JP2002029718A - Method and device for producing fullerene and carbon nanotube - Google Patents
Method and device for producing fullerene and carbon nanotubeInfo
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- 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
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明はフラーレンおよびカー
ボンナノチューブの製造法に関し、とくに、フラーレン
およびカーボンナノチューブの大量生産法およびその製
造装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing fullerenes and carbon nanotubes, and more particularly to a method for mass-producing fullerenes and carbon nanotubes and an apparatus for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】米国特許第５、２２７、０３８号、第
５、３９３、９５５号、第５、４９３、０９４号には不
活性ガス雰囲気中で対向炭素棒電極間でアーク放電さ
せ、炭素蒸気を生成してこれを凝縮してフラーレンを合
成するようにしたフラーレン製造法が提案されている。
これら製造法において、炭素棒を加熱するためのアーク
プラズマの発生領域が極めて小さいため、単位時間当た
りの炭素蒸気の発生量が少なく、したがって、フラーレ
ンを大量生産することができなかった。2. Description of the Related Art U.S. Pat. Nos. 5,227,038, 5,393,955, 5,493,094 disclose arc discharge between opposed carbon rod electrodes in an inert gas atmosphere and carbon vapor. A fullerene production method has been proposed in which is produced and is condensed to synthesize fullerene.
In these production methods, the generation region of the arc plasma for heating the carbon rod is extremely small, so that the amount of carbon vapor generated per unit time is small, and therefore, fullerene cannot be mass-produced.
【０００３】米国特許第５、３００、２０３号には密閉
容器内で炭素原料にレーザ照射することにより、炭素を
蒸発させてフラーレンを合成するようにしたフラーレン
製造法が提案されている。この製造法において、レーザ
の照射領域が小さいため、炭素蒸気の発生量を増加させ
ることができず、フラーレンを大量に生産することはで
きなかった。[0003] US Patent No. 5,300,203 proposes a fullerene production method in which carbon is vaporized by irradiating a carbon raw material with a laser in a closed vessel to synthesize carbon. In this manufacturing method, since the irradiation area of the laser was small, the amount of carbon vapor generated could not be increased, and fullerene could not be mass-produced.
【０００４】米国特許第５、８７６、６８４号にはプラ
ズマフレーム中に粒状炭素原料を供給してフラーレン含
有煤を発生させて反応容器の内壁に付着させ、定期的に
電源をオフにした後、容器内壁からフラーレン含有煤を
回収するようにしたフラーレン合成法およびその装置が
提案されている。この製造法において、プラズマフレー
ムの発生領域が小さいため、プラズマフレーム内では僅
かな量の炭素原料のみが加熱されて少量の炭素蒸気が生
成され、したがって、フラーレンの収率を向上させるこ
とができなかった。In US Pat. No. 5,876,684, a granular carbon material is supplied into a plasma frame to generate fullerene-containing soot and adhere it to the inner wall of a reaction vessel. A fullerene synthesis method and an apparatus for recovering fullerene-containing soot from the inner wall of a container have been proposed. In this manufacturing method, since the generation region of the plasma flame is small, only a small amount of carbon material is heated in the plasma flame to generate a small amount of carbon vapor, and therefore, the yield of fullerene cannot be improved. Was.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はフラー
レンおよびカーボンナノチュウブ（以下、フラーレンと
総称する）を高収率で連続的に大量生産が可能なフラー
レン製造法およびその装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fullerene production method and apparatus capable of continuously mass-producing fullerenes and carbon nanotubes (hereinafter collectively referred to as "fullerenes") in high yield. It is in.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明のフラーレン製造
法およびその装置において、ケーシング内にアークプラ
ズマ室を有する密閉容器を収納してアークプラズマ室の
上部および下部に棒状多相交流電極および中性電極をそ
れぞれ配置して、アークプラズマ室内に炭素原料を充填
し、次いでアークプラズマ室を真空引きして不純物を除
去した後、１００乃至２５００Ｔｏｒｒの圧力条件下で
プラズマガスをアークプラズマ室に導入しながら、多相
交流電極に多相交流電力を供給する。この状態で、アー
クプラズマ室の炭素原料の隙間内には複数の棒状電極と
中性電極との間で必ず多相交流アークプラズマが発生す
るため、アークプラズマ室内に常時電離ガスが供給され
ていて、残る１アークが容易に再点弧する。このため、
炭素原料の隙間内でアークプラズマが安定して連続的に
発生して炭素原料全体が均一に加熱されて大量の炭素蒸
気と煤が生成される。アークプラズマ室の下端部にはミ
クロフイルタが配置されていて、これにより煤がアーク
