JP2003054924A - Method and apparatus of producing fullerene and carbon nanotube - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and apparatus of producing fullerence and carbon nanotubes by which continuous mass production is possible using an inexpensive carbon raw material. SOLUTION: In the method and apparatus of producing fullerence, a neutral electrode is arranged at the center part, and an arc plasma confined chamber 41 is formed in the insides of cylindrical multiphase alternate current electrodes 36, 38 and 40 arranged concentrically with the electrode. A mixture of a carbon material and a catalytic metal is filled into the arc plasma confined chamber 41, and thereafter arc plasma continuously and periodically moving in an axial direction within the gaps of the mixture of the carbon material and the metallic catalyst is generated to generate carbon vapor. The carbon vapor is separated by a filter 84, and fullerence is separated and recovered by a condenser 18. A carrier gas passes through an exhaust heat recovery part 63, and is circulated from a gas feed port 52 to the inside of the arc plasma chamber 34.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【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
ボンなの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 fullerene and carbon tubes, 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 In US Pat. Nos. 5,227,038, 5,393,955 and 5,493,094, carbon vapor is generated by arc discharge between opposed carbon rod electrodes in an inert gas atmosphere. A method for producing fullerenes has been proposed in which the fullerene is produced by condensing it and condensing it.
In these production methods, since the generation region of the arc plasma for heating the carbon rod is extremely small, the generation amount of carbon vapor per unit time is small, and thus fullerenes 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。US Pat. No. 5,300,203 proposes a method for producing fullerenes in which carbon raw materials are irradiated with a laser in a closed container to evaporate carbon to synthesize fullerenes. In this manufacturing method, since the laser irradiation area is small, the amount of carbon vapor generated cannot be increased, and fullerenes cannot 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, granular carbon raw material is supplied into a plasma flame to generate fullerene-containing soot, which is attached to the inner wall of a reaction vessel, and the power is periodically turned off. A fullerene synthesizing method and an apparatus for recovering the fullerene-containing soot from the inner wall of the container have been proposed. In this manufacturing method, since the plasma flame generation area is small, only a small amount of carbon raw material is heated in the plasma flame to generate a small amount of carbon vapor, and thus the yield of fullerene cannot be improved. It 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 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、ケーシング内に円筒状多相
交流電極を同心的に間隔をおいて配置して内部にアーク
プラズマ密閉室を形成し、この中に炭素原料と触媒金属
との混合物を供給し、アークプラズマ密閉室にキャリア
ガスを導入しながら、多相交流電極に多相交流電力を供
給する。多相交流電極の中央部には中性電極が配置され
ていて接地されている。この状態で、複数の電極から同
時に半径方向に複数のアークプラズマが常時発生して軸
方向に周期的に移動するため、アークプラズマ密閉室内
に常時電離ガスが供給されていて、複数のアークプラズ
マが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。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、分離されたキャリアガスは
多相交流電極の外周で排熱回収して予熱されてアークプ
ラズマ密閉室内に循環される。In the fullerene manufacturing method and apparatus of the present invention, cylindrical multi-phase AC electrodes are concentrically arranged in a casing to form an arc plasma sealed chamber therein, A mixture of the carbon raw material and the catalytic metal is supplied into this, and the carrier gas is introduced into the arc plasma closed chamber, while supplying the polyphase AC power to the polyphase AC electrode. A neutral electrode is arranged at the center of the multi-phase AC electrode and is grounded. In this state, a plurality of arc plasmas are constantly generated in the radial direction from the plurality of electrodes at the same time, and periodically move in the axial direction.Therefore, ionized gas is constantly supplied into the arc plasma closed chamber, and a plurality of arc plasmas are generated. It is continuously generated and the entire carbon raw material is uniformly heated to generate a large amount of carbon vapor and soot. Next, the carbon vapor is separated and refined in a condenser, and the higher fullerenes and the lower fullerenes are recovered. At this time, the separated carrier gas is exhausted and recovered at the outer periphery of the multi-phase AC electrode to be preheated and circulated in the arc plasma closed chamber.

