JP2006231247A - Catalyst for producing nanocarbon material, catalyst particulate, method for producing catalyst for producing nanocarbon material and carbon material production system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カーボン材料を効率的にしかも純度良く製造することができるカーボン材料の製造方法及びその製造装置に関する。 The present invention relates to a method for producing a carbon material and an apparatus for producing the same, which can produce the carbon material efficiently and with high purity.
カーボンナノチューブは、黒鉛（グラファイト）シートが円筒状に閉じた構造を有するチューブ状の炭素多面体である。このカーボンナノチューブには、黒鉛シートが円筒状に閉じた多層構造を有する多層ナノチューブと、黒鉛シートが円筒状に閉じた単層構造を有する単層ナノチューブとがある。 The carbon nanotube is a tubular carbon polyhedron having a structure in which a graphite (graphite) sheet is closed in a cylindrical shape. The carbon nanotube includes a multi-layer nanotube having a multilayer structure in which a graphite sheet is closed in a cylindrical shape, and a single-wall nanotube having a single-layer structure in which a graphite sheet is closed in a cylindrical shape.
一方の多層ナノチューブは、１９９１年に飯島により発見された。すなわち、アーク放電法の陰極に堆積した炭素の塊の中に、多層ナノチューブが存在することが発見された（非特許文献１）。その後、多層ナノチューブの研究が積極的になされ、近年は多層ナノチューブを多量に合成できるまでにもなった。 One multi-walled nanotube was discovered by Iijima in 1991. That is, it was discovered that multi-walled nanotubes exist in the carbon mass deposited on the cathode of the arc discharge method (Non-Patent Document 1). Since then, research on multi-walled nanotubes has been actively conducted, and in recent years, it has become possible to synthesize a large number of multi-walled nanotubes.
これに対して、単層ナノチューブは概ね０．４〜１０ナノメータ（ｎｍ）程度の内径を有しており、その合成は、１９９３年に飯島とＩＢＭのグループにより同時に報告された。単層ナノチューブの電子状態は理論的に予測されており、ラセンの巻き方により電子物性が金属的性質から半導体的性質まで変化すると考えられている。従って、このような単層ナノチューブは、未来の電子材料として有望視されている。 In contrast, single-walled nanotubes have an inner diameter of approximately 0.4 to 10 nanometers (nm), and their synthesis was simultaneously reported in 1993 by a group of Iijima and IBM. The electronic state of single-walled nanotubes has been predicted theoretically, and it is thought that the electronic properties change from metallic properties to semiconducting properties depending on how the spiral is wound. Therefore, such single-walled nanotubes are considered promising as future electronic materials.
単層ナノチューブのその他の用途としては、ナノエレクトロニクス材料、電界電子放出エミッタ、高指向性放射源、軟Ｘ線源、一次元伝導材、高熱伝導材、水素貯蔵材等が考えられている。また、表面の官能基化、金属被覆、異物質内包により、単層ナノチューブの用途はさらに広がると考えられている。 Other applications of single-walled nanotubes include nanoelectronic materials, field electron emitters, highly directional radiation sources, soft X-ray sources, one-dimensional conducting materials, high thermal conducting materials, hydrogen storage materials, and the like. Further, it is considered that the use of single-walled nanotubes is further expanded by functionalization of the surface, metal coating, and inclusion of foreign substances.
従来、上述した単層ナノチューブは、鉄、コバルト、ニッケル、ランタン等の金属を陽極の炭素棒に混入し、アーク放電を行うことにより製造されている（特許文献１）。
しかし、この製造方法では、生成物中に、単層ナノチューブの他、多層ナノチューブ、黒鉛、アモルファスカーボンが混在し、収率が低いだけでなく、単層ナノチューブの糸径・糸長にもばらつきがあり、糸径・糸長の比較的揃った単層ナノチューブを高収率で製造することは困難であった。
Conventionally, the single-walled nanotube described above is manufactured by mixing a metal such as iron, cobalt, nickel, or lanthanum into a carbon rod of an anode and performing arc discharge (Patent Document 1).
However, in this production method, in addition to single-walled nanotubes, multi-walled nanotubes, graphite, and amorphous carbon are mixed in the product, and not only the yield is low, but also the yarn diameter and thread length of single-walled nanotubes vary. In addition, it was difficult to produce single-walled nanotubes with relatively uniform yarn diameter and yarn length in high yield.