プラズマ室内に分離されてそこで滞留し、プラズマガス
と炭素蒸気のみが排出される。次に、炭素蒸気は凝縮器
で分離精製され、高次フラーレン及び低次フラーレンが
回収される。このとき、分離されたプラズマガスは密閉
容器の外周の排熱回収部で予熱されてアークプラズマ室
内に循環される。In the method and apparatus for producing fullerene of the present invention, a sealed container having an arc plasma chamber is housed in a casing, and a rod-shaped multi-phase AC electrode and a neutral electrode are provided at the upper and lower parts of the arc plasma chamber. The electrodes are arranged, and the carbon material is filled in the arc plasma chamber. Then, the arc plasma chamber is evacuated to remove impurities, and then the plasma gas is introduced into the arc plasma chamber under a pressure condition of 100 to 2500 Torr. To supply the multi-phase AC power to the multi-phase AC electrode. In this state, in the gap between the carbon materials in the arc plasma chamber, a multiphase AC arc plasma is always generated between the plurality of rod-shaped electrodes and the neutral electrode, so that the ionized gas is always supplied into the arc plasma chamber. , The remaining one arc easily reignites. For this reason,
Arc plasma is generated stably and continuously in the gap between the carbon raw materials, and the entire carbon raw material is uniformly heated to generate a large amount of carbon vapor and soot. A microfilter is located at the lower end of the arc plasma chamber, soot is separated into the arc plasma chamber and stays there, and only the plasma gas and carbon vapor are exhausted. Next, the carbon vapor is separated and refined in a condenser, and higher fullerene and lower fullerene are recovered. At this time, the separated plasma gas is preheated in the exhaust heat recovery section on the outer periphery of the closed vessel and circulated into the arc plasma chamber.
【０００７】[0007]
【作用】本発明によれば、アークプラズマ室に連続的に
炭素原料を供給しながら、プラズマガスの存在下でアー
クプラズマを安定して発生させて、炭素原料を均一に加
熱して大量の炭素蒸気を連続的に生成することができ
る。炭素蒸気はアークプラズマ室の下部に着脱可能に装
着された凝縮器で自動的に分離回収され、プラズマガス
は再度予熱されてアークプラズマ室に循環される。この
ため、炭素原料からフラーレン及びカーボンナノチュー
ブが連続的に大量生産可能となり、大幅なコストダウン
が可能となる。According to the present invention, while continuously supplying a carbon raw material to the arc plasma chamber, an arc plasma is stably generated in the presence of a plasma gas, and the carbon raw material is uniformly heated to produce a large amount of carbon. Steam can be produced continuously. The carbon vapor is automatically separated and recovered by a condenser detachably attached to the lower part of the arc plasma chamber, and the plasma gas is preheated again and circulated to the arc plasma chamber. For this reason, fullerenes and carbon nanotubes can be continuously mass-produced from the carbon raw material, and the cost can be significantly reduced.
【０００８】［実施例］図１に本発明の望ましい実施例
によるフラーレン製造装置１０が示される。フラーレン
製造装置１０は炭素原料投入装置１２と、プラズマ反応
装置１４と、多相交流電源１６と、凝縮器１８とをそな
える。原料投入装置１２は粉末状、ペレット状または塊
状黒鉛あるいはカーボンパウダー等の炭素原料を貯蔵す
るホッパ２０と、スクリュウフィーダ２２と、ロータリ
バルブ２４とを備え、プラズマ反応装置１４内に炭素原
料を連続投入する。炭素原料には鉄、ニッケル、コバル
ト、白金、ランタン、パラジウム、ハフニウム、バナジ
ウム、ガドニウム等の金属または金属酸化物からなる触
媒金属が３：１の割合で混合され、この場合、高次フラ
ーレンやカーボンナノチューブが生成される。例えば、
炭素原料が粉末状カーボンと酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ
３）パウダーとの混合物からなる場合は後述の如く、多
種類の高次フラーレンが生成される。触媒金属として
は、リチウム、カリウム、ルビジウム、セシウムから選
ばれたアルカリ金属を炭素原料に混合するとアルカリ金
属内包フラーレンが得られる。アルカリ金属のうち、例
えば、カリウムと、ホウ素化合物との混合物を炭素原料
１００重量部に対して約３０重量部の割合で混合する
と、ＫＣ５７Ｂ３，ＫＣ５６Ｂ４，ＫＣ５５Ｂ５等の超
電導材が得られる。また、ランタン酸化物（Ｌａ２Ｏ
３）とホウ素酸化物との混合物を炭素原料に混合する
と、ＬａＣ５９Ｂ，ＬａＣ８０Ｂ２，Ｌａ２Ｃ１０５
Ｂ，Ｌａ２Ｃ１０４Ｂ２，Ｌａ４Ｃ１２３Ｂ，Ｌａ４Ｃ
１２２Ｂ２等が大量にに得られる。さらに、プラズマガ
ス中にＨｅガスと窒素ガスを混合して、炭素原料に酸化
ホウ素（Ｂ２Ｏ３）またはホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を混合
してプラズマ反応装置１４で処理されると、窒化ホウ素