【０００７】[0007]

【作用】本発明によれば、アークプラズマ密閉室に連続
的に炭素原料と触媒金属とを供給しながら、半径方向に
発生する複数のアークプラズマを周期的に軸方向に移動
させながら炭素原料と触媒金属との混合物を均一に加熱
して大量の炭素蒸気を連続的に生成することができる。
炭素蒸気は凝縮器で自動的に分離回収され、キャリアガ
スは再度予熱されてアークプラズマ密閉室に循環され
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 the carbon raw material and the catalytic metal to the arc plasma hermetic chamber, the plurality of arc plasmas generated in the radial direction are periodically moved in the axial direction to form the carbon raw material. The mixture with the catalytic metal can be uniformly heated to continuously produce a large amount of carbon vapor.
The carbon vapor is automatically separated and collected by the condenser, and the carrier gas is preheated again and circulated in the arc plasma closed chamber. For this reason, fullerene 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。炭素原料投入装置１２はグラファイト粉末、ペレ
ット状または塊状黒鉛あるいは活性炭等の炭素原料と触
媒金属との混合物を貯蔵するホッパ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内に炭素原料と触媒金属との混合物を連
続投入する。触媒金属は公知の白金、パラジウム、鉄、
コバルト、ニッケル、バナジウム、ランタン、ハフニウ
ム、ガドニウム、イットリウム、ホウ素およびアルカリ
金属またはこれらの化合物からなり、炭素原料と触媒金
属が３：１の割合で混合される。[Embodiment] 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 charging device 12, a plasma reaction device 14, a multi-phase AC power supply 16, and a condenser 18. The carbon raw material charging device 12 is provided with a hopper 20 for storing a mixture of a carbon raw material such as graphite powder, pellet-like or agglomerated graphite or activated carbon, and a catalytic metal, a screw feeder 22, and a rotary valve 24. A mixture of the carbon raw material and the catalytic metal is continuously added to the. The catalyst metal is known platinum, palladium, iron,
Cobalt, nickel, vanadium, lanthanum, hafnium, gadnium, yttrium, boron and an alkali metal or a compound thereof, and a carbon raw material and a catalyst metal are mixed in a ratio of 3: 1.

【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には絶縁スペーサ３２、３４に
より間隔をおいて同心的に間隔をおいて円筒状多相交流
電極３６、３８、４０が収納され、その内部に円筒状ア
ークプラズマ密閉室４１が形成される。多相交流電極３
６、３８、４０は一例として三相交流電極からなり、中
央部に棒状中性電極４２が配置される。中性電極４２は
絶縁ケーシング２６の上端部にボルト３０で装着された
電極ホルダー２８にナット４４で固定支持されている。
中性電極４２は冷却通路４６、４８を備える。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５
０を備える。絶縁ケーシング２６の上部にはキャリアガ
スとしてＨｅ，Ａｒ等の不活性ガスを導入するためのキ
ャリアガス供給口５２が配置される。多相交流電極３
６、３８、４０の外周には冷却通路５４、５６、５８、
６０、６２からなる排熱回収部６３が形成され、これら
冷却通路は連通路６４、６６、６８、７０、７２により
互いに連通している。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、これらはそれぞれ
冷却通路６２、５４にそれぞれ連通している。The plasma reactor 14 comprises a cylindrical insulating casing 26 made of heat-resistant ceramic, and an electrode holder 28 mounted on the upper end portion thereof with a bolt 30. Cylindrical multi-phase AC electrodes 36, 38, 40 are housed in the insulating casing 26 by insulating spacers 32, 34 at concentrically spaced intervals, and a cylindrical arc plasma sealed chamber 41 is formed therein. It Multi-phase AC electrode 3
6, 38 and 40 are, for example, three-phase AC electrodes, and a rod-shaped neutral electrode 42 is arranged in the center. The neutral electrode 42 is fixedly supported by a nut 44 on the electrode holder 28 mounted on the upper end of the insulating casing 26 with a bolt 30.