なお、カーボンナノチューブの製造方法としては、上述したアーク法の他、気相熱分解法、レーザー昇華法、凝縮相の電解法などが提案されている（特許文献２乃至４）。
In addition to the arc method described above, a vapor phase pyrolysis method, a laser sublimation method, a condensed phase electrolysis method, and the like have been proposed as methods for producing carbon nanotubes (
しかしながら、これらの文献等に開示する製造方法はいずれも実験室又は小規模レベルの製造方法であり、特に炭素材料の収率が低く、しかも純度が低い、という問題がある。
近年炭素材料の用途が拡大しており、このため、大量に効率良く製造することができると共に、純度が良好なカーボン材料を製造する装置の出現が望まれている。
However, any of the production methods disclosed in these documents is a laboratory or small-scale production method, and there is a problem that the yield of the carbon material is low and the purity is particularly low.
In recent years, the use of carbon materials has expanded, and for this reason, the advent of an apparatus that can produce carbon materials with good purity while being able to be produced efficiently in large quantities is desired.
そこで、本発明者等は、カーボンナノファイバの製造を流動層で行うことを先に提案した（特許文献５）。 Therefore, the present inventors have previously proposed that carbon nanofibers are manufactured in a fluidized bed (Patent Document 5).
しかしながら、特許文献５の流動層方式で流動材に活性金属を担持した担体を用いて単層のカーボン材料を製造するに際し、担体に担持される活性金属である触媒のサイズを制御せずに、活性金属が大きい場合には、図１４に示すように、担体１に担持される触媒２が小さい径の場合には、単層ナノカーボン材料３が生長するが、図１５に示すように、大きい径の触媒４からは多層のカーボン材料５が生成する。また、図１６に示すように触媒４の周囲にアモルファスや結晶性グラファイト等の不純物６が存在した多層のカーボン材料５が生成したりする場合があり、これらにより、純度が低減するという問題がある。
また、担体に活性金属を担持した際に、活性金属に分布が生じ、粗大粒子は不純物発生の起点となると同時に、活性金属の利用率が低減し、コストの向上になり、好ましくない、という問題がある。
よって、高純度の単層のカーボン材料を例えば流動層方式等により工業的に製造することが望まれている。
However, when producing a single-layer carbon material using a support in which an active metal is supported on a fluidized material in the fluidized bed method of
Further, when the active metal is supported on the carrier, the active metal is distributed, and the coarse particles are the starting point of the generation of impurities, and at the same time, the utilization rate of the active metal is reduced, and the cost is increased, which is not preferable. There is.
Therefore, it is desired to industrially manufacture a high-purity single-layer carbon material by, for example, a fluidized bed method.
本発明は、上記の事情に鑑み、連続的に大量生産することができ且つ純度の高い単層のカーボン材料を製造することができるナノカーボン材料製造用触媒、触媒微粒子、ナノカーボン材料製造用触媒の製造方法及びカーボン材料製造システムを提供することを課題とする。 In view of the above circumstances, the present invention provides a catalyst for producing a nanocarbon material, a catalyst fine particle, and a catalyst for producing a nanocarbon material that can be continuously mass-produced and can produce a single-layer carbon material having a high purity. It is an object to provide a manufacturing method and a carbon material manufacturing system.
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、炭素原料を用いてナノカーボン材料を生成するナノカーボン材料製造用触媒であって、複合酸化物を還元雰囲気にて活性金属を析出させてなることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒にある。 The first invention of the present invention for solving the above-mentioned problems is a catalyst for producing a nanocarbon material using a carbon raw material, and deposits an active metal in a reducing atmosphere of the composite oxide A catalyst for producing a nanocarbon material, characterized in that the catalyst is produced.
第２の発明は、第１の発明において、複合酸化物担体の表面に形成された反応層と、該反応層から露出された活性金属とからなることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒にある。 A second invention provides a catalyst for producing a nanocarbon material, characterized in that, in the first invention, the catalyst comprises a reaction layer formed on the surface of the composite oxide support and an active metal exposed from the reaction layer. is there.
第３の発明は、第１の発明において、前記還元雰囲気が還元酸素分圧以下であることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒にある。 A third invention is the catalyst for producing a nanocarbon material according to the first invention, wherein the reducing atmosphere has a reduced oxygen partial pressure or less.
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つにおいて、前記ナノカーボン材料が単層ナノカーボンチューブであることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒にある。 A fourth invention is the catalyst for producing a nanocarbon material according to any one of the first to third, wherein the nanocarbon material is a single-layer nanocarbon tube.
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つのナノカーボン材料製造用触媒を造粒し、０．２〜１０ｍｍの微粒子としてなることを特徴とする触媒微粒子にある。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided catalyst fine particles characterized in that any one of the first to fourth nanocarbon material production catalysts is granulated to form fine particles of 0.2 to 10 mm.