ナノチューブが得られる。FIG. 1 shows a fullerene manufacturing apparatus 10 according to a preferred embodiment of the present invention. The fullerene manufacturing apparatus 10 includes a carbon raw material input device 12, a plasma reactor 14, a multi-phase AC power supply 16, and a condenser 18. The raw material input device 12 includes a hopper 20 for storing a carbon material such as powdered, pelletized or massive graphite or carbon powder, a screw feeder 22, and a rotary valve 24, and continuously inputs the carbon raw material into the plasma reactor 14. I do. The carbon raw material is mixed with a metal such as iron, nickel, cobalt, platinum, lanthanum, palladium, hafnium, vanadium, gadnium or a catalyst metal composed of a metal oxide at a ratio of 3: 1. In this case, higher fullerene or carbon is used. Nanotubes are generated. For example,
The carbon material is powdered carbon and lanthanum oxide (La2O
3) In the case of a mixture with a powder, various types of higher fullerenes are generated as described later. When an alkali metal selected from lithium, potassium, rubidium and cesium is mixed with the carbon material as the catalyst metal, an alkali metal-containing fullerene can be obtained. When a mixture of, for example, potassium and a boron compound among the alkali metals is mixed at a ratio of about 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon raw material, a superconducting material such as KC57B3, KC56B4, and KC55B5 is obtained. In addition, lanthanum oxide (La2O
When a mixture of 3) and boron oxide is mixed with a carbon raw material, LaC59B, LaC80B2, La2C105
B, La2C104B2, La4C123B, La4C
122B2 and the like are obtained in large quantities. Further, when He gas and nitrogen gas are mixed in the plasma gas, and boron oxide (B2O3) or boric acid (H3BO3) is mixed with the carbon material and the mixture is treated in the plasma reactor 14, boron nitride nanotubes are obtained. .
【０００９】プラズマ反応装置１４は耐熱性のセラミッ
クからなる円筒状絶縁ケーシング２６と、その上端部に
ボルト３０により装着された電極ホルダー２８とを備え
る。絶縁ケーシング２６には耐熱性密閉絶縁容器３２が
収納され、その中にアークプラズマ室３４が形成されて
いる。アークプラズマ室３４の上部には電極ホルダ２８
で支持された棒状多相交流電極３６、３８、４０が配置
され、下部に中性電極４２が配置される。密閉容器３２
の外周には冷却通路５４、６４からなる排熱回収部６３
が配置される。電極ホルダー２８は原料投入装置１２に
接続された原料供給口５０を備える。絶縁ケーシング２
６の上部にはプラズマガスとしてＨｅ，Ａｒ等の不活性
ガスを導入するためのプラズマガス供給口５２が配置さ
れる。絶縁ケーシング２６はインレット７４およびアウ
トレット７６を備え、これらは冷却通路５４、６４に連
通している。The plasma reactor 14 has a cylindrical insulating casing 26 made of a heat-resistant ceramic, and an electrode holder 28 mounted on the upper end thereof with bolts 30. A heat-resistant sealed insulating container 32 is housed in the insulating casing 26, and an arc plasma chamber 34 is formed therein. The electrode holder 28 is located above the arc plasma chamber 34.
The bar-shaped polyphase AC electrodes 36, 38, and 40 supported by are disposed, and the neutral electrode 42 is disposed below. Sealed container 32
An exhaust heat recovery unit 63 composed of cooling passages 54 and 64
Is arranged. The electrode holder 28 has a raw material supply port 50 connected to the raw material input device 12. Insulating casing 2
A plasma gas supply port 52 for introducing an inert gas such as He or Ar as a plasma gas is disposed at an upper portion of 6. The insulating casing 26 has an inlet 74 and an outlet 76, which communicate with the cooling passages 54,64.
【００１０】絶縁ケーシング２６の下端部を構成するフ
ランジ部７８にはボルト８０を介してエンドプレート８
２が固定され、これらの間にシール材８３が配置され
る。アークプラズマ室３４の下端部には０．２乃至０．
５μｍの平均開口を有するミクロフイルタ８４が中性電
極４２およびエンドプレート８２により支持されてい
る。エンドプレート８２は炭素蒸気アウトレット８６を
備える。An end plate 8 is connected to a flange portion 78 constituting a lower end portion of the insulating casing 26 via bolts 80.