The neutral electrode 42 includes cooling passages 46 and 48. The electrode holder 28 is a raw material supply port 5 connected to the raw material feeding device 12.
Equipped with 0. A carrier gas supply port 52 for introducing an inert gas such as He or Ar as a carrier gas is arranged above the insulating casing 26. Multi-phase AC electrode 3
6, 38, 40 have cooling passages 54, 56, 58,
An exhaust heat recovery part 63 composed of 60 and 62 is formed, and these cooling passages are connected to each other by communication passages 64, 66, 68, 70 and 72. The insulating casing 26 includes an inlet 74 and an outlet 76, which communicate with the cooling passages 62 and 54, respectively.

【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４１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８からなる分
離装置がエンドプレート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。A flange portion 78, which constitutes the lower end portion of the insulating casing 26, is attached to the end plate 8 via a bolt 80.
2 is fixed, and the sealing material 83 is arranged between them. At the lower end of the arc plasma chamber 41, 0.2 to 0.
A separating device consisting of a microfilter 8 having an average opening of 5 μm is supported by the end plate 82. The 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１３８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９
０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、１
０８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。開閉弁１４２、コンプレッサ１４２およ
びキャリアガスタンク１４０はキャリアガス供給装置と
して機能する。The condenser 18 is detachably attached to the end plate 82 and has a cylindrical container 138 having a plasma gas outlet 87 at the lower end thereof, and a high temperature recovery part 90 and a low temperature recovery part 92 are housed therein. High temperature recovery unit 9
The 0 and low temperature recovery parts 92 include a high temperature condensing container 94 and a low temperature condensing container 96, respectively. The high-temperature condensing vessel 94 includes an annular cooling chamber 102 that communicates with a cooling water inlet 98 and an outlet 100, and the flow rate and flow rate of the cooling water are for separating and purifying high-order fullerenes with a temperature in the condensing vessel 94 such as C70 with high purity. The temperature is controlled within the range of 420 ° C to 460 ° C. A plurality of baffle plates 104, 106, 1 are arranged in the condensing container 94 at intervals.
08 is accommodated, and the baffle plates 104 and 106 each have a plurality of openings 104a and 108a on the outer periphery thereof.
The baffle plate 106 has a central opening 106a.
The baffle plates 104, 106 and 108 condense and deposit carbon vapor on their surfaces to separate and purify higher-order fullerenes with high purity. At this time, the low-order fullerene carbon vapor and the plasma gas are introduced into the low-temperature condensing container 96 through the communication port 110 formed at the bottom of the high-temperature condensing container 94. The low temperature condensing vessel 96 includes an annular cooling chamber 116 that communicates with the cooling water inlet 112 and the outlet 114. The cold condensing vessel 96 includes a plurality of baffle plates 118, 12
In order to separate and purify low-order fullerenes such as C60 with high purity, the temperature is controlled to fall within the temperature range of 300 ° C to 380 ° C. Baffle plates 118, 1
20, 122 are openings 118a, 120a, 12 respectively.
2a. The on-off valve 142, the compressor 142 and the carrier gas tank 140 function as a carrier gas supply device.

【００１２】凝縮器１８の底部には分離された低次フラ
ーレンとキャリア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、キャリアガスがアウトレット８７から導出さ
れる。アウトレット８７はコンプレッサ１２６からなる
循環装置を介してインレット７４に接続される。キャリ
アガスは排熱回収部６３で予熱されてアウトレット７６
を経て管路１２８から成る循環装置を介して中性電極４
２の冷却通路４６、４８に移送された後、管路１３０を
介してキャリアガス供給口からアークプラズマ密閉室４
１内に循環される。キャリアガスアウトレット８７とポ
ンプ１２６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
ガスがコンプレッサ１４２からキャリアガスとして閉回
路内に導入され、アークプラズマ密閉室４１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。開閉弁１４４、コンプレッサ１４２およびキャリア
ガスタンク１４０はキャリアガス供給装置を構成する。A microfilter 124 having an average opening of 0.2 to 0.5 μm for separating the separated lower fullerene and the carrier gas is arranged at the bottom of the condenser 18, and the carrier gas is discharged from the outlet 87. Derived. The outlet 87 is connected to the inlet 74 via a circulation device including a compressor 126. The carrier gas is preheated in the exhaust heat recovery section 63 and the outlet 76
Via the circulation device consisting of the conduit 128 via the neutral electrode 4
After being transferred to the second cooling passages 46 and 48, the arc plasma hermetic chamber 4 from the carrier gas supply port via the pipe 130.