第６の発明は、第１乃至４のいずれか一つのナノカーボン材料製造用触媒を担体に担持してなることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒にある。 A sixth invention is a catalyst for producing a nanocarbon material, characterized in that any one of the first to fourth catalysts for producing a nanocarbon material is supported on a carrier.
第７の発明は、第６のナノカーボン材料製造用触媒を造粒し、０．２〜１０ｍｍの微粒子としてなることを特徴とする触媒微粒子にある。 A seventh invention is a catalyst fine particle characterized by granulating a sixth catalyst for producing a nanocarbon material to form fine particles of 0.2 to 10 mm.
第８の発明は、炭素原料を用いてナノカーボン材料を生成するナノカーボン材料製造用触媒の製造方法であって、複合酸化物生成原料中に担体を浸漬させ、その後焼成して該担体の表面に２成分からなる複合酸化物を形成するに際し、複合酸化物を構成する活性金属と他の成分との割合が２：０．１〜２：２０であることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒の製造方法にある。 An eighth invention is a method for producing a catalyst for producing a nanocarbon material that uses a carbon raw material to produce a nanocarbon material, wherein the carrier is immersed in the composite oxide producing raw material, and then calcined to obtain a surface of the carrier. When forming a composite oxide composed of two components, the ratio of the active metal constituting the composite oxide to other components is 2: 0.1 to 2:20. It is in the manufacturing method of a catalyst.
第９の発明は、第８の発明において、焼成温度が４００〜１２００℃であることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒の製造方法にある。 A ninth invention is the method for producing a catalyst for producing a nanocarbon material according to the eighth invention, wherein the firing temperature is 400 to 1200 ° C.
第１０の発明は、第８又は９の発明において、前記ナノカーボン材料が単層ナノカーボンチューブであることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒の製造方法にある。 A tenth invention is the method for producing a catalyst for producing a nanocarbon material according to the eighth or ninth invention, wherein the nanocarbon material is a single-walled nanocarbon tube.
第１１の発明は、第８乃至１０のいずれか一つのナノカーボン材料製造用触媒の製造方法により得られたナノカーボン材料製造用触媒を造粒し、０．２〜１０ｍｍの微粒子としてなることを特徴とする触媒微粒子にある。 11th invention granulates the catalyst for nanocarbon material manufacture obtained by the manufacturing method of the catalyst for any one of the 8th thru | or 10th nanocarbon material manufacture, It becomes 0.2-10mm microparticles | fine-particles. The feature is in the catalyst fine particles.
第１２の発明は、第７又は１１の触媒微粒子を用い、カーボン原料からナノカーボン材料を製造する製造装置と、前記カーボン材料を製造装置から回収する回収装置と、該回収されたカーボン材料から担体を分離するカーボン材料精製装置と、を具備することを特徴とするカーボン材料の製造システムにある。 According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a manufacturing apparatus for manufacturing a nanocarbon material from a carbon raw material using the catalyst fine particles of the seventh or eleventh, a recovery apparatus for recovering the carbon material from the manufacturing apparatus, and a carrier from the recovered carbon material And a carbon material refining device for separating the carbon material.
第１３の発明は、第１１の発明において、前記ナノカーボン材料を製造する製造装置が流動層反応装置であることを特徴とするカーボン材料の製造システムにある。 A thirteenth invention is the carbon material production system according to the eleventh invention, wherein the production device for producing the nanocarbon material is a fluidized bed reaction device.
本発明によれば、純度が高いナノカーボン材料、より具体的には単層のカーボン材料を量産することができる。 According to the present invention, high-purity nanocarbon materials, more specifically single-layer carbon materials, can be mass-produced.
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.
［第１実施形態］
本発明の実施形態の第１のナノカーボン材料製造用触媒は、炭素原料を用いてナノカーボン材料を生成するナノカーボン材料製造用触媒であって、複合酸化物を還元雰囲気にて活性金属を析出させてなるものである。
[First Embodiment]
A first catalyst for producing a nanocarbon material according to an embodiment of the present invention is a catalyst for producing a nanocarbon material using a carbon raw material, and deposits an active metal in a reducing atmosphere of the composite oxide It is something to be made.
ここで、前記複合酸化物としては、ナノカーボン材料を効率良く生成する活性金属成分を含むものであり、例えば活性金属がＶ,Ｃｒ,Ｍｎ,Ｆｅ,Ｃｏ,Ｎｉ,Ｃｕ,Ｚｎの場合、該活性金属以外のマグネシウム、カルシウム、アルミニウム等の高温酸化雰囲気において活性金属と複合酸化物を形成する金属を挙げることができる。 Here, the composite oxide includes an active metal component that efficiently generates a nanocarbon material. For example, when the active metal is V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Examples thereof include metals that form composite oxides with active metals in high-temperature oxidizing atmospheres such as magnesium, calcium, and aluminum other than active metals.