2 are fixed, and a sealing material 83 is arranged between them. The lower end of the arc plasma chamber 34 has a thickness of 0.2 to 0.1 mm.
A microfilter 84 having an average aperture of 5 μm is supported by the neutral electrode 42 and the end plate 82. End plate 82 includes a carbon vapor outlet 86.
【００１１】凝縮器１８はエンドプレート８２に着脱可
能に装着されていて下端部にプラズマガスアウトレット
８７を有する円筒容器８８を備え、その内部に高温回収
部９０と低温回収部９２が収納される。高温回収部９０
および低温回収部９２はそれぞれ高温凝縮容器９４およ
び低温凝縮容器９６とを備える。高温凝縮容器９４は冷
却水インレット９８およびアウトレット１００と連通す
る環状冷却室１０２を備え、冷却水の流量および流速は
凝縮容器９４内の温度がＣ７０等の高次フラーレンを高
純度で分離精製するために４２０℃ないし４６０℃の範
囲内となるように制御される。凝縮容器９４内には間隔
をおいて複数のバッフルプレート１０４、１０６、１０
８が収納され、バッフルプレート１０４、１０６はそれ
ぞれ外周部に複数の開口１０４ａ、１０８ａを有し、バ
ッフルプレート１０６は中央開口１０６ａを有する。バ
ッフルプレート１０４、１０６、１０８はこれらの表面
に炭素蒸気を凝縮析出させ、高次フラーレンを高純度で
分離精製する。このとき、低次フラーレンの炭素蒸気と
プラズマガスは高温凝縮容器９４の底部に形成された連
通口１１０から低温凝縮容器９６内に導入される。低温
凝縮容器９６は冷却水インレット１１２およびアウトレ
ット１１４と連通する環状冷却室１１６を備える。低温
凝縮容器９６は複数のバッフルプレート１１８、１２
０、１２２を備え、Ｃ６０等の低次フラーレンを高純度
で分離精製するため３００℃ないし３８０℃の温度範囲
となるように制御される。バッフルプレート１１８、１
２０、１２２はそれぞれ開口１１８ａ，１２０ａ，１２
２ａを備える。The condenser 18 is removably mounted on an end plate 82 and has a cylindrical container 88 having a plasma gas outlet 87 at the lower end. A high temperature recovery section 90 and a low temperature recovery section 92 are housed inside the cylindrical container 88. High temperature recovery unit 90
The low-temperature recovery unit 92 includes a high-temperature condensation container 94 and a low-temperature condensation container 96, respectively. The high-temperature condensing vessel 94 has an annular cooling chamber 102 communicating with the cooling water inlet 98 and the outlet 100. The flow rate and flow rate of the cooling water are such that the temperature inside the condensing vessel 94 is higher than fullerene, such as C70, to be separated and purified with high purity. Is controlled so as to fall within the range of 420 ° C. to 460 ° C. A plurality of baffle plates 104, 106, 10
8 are stored, the baffle plates 104 and 106 have a plurality of openings 104a and 108a respectively on the outer peripheral portion, and the baffle plate 106 has a central opening 106a. The baffle plates 104, 106, and 108 condense and deposit carbon vapor on these surfaces to separate and purify high-order fullerenes with high purity. At this time, the carbon vapor of the lower fullerene and the plasma gas are introduced into the low-temperature condensing container 96 from the communication port 110 formed at the bottom of the high-temperature condensing container 94. The low-temperature condensing container 96 includes an annular cooling chamber 116 communicating with the cooling water inlet 112 and the outlet 114. The low-temperature condensing container 96 includes a plurality of baffle plates 118, 12
0, 122, and is controlled to have a temperature range of 300 ° C. to 380 ° C. in order to separate and purify low-order fullerenes such as C60 with high purity. Baffle plate 118, 1
20 and 122 are openings 118a, 120a and 12 respectively.
2a.