1 is circulated. A vacuum pump 134 is connected between the carrier gas outlet 87 and the pump 126 via a three-way valve 132, and after being evacuated, an inert gas such as He is introduced from the compressor 142 as a carrier gas into the closed circuit. , 100 inside the arc plasma closed chamber 41
To 2000 Torr pressure range. Reference numerals 136 and 140 denote seal members, respectively. The on-off valve 144, the compressor 142 and the carrier gas tank 140 form a carrier gas supply device.

【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。
図１の第一工程において、絶縁ケーシング２６内に円筒
状多相交流電極３６、３８、４０と中性電極４２とを同
心的に配置して内部に円筒状アークプラズマ密閉室４１
を形成する。第二工程において、スクリュウフィーダ２
２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内に炭素原料と触媒金属パウダ
（０．６μｍ）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および中性電極４２の冷却通路４６、
４８を通過させた後、ガス供給口５２を経てアークプラ
ズマ密閉室４１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ガスの存在下で円
筒電極３６、３８、４０のうち、２つの円筒電極と３つ
の円筒電極から交互に中性電極４２に電流が流れ、炭素
原料の隙間に半径方向に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
が連続的に軸方向に変化し、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、炭素原料と触媒金属が均
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４１で互いに反応してフラー
レンまたはカーボンナノチューブが生成される。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９
０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等の低次フラーレンの蒸気は高
温回収部９０の連通口１１０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、中性電極４
２でさらに予熱されてガス供給口５２からアークプラズ
マ密閉室４１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 production apparatus 10 of FIG. 1 and the fullerene production method of the present invention will be described.
In the first step of FIG. 1, the cylindrical multi-phase AC electrodes 36, 38, 40 and the neutral electrode 42 are concentrically arranged in the insulating casing 26, and the cylindrical arc plasma sealed chamber 41 is provided inside.
To form. In the second step, screw feeder 2
A mixture of carbon raw material and catalytic metal powder (0.6 μm) at a ratio of 3: 1 is filled into the arc plasma chamber 41 from the raw material supply port 50 through the rotary valve 24 and the rotary valve 24. In the third step, the vacuum pump 134 is evacuated through the three-way switching valve 132 to fill He gas at 200 to 2000 Torr. Next, while supplying the cooling water to the condenser 18, the pump 126 is driven to move the He gas into the exhaust heat recovery part 63 and the cooling passage 46 of the neutral electrode 42.
After passing through 48, the gas is introduced into the arc plasma sealed chamber 41 through the gas supply port 52. In the fourth step, between the three-phase AC power supply 16 and the three-phase AC electrodes 36, 38, 40 and the neutral electrode 42, the output frequency is 50-60 Hz, the output voltage is 30-150 V, and the output current is 100-200 A. AC power is supplied. At this time, in the presence of He gas, a current flows alternately from the two cylindrical electrodes and the three cylindrical electrodes of the cylindrical electrodes 36, 38, and 40 to the neutral electrode 42, and the arc plasma is radially generated in the gap of the carbon raw material. Occurs. The plasma arc generation position continuously changes in the axial direction according to the phase of the three-phase alternating current, and a large amount of ionized ions are always present in the gap between the carbon raw materials, so that the plasma arc is always generated stably. . For this reason, the carbon raw material and the catalyst metal are uniformly heated, and the vapor and soot are generated. These vapors react with each other in the arc plasma chamber 41 to generate fullerenes or carbon nanotubes. In the fifth step, the soot is separated by the microfilter 84 and the mixed gas of vapor and plasma gas is discharged from the outlet 86. In the sixth step, the mixed gas is stored in the high temperature recovery unit 9
When cooled to about 450 ° C. at 0, higher fullerenes of C70 or higher are condensed and deposited on the baffle plates 104, 106 and 108. Next, the vapor of lower fullerenes such as C60 flows into the low temperature recovery section 92 from the communication port 110 of the high temperature recovery section 90, 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 microfilter 124, is preheated by the exhaust heat recovery unit 63, and is then discharged by the neutral electrode 4.