ここで、複合酸化物がＭｇＦｅ2Ｏ4の場合における活性成分であるＦｅの析出の工程を図１に示す。
図１に示すように、複合酸化物（ＭｇＦｅ2Ｏ4）１１は、還元雰囲気における処理で、複合酸化物１１の表面部分に反応層（ＭｇＯ）１２を形成する。この反応層１２の一部にはさらにＦｅがナノ単位で微小析出され、活性金属１３となる。その後、このナノカーボン材料製造用触媒１４を用いて、ナノカーボン材料を製造すると、単層のナノカーボン材料１５を生成することとなる。
前記還元雰囲気は還元酸素分圧（１×１０-10ａｔｍ以下、好適には１×１０-20ａｔｍ以下）とするのが好ましい。
Here, FIG. 1 shows a step of precipitation of Fe as an active component when the composite oxide is MgFe 2 O 4 .
As shown in FIG. 1, the composite oxide (MgFe 2 O 4 ) 11 forms a reaction layer (MgO) 12 on the surface portion of the
The reducing atmosphere preferably has a reduced oxygen partial pressure (1 × 10 −10 atm or less, preferably 1 × 10 −20 atm or less).
前記活性金属の析出は、１０ナノメータ以下、好ましくは０．１〜５ナノメータ、より好ましくは１〜３００ナノメータとするのが良い。 The deposition of the active metal is 10 nanometers or less, preferably 0.1 to 5 nanometers, more preferably 1 to 300 nanometers.
また、前記活性金属にＭｏ又はＷのいずれか一種又は両方の助触媒を含むようにしてもよい。これは、前記Ｍｏ等の助触媒を少量添加することにより、炭素原料の分解を促進させると共に、炭素の鉄等の活性金属への取込みを促進し、カーボン材料の生成を促進させるからである。 Moreover, you may make it contain the promoter of either one or both of Mo or W in the said active metal. This is because by adding a small amount of the promoter such as Mo, the decomposition of the carbon raw material is promoted, and the incorporation of carbon into an active metal such as iron is promoted to promote the production of the carbon material.
本発明にかかるナノカーボン材料製造用触媒を用いて、ナノカーボン材料を製造する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば図９に示すような、流動層炉１０１の内部に流動材であるナノカーボン材料製造用の触媒１０２を入れて流動させ、原料ガス１０３を下部から入れて上方から抜き出し反応を行う流動層方式を挙げることができる。 A method for producing a nanocarbon material using the catalyst for producing a nanocarbon material according to the present invention is not particularly limited. For example, as shown in FIG. A fluidized bed system in which the catalyst 102 for producing the nanocarbon material is flowed and the raw material gas 103 is put in from the lower part and extracted from the upper part can be mentioned.
その他の製造方法としては、図１０に示すように、移動層炉１０４内に触媒１０２を充填し、ナノカーボン材料製造用の触媒１０２を徐々に投入すると共にその一部を抜き出すと共に、原料ガス１０３を下部から入れて上方から抜き出し反応を行う移動層方式を挙げることができる。 As another manufacturing method, as shown in FIG. 10, the catalyst 102 is filled in the moving bed furnace 104, and the catalyst 102 for producing the nanocarbon material is gradually added and a part thereof is extracted, and the raw material gas 103 is used. A moving bed system in which the reaction is carried out from the bottom and extracted from above can be mentioned.
その他の製造方法としては、図１１に示すように、固定層炉１０５内に原料ガス１０３を下部から入れて上方から抜き出し反応を行う固定層方式、又は図１２に示すように、気相反応炉１０６の一端から原料ガス１０３と共に、ナノカーボン材料製造用の触媒１０２を投入し、反応を行い、他端で反応物を回収する気流層方式等を挙げることができる。 As other manufacturing methods, as shown in FIG. 11, a fixed layer system in which a raw material gas 103 is put into a fixed bed furnace 105 from the bottom and extracted from above is performed, or a gas phase reactor as shown in FIG. A gas flow layer system in which a catalyst 102 for producing a nanocarbon material is introduced together with a raw material gas 103 from one end of 106, a reaction is performed, and a reaction product is recovered at the other end can be exemplified.
ここで、前記流動層方式に用いる場合のナノカーボン材料製造用の触媒微粒子の粒径としては、例えば０．１〜１０ｍｍの範囲、好適には、０．４〜２．０ｍｍであることが好ましい。 Here, the particle diameter of the catalyst fine particles for producing the nanocarbon material when used in the fluidized bed method is, for example, in the range of 0.1 to 10 mm, preferably 0.4 to 2.0 mm. .