【００１２】凝縮器１８の底部には分離された低次フラ
ーレンとプラズマガスとを分離するための０．２ないし
０．５μｍの平均開口を有するミクロフィルタ１２４が
配置され、プラズマガスがアウトレット８７から導出さ
れる。アウトレット８７はポンプ１２６を介してインレ
ット７４に接続される。プラズマガスは排熱回収部６３
で予熱されてアウトレット７６を経て管路１２８からプ
ラズマガス供給口５２を経てアークプラズマ室３４内に
循環される。プラズマガスアウトレット８７とポンプ１
２６との間には三方弁１３２を介して真空ポンプ１３４
に接続され、真空引きされた後、Ｈｅ等の不活性ガスが
Ｈｅタンク１４０、ポンプ１４２およびバルブ１４４を
経てプラズマガスとして閉回路内に導入され、アークプ
ラズマ室３４内が１００ないし２０００Ｔｏｒｒの圧力
範囲となるように調整される。符号１３６、１４０はそ
れぞれシール部材を示す。At the bottom of the condenser 18 is disposed a microfilter 124 having an average opening of 0.2 to 0.5 μm for separating the separated low-order fullerenes from the plasma gas. Derived. Outlet 87 is connected to inlet 74 via pump 126. The plasma gas is discharged to the heat recovery unit 63
And is circulated from the pipe 128 via the outlet 76 to the arc plasma chamber 34 via the plasma gas supply port 52. Plasma gas outlet 87 and pump 1
26 and a vacuum pump 134 via a three-way valve 132.
After being evacuated, an inert gas such as He is introduced into the closed circuit as plasma gas through the He tank 140, the pump 142 and the valve 144, and the pressure in the arc plasma chamber 34 is in a pressure range of 100 to 2000 Torr. It is adjusted so that Reference numerals 136 and 140 indicate seal members, respectively.
【００１３】次に、図１のフラーレン製造装置１０の作
動ならびに本発明のフラーレン製造法につき説明する。
第一工程において、絶縁ケーシング２６内密閉容器３２
内に形成されたアークプラズマ室３４に棒状状多相交流
電極３６、３８、４０と中性電極４２とを配置する。第
二工程において、スクリュウフィーダ２２およびロータ
リバルブ２４を介して原料供給口５０からアークプラズ
マ室４１内に炭素原料粉末と、一例として、Ｌａ２Ｏ３
パウダ（０．６μｍ）からなる金属触媒を３：１の割合
で混合したものを充填する。第三工程において、三方切
換弁１３２を介して真空ポンプ１３４により真空排気し
て、Ｈｅガスを２００ないし２０００Ｔｏｒｒになるま
で充填する。次に、凝縮器１８に冷却水を供給しなが
ら、ポンプ１２６を駆動してＨｅガスを排熱回収部６３
を通過させた後、ガス供給口５２を経てアークプラズマ
室３４内に導入する。第四工程において、三相交流電源
１６から三相交流電極３６、３８、４０と中性電極４２
との間に、出力周波数５０−６０Ｈｚ、出力電圧３０−
１５０Ｖ，出力電流１００−２００Ａの三相交流電力が
給電される。このとき、Ｈｅガスの存在下で棒状電極３
６、３８、４０のうち、２つの棒状電極と３つの棒状電
極から交互に中性電極４２に電流が流れ、炭素原料の隙
間に多相交流アークプラズマが発生する。三相交流電流
の位相に応じて、プラズマアークの発生位置が連続的に
変化し、炭素原料の隙間には常時多量の電離イオンが存
在するため、プラズマアークが常に安定して発生する。
このため、炭素原料とＬａ２Ｏ３パウダが均一に加熱さ
れてこれらの蒸気と煤が発生する。これらの蒸気はアー
クプラズマ室内３４で互いに反応してＣ６０，ＬａＣ６
０，ＬａＣ７０，ＬａＣ７４，ＬａＣ８４，ＬａＣ９
０，ＬａＣ１００，ＬａＣ１０４，ＬａＣ１１０が生成
される。第五工程において、煤はミクロフイルタ８４で
分離されて蒸気とプラズマガスとの混合ガスがアウトレ
ット８６から排出される。第六工程において、混合ガス
は高温回収部９０で約４５０℃で冷却され、Ｃ７０以上
の高次フラーレンがバッフルプレート１０４、１０６、
１０８上に凝縮析出する。次に、Ｃ６０，ＬａＣ６０等
の低次フラーレンの蒸気は高温回収部９０の連通口１１
０から低温回収部９２に流入し、ここで、約３５０℃で
凝縮され、バッフルプレート１１８、１２０、１２２に
凝縮析出する。このようにして、プラズマガスは炭素蒸
気から分離され、ミクロフィルタ１２４を経てアウトレ
ット８７からポンプ１２６で吸引され、排熱回収部６３
で予熱された後、ガス供給口５２からアークプラズマ室
３４内に循環される。以後、このサイクルが連続的に繰
り返される。Next, the operation of the fullerene producing apparatus 10 shown in FIG. 1 and the method for producing fullerenes of the present invention will be described.
