部、前記第２の多孔構造の順に配置されて収容される分離槽と、
    　前記第１の多孔構造の下部に設けられた第１の電極と、
    　前記第２の多孔構造の上部に設けられた第２の電極と、を備えるナノカーボン分離装置。
  2. 　前記第１の多孔構造および前記第２の多孔構造は、スポンジから構成される請求項１に記載のナノカーボン分離装置。
  3. 　前記保持部は、第３の多孔構造からなる請求項１または２に記載のナノカーボン分離装置。
  4. 　前記第１の多孔構造、および前記第２の多孔構造の少なくとも１つは、厚さ方向に沿って配置された複数の領域からなる請求項１または２に記載のナノカーボン分離装置。
  5. 　前記第１の多孔構造、前記第２の多孔構造および前記第３の多孔構造の少なくとも１つは、厚さ方向に沿って配置された複数の領域からなることを特徴とする請求項３に記載のナノカーボン分離装置。
  6. 　前記第１の電極は前記第１の多孔構造の外側および内部のいずれか一方に設けられ、前記第２の電極は前記第２の多孔構造の外側および内部のいずれか一方に設けられる請求項１～５のいずれか１項に記載のナノカーボン分離装置。
  7. 　界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造、ナノカーボンおよび前記界面活性剤を含み、前記溶液よりも前記界面活性剤の含有量が少ない分散液を保持させた保持部、並びに分散媒を保持させた第２の多孔構造を、前記第１の多孔構造、前記保持部、前記第２の多孔構造の順に配置する工程と、
    　前記第１の多孔構造の下部に第１の電極を接触させ、前記第２の多孔構造の上部に第２の電極を接触させる工程と、
    　前記第１の電極と前記第２の電極との間に直流電圧を印加する工程と、を有するナノカーボンの分離方法。
  8. 　界面活性剤を含む溶液を保持させた第１の多孔構造、ナノカーボンおよび前記界面活性剤を含み、前記溶液よりも前記界面活性剤の含有量が少ない分散液を保持させる保持部、並びに分散媒を保持させた第２の多孔構造を、前記第１の多孔構造、前記保持部、前記第２の多孔構造の順に配置する工程と、
    　前記第１の多孔構造の下部に第１の電極を接触させ、前記第２の多孔構造の上部に第２の電極を接触させる工程と、
    　前記分散液を前記保持部に保持させる工程と、
    　前記第１の電極と前記第２の電極との間に直流電圧を印加する工程と、を有するナノカーボンの分離方法。
  9. 　前記印加する工程は、前記分散液に含まれる半導体型ナノカーボンを前記第１の電極側に移動させるとともに、前記分散液に含まれる金属型ナノカーボンを前記第２の電極側に移動させて、前記金属型ナノカーボンと前記半導体型ナノカーボンを分離する、請求項７または８に記載のナノカーボンの分離方法。
  10. 　前記分離する工程の後に、前記分散液に含まれる金属型ナノカーボンまたは半導体型ナノカーボンを回収する工程を有する請求項７または８に記載のナノカーボンの分離方法。
PCT/JP2018/037060 2017-10-10 2018-10-03 ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法 WO2019073882A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019548155A JP6950743B2 (ja) 2017-10-10 2018-10-03 ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法
US16/754,642 US11559769B2 (en) 2017-10-10 2018-10-03 Nanocarbon separation device and nanocarbon separation method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017197275 2017-10-10
JP2017-197275 2017-10-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019073882A1 true WO2019073882A1 (ja) 2019-04-18

Family

ID=66100589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/037060 WO2019073882A1 (ja) 2017-10-10 2018-10-03 ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11559769B2 (ja)
JP (1) JP6950743B2 (ja)
WO (1) WO2019073882A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7052805B2 (ja) * 2017-10-10 2022-04-12 日本電気株式会社 ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008055375A (ja) * 2006-09-01 2008-03-13 Osaka Univ 単層カーボンナノチューブの分離方法
WO2008143281A1 (ja) * 2007-05-21 2008-11-27 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology カーボンナノチューブの高効率分離法
JP2009286663A (ja) * 2008-05-29 2009-12-10 Kyushu Univ カーボンナノチューブの分離方法
WO2010150808A1 (ja) * 2009-06-23 2010-12-29 日本電気株式会社 ナノカーボン材料の分離方法、分離装置、及び分離済ナノカーボン分散溶液
WO2011102322A1 (ja) * 2010-02-16 2011-08-25 独立行政法人産業技術総合研究所 単層カーボンナノチューブの分離方法、分離装置、分離済単層カーボンナノチューブ含有ミセル分散溶液

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008055375A (ja) * 2006-09-01 2008-03-13 Osaka Univ 単層カーボンナノチューブの分離方法
WO2008143281A1 (ja) * 2007-05-21 2008-11-27 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology カーボンナノチューブの高効率分離法
JP2009286663A (ja) * 2008-05-29 2009-12-10 Kyushu Univ カーボンナノチューブの分離方法
WO2010150808A1 (ja) * 2009-06-23 2010-12-29 日本電気株式会社 ナノカーボン材料の分離方法、分離装置、及び分離済ナノカーボン分散溶液
WO2011102322A1 (ja) * 2010-02-16 2011-08-25 独立行政法人産業技術総合研究所 単層カーボンナノチューブの分離方法、分離装置、分離済単層カーボンナノチューブ含有ミセル分散溶液

Also Published As

Publication number Publication date
US20200261848A1 (en) 2020-08-20
JPWO2019073882A1 (ja) 2020-07-30
US11559769B2 (en) 2023-01-24
JP6950743B2 (ja) 2021-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8961762B2 (en) Method for separating nanocarbon material, separation device, and separated nanocarbon dispersion solution
JP5454970B2 (ja) 遠心分離機を用いた金属性ｃｎｔ半導体性ｃｎｔの直接分離方法
JP6488900B2 (ja) ナノカーボンの分離方法および分離装置
Tanaka et al. From metal/semiconductor separation to single‐chirality separation of single‐wall carbon nanotubes using gel
WO2019073882A1 (ja) ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法
JP6212677B1 (ja) 単層カーボンナノチューブ分離装置、単層カーボンナノチューブ分離方法
US20170137291A1 (en) Methods for separating carbon nanotubes
JP6766944B2 (ja) ナノカーボンの分離方法
US11857926B2 (en) Nanocarbon separation apparatus and nanocarbon separation method
US11383983B2 (en) Nanocarbon separation device, nanocarbon separation method, nanocarbon recovery method
JP7052805B2 (ja) ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法
JP6954364B2 (ja) ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法、電極管
Byeon et al. Bio-fabrication of nanomesh channels of single-walled carbon nanotubes for locally gated field-effect transistors
JP6852801B2 (ja) ナノカーボン分離装置、ナノカーボンの分離方法、ナノカーボンの回収方法
JP6908122B2 (ja) ナノカーボンの分離方法、ナノカーボン分離装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18867201

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019548155

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18867201

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1