よって、本発明においては、触媒が極微粒であるので、例えば図２に示すように、例えば造粒等により所定径の触媒微粒子１６となるように調整している。
また、移動層方式、固定層方式及び気流層方式の場合には、各々適宜好適な粒径とするのが好ましい。
Therefore, in the present invention, since the catalyst is extremely fine, for example, as shown in FIG. 2, the catalyst fine particles 16 having a predetermined diameter are adjusted by granulation or the like.
In the case of the moving bed method, the fixed layer method, and the airflow layer method, it is preferable that the particle diameter is appropriately set appropriately.
また、図３に示すように、他の担体１７の表面に前記ナノカーボン材料製造用触媒１４を担持させて、ナノカーボン材料製造用触媒を形成するようにしてもよい。
Also, as shown in FIG. 3, the nanocarbon material production catalyst may be formed by supporting the nanocarbon
また、前記複合酸化物を構成する活性金属以外の材料としては、例えばアルミナ、アルミン酸ナトリウム、ミョウバン、リン酸アルミニウム等のアルミニウム化合物、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム等のカルシウム化合物、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム等のマグネシウム化合物、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム等のアパタイト系とするのが好ましい。
ここで、アパタイトとは、Ｍ10 2+（Ｚ5-Ｏ4)6Ｘ2 -の組成をもつ鉱物でＭ、ＺＯ4、Ｘに対して次のような各元素が単独あるいは２種類以上の固溶状態で入るものをいう。
Ｍ：Ｃａ,Ｐｂ,Ｂａ,Ｓｒ,Ｃｄ,Ｚｎ,Ｎｉ,Ｍｇ,Ｎａ,Ｋ,Ｆｅ,Ａｌその他、
ＺＯ4：ＰＯ4、ＡｓＯ4,ＶＯ4,ＳＯ4,ＳｉＯ4,ＣＯ3
Ｘ:Ｆ,ＯＨ,Ｃｌ,Ｂｒ,Ｏ,Ｉ
Examples of materials other than the active metal constituting the composite oxide include aluminum compounds such as alumina, sodium aluminate, alum, and aluminum phosphate, calcium compounds such as calcium oxide, calcium carbonate, and calcium sulfate, magnesium oxide, It is preferable to use magnesium compounds such as magnesium hydroxide and magnesium sulfate, and apatite systems such as calcium phosphate and magnesium phosphate.
Here, the apatite, M 10 2+ (Z 5- O 4) 6 X 2 - composition mineral with M, ZO 4, each element as follows with respect to X, alone or in two or more The one that enters in a solid solution state.
M: Ca, Pb, Ba, Sr, Cd, Zn, Ni, Mg, Na, K, Fe, Al and others
ZO 4 : PO 4 , AsO 4 , VO 4 , SO 4 , SiO 4 , CO 3
X: F, OH, Cl, Br, O, I
このように、活性成分をナノ単位で析出させているので、微細部分から単層のナノカーボン材料を効率良く製造することができる。 Thus, since the active ingredient is deposited in nano units, a single-layer nano carbon material can be efficiently produced from a fine portion.
［第２実施形態］
本発明の実施形態の第１のナノカーボン材料製造用触媒の製造方法は、炭素原料を用いてナノカーボン材料を生成するナノカーボン材料製造用触媒であって、複合酸化物生成原料中に担体を浸漬させ、その後焼成して該担体の表面に２成分からなる複合酸化物を形成するに際し、複合酸化物を構成する活性金属と他の成分との割合が２：０．１〜２：２０である。なお、複合酸化物の形態を構成しない場合には、その組成によっては、単一の結晶形態ではないものも含まれる。
[Second Embodiment]
The first method for producing a catalyst for producing a nanocarbon material according to an embodiment of the present invention is a catalyst for producing a nanocarbon material using a carbon raw material, wherein the carrier is contained in the composite oxide producing raw material. When the composite oxide composed of two components is formed on the surface of the carrier by dipping and then firing, the ratio of the active metal constituting the composite oxide to other components is 2: 0.1 to 2:20. is there. In the case where the complex oxide is not formed, some of the composition is not a single crystal.
ここで、複合酸化物がＭｇＦｅ2Ｏ4の場合における硝酸マグネシウム、硝酸鉄において、他の成分であるＭｇと活性金属であるＦｅとの比を定比の１：２に対して、０．１：２〜２０：２とするようにしている。 Here, when the composite oxide is MgFe 2 O 4 , in the magnesium nitrate and iron nitrate, the ratio of Mg as the other component to Fe as the active metal is 0.12 with respect to the constant ratio of 1: 2. : 2 to 20: 2.