In the first step, the closed container 32 in the insulating casing 26
A rod-shaped multiphase AC electrodes 36, 38, 40 and a neutral electrode 42 are arranged in an arc plasma chamber 34 formed therein. In the second step, the carbon raw material powder is introduced into the arc plasma chamber 41 from the raw material supply port 50 through the screw feeder 22 and the rotary valve 24 and, for example, La 2 O 3
A mixture of a metal catalyst made of powder (0.6 μm) at a ratio of 3: 1 is filled. In the third step, the gas is evacuated by the vacuum pump 134 through the three-way switching valve 132, and He gas is charged until the gas reaches 200 to 2000 Torr. Next, while supplying cooling water to the condenser 18, the pump 126 is driven to remove He gas from the exhaust heat recovery unit 63.
Is passed through the gas supply port 52 and introduced into the arc plasma chamber 34. In the fourth step, the three-phase AC power supply 16 supplies the three-phase AC electrodes 36, 38, 40 and the neutral electrode 42.
Between the output frequency 50-60Hz and the output voltage 30-
Three-phase AC power of 150 V and output current of 100 to 200 A is supplied. At this time, in the presence of He gas,
Current flows alternately from two rod electrodes and three rod electrodes to the neutral electrode 42 among 6, 38, and 40, and a multi-phase AC arc plasma is generated in the gap between the carbon raw materials. The generation position of the plasma arc continuously changes in accordance with the phase of the three-phase alternating current, and a large amount of ionized ions are always present in the gap between the carbon materials, so that the plasma arc is always generated stably.
For this reason, the carbon raw material and the La2O3 powder are uniformly heated, and these vapors and soot are generated. These vapors react with each other in the arc plasma chamber 34 to produce C60, LaC6
0, LaC70, LaC74, LaC84, LaC9
0, LaC100, LaC104, and LaC110 are generated. In the fifth step, the soot is separated by the microfilter 84 and the mixed gas of the vapor and the plasma gas is discharged from the outlet 86. In the sixth step, the mixed gas is cooled at about 450 ° C. in the high-temperature recovery unit 90, and the higher fullerenes of C70 or more are cooled to the baffle plates 104, 106,
108 condensed and precipitated. Next, the lower fullerene vapor such as C60 and LaC60 is supplied to the communication port 11 of the high temperature recovery unit 90.
From 0, it flows into the low-temperature recovery section 92, where it is condensed at about 350 ° C. and condensed and deposited on the baffle plates 118, 120, 122. In this way, the plasma gas is separated from the carbon vapor, is sucked by the pump 126 from the outlet 87 through the micro filter 124, and is
After being pre-heated in the arc plasma chamber, the gas is circulated from the gas supply port 52 into the arc plasma chamber. Thereafter, this cycle is continuously repeated.
【００１４】連続運転の後、三相交流電源１６をオフに
して、凝縮器１８を絶縁ケーシング２６から取り外して
高温回収部９０および低温回収部９２からそれぞれ高次
フラーレンおよび低次フラーレンを回収する。After the continuous operation, the three-phase AC power supply 16 is turned off, the condenser 18 is removed from the insulating casing 26, and high-order fullerene and low-order fullerene are recovered from the high-temperature recovery section 90 and the low-temperature recovery section 92, respectively.
【００１５】上記実施例において、三相交流電極もしく
は絶縁ケーシングに温度センサを装着して温度信号を発
生させ、コンピュータに記憶させた最適基準温度信号と
比較してインバータからなる三相交流電源の出力周波数
を所定レベルに制御することによりアークプラズマ室３
４内の昇華温度を常時安定したレベルに維持する事が可
能となり、炭素原料から安定してフラーレンおよびカー
ボンナノチューブを大量生産可能となる。In the above embodiment, a temperature sensor is attached to a three-phase AC electrode or an insulating casing to generate a temperature signal, and the temperature signal is compared with an optimum reference temperature signal stored in a computer to output an output of a three-phase AC power source comprising an inverter. The arc plasma chamber 3 is controlled by controlling the frequency to a predetermined level.
The sublimation temperature in 4 can be always maintained at a stable level, and fullerenes and carbon nanotubes can be stably mass-produced from carbon raw materials.
【００１６】[0016]
【発明の効果】以上より明らかなように、本発明によれ
ば、安価な炭素原料からフラーレンおよびカーボンナノ
チューブを連続的に低コストで大量生産することが可能
となり、実用上の貢献度大である。As is clear from the above, according to the present invention, fullerenes and carbon nanotubes can be continuously mass-produced at a low cost from an inexpensive carbon material, and the contribution to practical use is large. .