It is further preheated at 2 and circulated from the gas supply port 52 into the arc plasma sealed chamber 41. After that, 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 the high-order fullerene and the 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密閉
室４１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。また、凝
縮器１８および分離装置８４はプラズマ反応装置１４と
一体的なものとして図示したが、これら部品はプラズマ
反応装置１４から分離した位置に配置してもよい。In the above embodiment, a temperature sensor is mounted on the three-phase AC electrode or the insulating casing to generate a temperature signal, and the temperature is generated by comparing with the optimum reference temperature signal stored in the computer. By controlling the frequency to a predetermined level, it is possible to maintain the sublimation temperature in the arc plasma closed chamber 41 at a stable level all the time, and it is possible to stably mass-produce fullerenes and carbon nanotubes from carbon raw materials. Also, although the condenser 18 and the separator 84 are shown as being integral with the plasma reactor 14, these components may be located separate from the plasma reactor 14.

【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 apparent from the above, according to the present invention, it becomes possible to mass-produce fullerenes and carbon nanotubes continuously from an inexpensive carbon raw material at low cost, which is a great contribution to practical use. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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】[Explanation of symbols]

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12 carbon raw material charging device, 14 plasma reactor, 16 multi-phase AC power source, 18 condenser, 36, 38, 40 three-phase AC electrode, 42 neutral electrode, 63 exhaust heat recovery part, 84 microfil, 90 high temperature recovery part , 92 low temperature recovery unit, 126 pump,
134 vacuum pump

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】（ａ）中心部に棒状中性電極を配置すると
ともに中性電極に同心的に且つ間隔をおいて配置された
円筒状多相交流電極内部にアークプラズマ密閉室を形成
する工程と； （ｂ）アークプラズマ密閉室内に炭素原料と触媒金属と
の混合物を供給する工程と； （ｃ）多相交流電極に多相交流電力を供給してアークプ
ラズマ室に充填された炭素原料と触媒金属との混合物内
に複数のアークプラズマを半径方向に発生させながら軸
方向に周期的に移動させて炭素蒸気と煤を生成する工程
と； （ｄ）アークプラズマ密閉室の上流から下流にかけてキ
ャリアガスを導入して炭素蒸気とキャリアガスとの混合
ガスをアークプラズマ密閉室の外部に移送する工程と； （ｅ）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キャリア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: (a) arranging a rod-shaped neutral electrode in a central portion and forming an arc plasma sealed chamber inside a cylindrical multi-phase AC electrode concentrically and spaced from the neutral electrode. And (b) a step of supplying a mixture of a carbon raw material and a catalytic metal into the arc plasma closed chamber; (c) a carbon raw material filled in the arc plasma chamber by supplying polyphase AC power to the polyphase AC electrode. A step of periodically moving in the axial direction while generating a plurality of arc plasmas in a mixture with a catalytic metal in a radial direction to generate carbon vapor and soot; (d) a carrier from upstream to downstream of the arc plasma closed chamber. Introducing a gas to transfer a mixed gas of carbon vapor and a carrier gas to the outside of the arc plasma sealed chamber; (e) cooling the mixed gas to condense the carbon vapor and recover fullerenes. A method of producing fullerene, which comprises a step of separating a carrier gas. 【請求項２】請求項１において、（ｇ）工程（ｆ）が第
一の温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；（ｈ）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キャ
リア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 (g) step (f) is a first recovery step of condensing carbon vapor in the first temperature range to separate and recover higher fullerenes; and (h) a second temperature range. A second recovery step of condensing carbon vapor to recover low-order fullerenes and separating carrier gas. 【請求項３】請求項２において、さらに、（ｉ）工程
（ｆ）で分離されたキャリアガスを多相交流電極の外周
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 according to claim 2, further comprising (i) preheating the carrier gas separated in step (f) on the outer periphery of the multi-phase alternating current electrode, and then circulating the carrier gas in an arc plasma chamber.