図４は、担体表面に水溶液状態で担持する硝酸マグネシウム（Ｍｇ）１８の比率が硝酸鉄（Ｆｅ）１９より少ないものであり、図５は担体表面に水溶液状態で担持する硝酸マグネシウム（Ｍｇ）１８の比率が硝酸鉄（Ｆｅ）１９より多いものである。 FIG. 4 shows that the ratio of magnesium nitrate (Mg) 18 supported on the carrier surface in an aqueous solution is smaller than that of iron nitrate (Fe) 19. FIG. 5 shows magnesium nitrate (Mg) 18 supported on the carrier surface in an aqueous solution state. Is higher than iron nitrate (Fe) 19.
このように活性金属である鉄に対し、マグネシウムを前記範囲とすることにより、従来技術のような担体（例えばＭｇＯ）に鉄（Ｆｅ）が単独で担持されているような場合には、図８に示すように、担体１７の表面で鉄の凝集が生じ、大径の鉄からなる活性金属となって、多層のナノカーボン材料を生成することになるのを防止するようにしている。
すなわち、マグネシウムの割合が図６に示すように少ないような場合には、鉄の移動をマグネシウムが阻止し、鉄が単独で存在することとなり、単層のナノカーボン材料となる。また、マグネシウムを過剰とすることで、図７に示すように、鉄をマグネシウムにより孤立させることで、凝集を積極的に防止することになる。
なお、複合酸化物としては、前述したものと同様のものを用いればよい。
Thus, by setting magnesium to the above-mentioned range with respect to iron which is an active metal, when iron (Fe) is supported alone on a support (for example, MgO) as in the prior art, FIG. As shown in FIG. 4, the agglomeration of iron on the surface of the
That is, when the proportion of magnesium is small as shown in FIG. 6, the movement of iron is prevented by magnesium, and iron is present alone, resulting in a single-layer nanocarbon material. Further, by making the magnesium excessive, as shown in FIG. 7, the iron is isolated by the magnesium, so that aggregation is positively prevented.
Note that the composite oxide may be the same as described above.
このように、活性成分である例えば鉄の凝集をナノ単位で抑制させるようにしているので、微細部分から単層のナノカーボン材料を効率良く製造することができる。 Thus, since aggregation of, for example, iron, which is an active ingredient, is suppressed in nano units, a single-layer nano carbon material can be efficiently produced from a fine portion.
［第３実施形態］
次に、反応器として流動層反応器を用いた場合の一例について図１３を参照しつつ説明する。
本実施形態では、前述したナノカーボン材料製造用触媒を流動材と兼用するものであり、流動触媒としている。図１３に示すように、本実施形態にかかるナノカーボン材料の製造システムは、ナノカーボン材料の製造装置５０と、前記ナノカーボン材料を製造装置から回収する分離・回収装置５２と、該回収されたナノカーボン材料から触媒を分離する精製装置５５とを具備するものである。
[Third Embodiment]
Next, an example of using a fluidized bed reactor as a reactor will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, the above-described catalyst for producing a nanocarbon material is also used as a fluidizing material, which is a fluidizing catalyst. As shown in FIG. 13, the nanocarbon material manufacturing system according to the present embodiment includes a nanocarbon
具体的には、ナノカーボン材料の製造システムは、内部に流動材である流動触媒２１を充填した流動層反応部２３−１と、炭素源１４を前記流動層反応部２３−１内に供給する原料供給装置４１と、流動触媒２１を前記流動層反応部２３−１内に供給する流動触媒供給装置４２と、前記流動層反応部２３−１内の流動材である流動触媒２１が飛散及び流下する空間を有するフリーボード部２３−２と、前記流動層反応部２３−１に導入し、内部の流動触媒２１を流動させる流動ガス２２を供給する流動ガス供給装置４３と、流動層反応部２３−１を加熱する加熱部２３−３と、該フリーボード部２３−２から飛散されたナノカーボン材料生成物（微粒）２４−１を回収する第１回収ライン５１−１と、第１回収ライン５１−１で回収された流動触媒２１及びナノカーボン材料生成物２４から排ガス微粒２４−１を分離・回収する分離・回収装置５２と、流動層反応部２３−１から流動触媒２１及びナノカーボン材料生成物（粗粒）２４−２を抜き出す第２回収ライン５１−２と、抜き出された流動触媒２１及びナノカーボン材料生成物（粗粒）２４−２と、分離・回収装置５２からのナノカーボン材料生成物（微粒）２４−１とを回収する回収装置５３と、回収装置５３で回収されたナノカーボン材料生成物（微粒）２４−１及びナノカーボン材料生成物（粗粒）２４−２に付着している触媒を除去し、ナノカーボン材料純品５６とする精製装置５５と、前記分離・回収装置５２で分離された排ガス５７を処理する排ガス処理装置５８とを具備するものである。
Specifically, the nanocarbon material manufacturing system supplies a fluidized bed reaction unit 23-1 filled with a fluidized catalyst 21 that is a fluidizing material and a
前記流動層反応部２３−１の流動層反応形式には気泡型流動層型と噴流型流動層型とがあるが、本発明ではいずれのものを用いてもよい。
本実施形態では、流動層反応部２３−１とフリーボード部２３−２と加熱部２３−３とから流動層反応器２３を構成している。また、フリーボード部２３−２は、流動層反応部２３−１よりもその流路断面積の大きいものが好ましい。
The fluidized bed reaction mode of the fluidized bed reaction section 23-1 includes a bubble fluidized bed type and a jet fluidized bed type, and any of them may be used in the present invention.