【図１】本発明の望ましい実施例によるフラーレン製造
装置の断面図を示す。FIG. 1 is a cross-sectional view of a fullerene manufacturing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
【符号の説明】 １２炭素原料投入装置、１４プラズマ反応装置、１６多
相交流電源、１８凝縮器、３６、３８、４０三相交流電
極、４２中性電極、６３排熱回収部、８４ミクロフイル
た、９０高温回収部、９２低温回収部、１２６ポンプ、
１３４真空ポンプ[Explanation of References] 12 carbon feeder, 14 plasma reactor, 16 multi-phase AC power supply, 18 condenser, 36, 38, 40 three-phase AC electrode, 42 neutral electrode, 63 exhaust heat recovery section, 84 microfile , 90 high temperature recovery section, 92 low temperature recovery section, 126 pump,
134 vacuum pump
Claims (8)
マ室内に棒状多相交流電極を配置するする工程と； （ｂ）アークプラズマ室内に炭素原料を充填する工程
と； （ｃ）アークプラズマ室の上部から下部にプラズマガス
を導入する工程と； （ｄ）多相交流電極に多相交流電力を供給して炭素原料
の隙間に連続的に多相交流アークプラズマを発生させて
炭素蒸気と煤を生成する工程と； （ｅ）煤から炭素蒸気とプラズマガスとの混合ガスを分
離する工程と； （ｆ）混合ガスを冷却して炭素蒸気を凝縮させてフラー
レンを回収するとともにプラズマガスを分離する工程
と；からなるフラーレンの製造法。1. A step of disposing a rod-shaped multi-phase AC electrode in an arc plasma chamber formed in a closed vessel; a step of filling a carbon material in the arc plasma chamber; and a step of arc plasma. Introducing a plasma gas from the upper part of the chamber to the lower part; (d) supplying multi-phase AC power to the multi-phase AC electrode to continuously generate multi-phase AC arc plasma in the gap between the carbon raw materials, thereby forming a carbon vapor and (E) separating a mixed gas of carbon vapor and plasma gas from the soot; (f) cooling the mixed gas to condense the carbon vapor to recover fullerene and to remove the plasma gas. Separating the fullerene.
度領域で炭素蒸気を凝縮して高次フラーレンを分離回収
する第一回収工程と；第二温度領域で炭素蒸気を凝縮し
て低次フラーレンを回収するとともにプラズマガスを分
離する第二回収工程と；からなるフラーレンの製造法。2. The method according to claim 1, wherein the step (f) comprises: a first recovery step of condensing carbon vapor in a first temperature range to separate and recover higher fullerenes; and condensing carbon vapor in a second temperature range. A second recovery step of recovering low-order fullerenes and separating a plasma gas by using the method.
分離されたプラズマガスを密閉容器の外周で予熱した
後、アークプラズマ室に循環させる工程と；からなるフ
ラーレンの製造法。3. The method for producing fullerene according to claim 2, further comprising the step of: preheating the plasma gas separated in step (f) on the outer periphery of the closed vessel and circulating the plasma gas in an arc plasma chamber.
状炭素材と触媒金属からなるフラーレンの製造法。4. The method according to claim 1, wherein the carbon material is a granular carbon material and a catalyst metal.
マ室を有する密閉容器と； （ｃ）アークプラズマ室内に配置された棒状多相交流電
極と； （ｄ）アークプラズマ室内に炭素原料を充填するための
の原料供給口と； （ｅ）アークプラズマ室内にプラズマガスを導入するガ
ス供給口と； （ｆ）多相交流電極に多相交流電力を供給することによ
りに炭素原料の隙間に連続的に多相交流アークプラズマ
を発生させて炭素蒸気と煤とを生成させる多相交流電源
と； （ｇ）アークプラズマ室内の下流側に配置されていて煤
から炭素蒸気とプラズマガスとの混合ガスを分離するフ
イルタと； （ｈ）フイルタの下流側に配置されていて混合ガスを凝
縮してフラーレンとプラズマガスとを分離する凝縮器
と；を備えるフラーレン製造装置。(B) a sealed container housed in the casing and having an arc plasma chamber therein; (c) a rod-shaped multiphase AC electrode disposed in the arc plasma chamber; ) A material supply port for filling a carbon material into the arc plasma chamber; (e) a gas supply port for introducing plasma gas into the arc plasma chamber; and (f) supplying polyphase AC power to the polyphase AC electrode. A multi-phase AC power source for continuously generating a multi-phase AC arc plasma in the gap between the carbon raw materials to generate carbon vapor and soot; and (g) being disposed on the downstream side in the arc plasma chamber from the soot. A filter for separating a mixed gas of carbon vapor and plasma gas; and (h) a condenser disposed downstream of the filter for condensing the mixed gas to separate fullerene and plasma gas. Fullerene manufacturing equipment.