Of fullerene. 【請求項４】請求項１において、さらに（ｊ）中性電極
内部を冷却する工程を備えるフラーレンの製造法。4. The method for producing fullerene according to claim 1, further comprising (j) cooling the inside of the neutral electrode. 【請求項５】（ａ）絶縁ケーシングと； （ｂ）絶縁ケーシングの中心部に配置された棒状中性電
極と、中性電極と同心的に且つ間隔をおいて配置された
円筒状多相交流電極と； （ｃ）多相交流電極内に形成されたアークプラズマ密閉
室と； （ｄ）アークプラズマ密閉室内に炭素原料と触媒金属と
の混合物を供給するための炭素原料供給装置と； （ｅ）アークプラズマ密閉室内にキャリアガスを供給す
るキャリアガス供給装置と； （ｆ）多相交流電極に多相交流電力を供給することによ
りアークプラズマ密閉室内の炭素原料と触媒金属との混
合物との隙間に半径方向にアークプラズマを発生させな
がら軸方向に周期的に移動させて炭素蒸気と煤とを生成
させる多相交流電源と； （ｇ）アークプラズマ密閉室内の外部に配置されていて
煤から炭素蒸気とキャリアガスとの混合ガスを分離する
分離手段と； （ｈ）分離手段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キャリア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。5. (a) an insulating casing; (b) a rod-shaped neutral electrode arranged in the center of the insulating casing, and a cylindrical polyphase alternating current concentric with the neutral electrode and spaced apart from each other. An electrode; (c) an arc plasma closed chamber formed in the multi-phase AC electrode; (d) a carbon raw material supply device for supplying a mixture of a carbon raw material and a catalytic metal into the arc plasma closed chamber; (e) ) A carrier gas supply device for supplying a carrier gas into the arc plasma sealed chamber; (f) A gap between the carbon raw material and the catalyst metal mixture in the arc plasma sealed chamber by supplying the polyphase AC power to the polyphase AC electrode. A multi-phase AC power source for generating arc plasma in the radial direction and periodically moving in the axial direction to generate carbon vapor and soot; (g) From the soot that is placed outside the arc plasma sealed chamber. Fullerene comprising: a separating means for separating a mixed gas of elementary vapor and a carrier gas; and (h) a condenser arranged downstream of the separating means for condensing the mixed gas to separate the fullerene and the carrier gas. Manufacturing equipment. 【請求項６】請求項５において、凝縮器が第一温度領域
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
ともにキャリア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。6. The high temperature recovery unit according to claim 5, wherein the condenser collects high-order fullerenes by condensing the carbon vapor in the first temperature region, and the second temperature is provided on the downstream side of the high temperature recovery unit. A fullerene production apparatus comprising: a low temperature recovery section for condensing carbon vapor in a region to recover lower fullerenes and separating a carrier gas. 【請求項７】請求項５において、さらに、多相交流電極
の外周に形成された冷却通路からなる廃熱回収部と、凝
縮器から排出されたキャリアガスを廃熱回収部およびキ
ャリアガス供給装置を介してアークプラズマ密閉室に循
環させる循環手段を備えるフラーレン製造装置。7. The waste heat recovery section according to claim 5, further comprising a cooling passage formed on the outer periphery of the multi-phase AC electrode, and a carrier gas discharged from the condenser, the waste heat recovery section and the carrier gas supply device. Fullerene production apparatus provided with a circulation means for circulating the arc plasma in a hermetically sealed chamber.