In this embodiment, the
前記原料供給装置４１より供給される原料ガスである炭素源１４は、炭素を含有する化合物であれば、いずれのものでもよく、例えばＣＯ、ＣＯ2の他、メタン、エタン、プロパン及びヘキサン等のアルカン類、エチレン、プロピレン及びアセチレン等の不飽和有機化合物、ベンゼン、トルエン等の芳香族化合物、アルコール類、エーテル類、カルボン酸類等の含酸素官能基を有する有機化合物、ポリエチレン、ポリプロピレン等の高分子材料、又は石油や石炭（石炭転換ガスを含む）等を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、酸素濃度制御のため、含酸素炭素源ＣＯ、ＣＯ2、アルコール類、エーテル類、カルボン酸類等と、酸素を含まない炭素源とを２つ以上組合わせて供給することもできる。
The
この炭素源１４は、流動層反応部２３−１内にガス状態で供給し、流動材である流動触媒２１による攪拌により均一な反応が行われ、ナノカーボン材料を生長させている。この際、所定の流動条件となるように、別途流動ガス２２として流動ガス供給装置４３により不活性ガスを流動層反応部２３−１内に導入している。
The
そして、３００〜１３００℃の温度範囲、より好ましくは４００℃〜１２００℃の温度範囲とし、メタン等の炭素原料を不純物炭素分解物の共存環境下で一定時間触媒に接触することによってナノカーボン材料を合成している。 Then, the nanocarbon material is obtained by bringing the carbon material such as methane into contact with the catalyst for a certain period of time in the coexistence environment of the impurity carbon decomposition product in the temperature range of 300 to 1300 ° C, more preferably in the temperature range of 400 ° C to 1200 ° C. Synthesizing.
前記分離・回収装置５２としてサイクロン以外には、例えばバグフィルタ、セラミックフィルタ、篩等の公知の分離手段を用いることができる。
In addition to the cyclone, the separation /
また、分離・回収装置５２で分離されたナノカーボン材料生成物（微粒）２４−１は、付着した触媒を分離する精製装置５５により、ナノ単位のナノカーボン材料（例えばカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ等）純品５６として回収するようにしている。
Further, the nanocarbon material product (fine particles) 24-1 separated by the separation /
本実施形態においては、流動触媒２１の活性金属が微小なものや、活性金属の凝集を抑制したものを用いてナノカーボン材料を製造するようにしているので、単層のナノカーボン材料のみを製造することができ、この結果製品として、純度が極めて高いナノカーボン材料の大量生産化を実現することができる。 In the present embodiment, since the nanocarbon material is manufactured using a fine active metal of the fluid catalyst 21 or a material in which the aggregation of the active metal is suppressed, only a single-layer nanocarbon material is manufactured. As a result, mass production of nanocarbon materials with extremely high purity can be realized as a product.
以上のように、本発明にかかるナノカーボン材料製造用触媒は、活性金属が微小なものや、活性金属の凝集を抑制したものを用いてナノカーボン材料を製造するので、不純物である多層のナノカーボン材料を製造せず、単層のナノカーボン材料のみを製造することができ、大規模なカーボン材料の大量生産化を実現することができる。 As described above, the catalyst for producing a nanocarbon material according to the present invention produces a nanocarbon material using a fine active metal or a catalyst that suppresses the aggregation of the active metal. Only a single-layer nanocarbon material can be produced without producing a carbon material, and mass production of a large-scale carbon material can be realized.
１１ 複合酸化物
１２ 反応層
１３ 活性金属
１４ ナノカーボン材料製造用触媒
１５ ナノカーボン材料
DESCRIPTION OF
Claims (13)
複合酸化物を還元雰囲気にて活性金属を析出させてなることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒。 A catalyst for producing a nanocarbon material using a carbon raw material to produce a nanocarbon material,
A catalyst for producing a nanocarbon material, wherein an active metal is deposited in a reducing atmosphere of a composite oxide.