マ室の上部に棒状電極が配置され、さらに、アークプラ
ズマ室の下部に配置されていて多相交流電源の中性点に
接続されている中性電極を備えているフラーレン製造装
置。6. The apparatus according to claim 5, further comprising a rod-shaped electrode disposed above the arc plasma chamber, and further disposed below the arc plasma chamber and connected to a neutral point of the polyphase AC power supply. Fullerene manufacturing equipment equipped with a neutral electrode.
温度領域で炭素蒸気を凝縮して高次フラーレンを回収す
る高温回収部と、高温回収部の後流側に配置されていて
第二温度領域で炭素蒸気を凝縮して低次フラーレンを回
収するとともにプラズマガスを分離する低温回収部とを
備えるフラーレン製造装置。7. The high-temperature recovery section according to claim 5, wherein the condenser is arranged on a downstream side of the high-temperature recovery section for condensing carbon vapor in the first temperature region to recover higher fullerene. A fullerene production apparatus comprising: a low-temperature recovery unit that collects low-order fullerenes by condensing carbon vapor in two temperature ranges and separates plasma gas.
容器の外周に形成された冷却通路からなる排熱回収部
と、凝縮器から排出されたプラズマガスを冷却通路を介
して不活性ガス供給口に循環させるポンプを備えるフラ
ーレン製造装置。8. The apparatus according to claim 1, further comprising: an exhaust heat recovery section comprising a cooling passage formed on the outer periphery of the closed vessel; and supplying the plasma gas discharged from the condenser via the cooling passage to an inert gas. Fullerene manufacturing equipment with a pump circulating in the mouth.
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004083113A1 (en) * | 2003-03-20 | 2004-09-30 | Cheol-Jin Lee | Massive synthesis method of double-walled carbon nanotubes using the vapor phase growth |
| JP2005343784A (en) * | 2004-05-06 | 2005-12-15 | Fukui Prefecture | Method for producing nano structure carbon material and production apparatus |
| JP2006222078A (en) * | 2005-01-14 | 2006-08-24 | Ideal Star Inc | Plasma source, ion source, and ion generation method |
| EP1578691A4 (en) * | 2002-07-03 | 2009-03-25 | Nano C Llc | Separation and purification of fullerenes |
| JP2012049141A (en) * | 2005-01-14 | 2012-03-08 | Ideal Star Inc | Plasma source, ion source, and ion generation method |
| JP2012184128A (en) * | 2011-03-04 | 2012-09-27 | Japan Atomic Energy Agency | Method for producing carbon nanocapsule precursor including metal carbide |
| JP2017170402A (en) * | 2016-03-25 | 2017-09-28 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Fine particle producing apparatus and producing method |
-
2000
- 2000-07-14 JP JP2000247974A patent/JP2002029718A/en active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1578691A4 (en) * | 2002-07-03 | 2009-03-25 | Nano C Llc | Separation and purification of fullerenes |
| WO2004083113A1 (en) * | 2003-03-20 | 2004-09-30 | Cheol-Jin Lee | Massive synthesis method of double-walled carbon nanotubes using the vapor phase growth |
| US7531158B2 (en) | 2003-03-20 | 2009-05-12 | Cheol Jin Lee | Vapor phase synthesis of double-walled carbon nanotubes |
| JP2005343784A (en) * | 2004-05-06 | 2005-12-15 | Fukui Prefecture | Method for producing nano structure carbon material and production apparatus |
| JP2006222078A (en) * | 2005-01-14 | 2006-08-24 | Ideal Star Inc | Plasma source, ion source, and ion generation method |
| JP2012049141A (en) * | 2005-01-14 | 2012-03-08 | Ideal Star Inc | Plasma source, ion source, and ion generation method |
| JP2012184128A (en) * | 2011-03-04 | 2012-09-27 | Japan Atomic Energy Agency | Method for producing carbon nanocapsule precursor including metal carbide |
| JP2017170402A (en) * | 2016-03-25 | 2017-09-28 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Fine particle producing apparatus and producing method |
| CN107224944A (en) * | 2016-03-25 | 2017-10-03 | 松下知识产权经营株式会社 | Particulate manufacture device and manufacture method |
| US10363540B2 (en) | 2016-03-25 | 2019-07-30 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Production apparatus and production method for fine particles |
| CN107224944B (en) * | 2016-03-25 | 2021-04-23 | 松下知识产权经营株式会社 | Fine particle manufacturing apparatus and manufacturing method |
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