複合酸化物担体の表面に形成された反応層と、該反応層から露出された活性金属とからなることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒。 In claim 1,
A catalyst for producing a nanocarbon material comprising a reaction layer formed on a surface of a composite oxide support and an active metal exposed from the reaction layer.
前記還元雰囲気は、複合酸化物が還元される酸素分圧以下であることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒。 In claim 1,
The catalyst for producing a nanocarbon material, wherein the reducing atmosphere has an oxygen partial pressure or less at which the composite oxide is reduced.
前記ナノカーボン材料が単層ナノカーボンチューブであることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
A catalyst for producing a nanocarbon material, wherein the nanocarbon material is a single-layer nanocarbon tube.
複合酸化物生成原料中に担体を浸漬させ、その後焼成して該担体の表面に２成分からなる複合酸化物を形成するに際し、
複合酸化物を構成する活性金属と他の成分との割合が２：０．１〜２：２０であることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒の製造方法。 A method for producing a nanocarbon material production catalyst that uses a carbon raw material to produce a nanocarbon material,
In immersing the support in the composite oxide forming raw material, and then firing to form a composite oxide composed of two components on the surface of the support,
A method for producing a catalyst for producing a nanocarbon material, wherein the ratio between the active metal constituting the composite oxide and other components is 2: 0.1 to 2:20.
焼成温度が４００〜１２００℃であることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒の製造方法。 In claim 8,
A method for producing a catalyst for producing a nanocarbon material, wherein the firing temperature is 400 to 1200 ° C.
前記ナノカーボン材料が単層ナノカーボンチューブであることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒の製造方法。 In claim 8 or 9,
The method for producing a catalyst for producing a nanocarbon material, wherein the nanocarbon material is a single-layer nanocarbon tube.
前記カーボン材料を製造装置から回収する回収装置と、
該回収されたカーボン材料から担体を分離するカーボン材料精製装置と、を具備することを特徴とするカーボン材料の製造システム。 A production apparatus for producing a nanocarbon material from a carbon raw material using the catalyst fine particles according to claim 7 or 11,
A recovery device for recovering the carbon material from a manufacturing device;
And a carbon material refining device for separating the carrier from the recovered carbon material.
前記ナノカーボン材料を製造する製造装置が流動層反応装置であることを特徴とするカーボン材料の製造システム。 In claim 11,
A production system for producing a carbon material, wherein the production apparatus for producing the nanocarbon material is a fluidized bed reactor.
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|---|---|---|---|---|
| JP2008093494A (en) * | 2006-10-05 | 2008-04-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Catalyst for producing nano-carbon material and method for manufacturing the catalyst |
| JP2010188337A (en) * | 2009-02-13 | 2010-09-02 | Kumho Petrochem Co Ltd | Catalyst composition for producing thin multi-walled carbon nanotube, and method for preparing the catalyst composition |
| JP2011255382A (en) * | 2011-09-28 | 2011-12-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method for manufacturing catalyst for manufacturing nanocarbon material, and method for manufacturing nanocarbon material |
| JP2013500922A (en) * | 2009-07-31 | 2013-01-10 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | Systems and methods for the formation of carbon-based nanostructures |
| US9663368B2 (en) | 2010-10-28 | 2017-05-30 | Massachusetts Institute Of Technology | Carbon-based nanostructure formation using large scale active growth structures |
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-
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008093494A (en) * | 2006-10-05 | 2008-04-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Catalyst for producing nano-carbon material and method for manufacturing the catalyst |
| JP2010188337A (en) * | 2009-02-13 | 2010-09-02 | Kumho Petrochem Co Ltd | Catalyst composition for producing thin multi-walled carbon nanotube, and method for preparing the catalyst composition |
| JP2013500922A (en) * | 2009-07-31 | 2013-01-10 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | Systems and methods for the formation of carbon-based nanostructures |
| US10087079B2 (en) | 2009-07-31 | 2018-10-02 | Massachusetts Institute Of Technology | Systems and methods related to the formation of carbon-based nanostructures |
| US9663368B2 (en) | 2010-10-28 | 2017-05-30 | Massachusetts Institute Of Technology | Carbon-based nanostructure formation using large scale active growth structures |
| JP2011255382A (en) * | 2011-09-28 | 2011-12-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method for manufacturing catalyst for manufacturing nanocarbon material, and method for manufacturing nanocarbon material |
| US10195797B2 (en) | 2013-02-28 | 2019-02-05 | N12 Technologies, Inc. | Cartridge-based dispensing of nanostructure films |
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