JP3870203B2 - Nanocarbon production method and apparatus - Google Patents

Description

本発明は、蒸気爆発を利用して、容易に高効率で高品質ナノカーボンを製造することができるナノカーボンの製造方法及び装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for producing nanocarbon, which can easily produce high-quality nanocarbon with high efficiency by utilizing steam explosion.

従来より、フラーレンやカーボン等ナノ物質を製造する方法としては、レーザ蒸発法と、アーク放電法と、ＣＶＤ（化学的気相成長）法の３種が知られている。   Conventionally, three types of methods for producing nanomaterials such as fullerene and carbon are known: a laser evaporation method, an arc discharge method, and a CVD (chemical vapor deposition) method.

前記レーザ蒸発法は、炭酸ガスレーザやエキシマレーザを用い、電気炉中の１２００℃に加熱したグラファイトにレーザビームを当てて蒸発させ、炉内壁にフラーレンやナノチューブが得られ、触媒金属を介在させると金属内包フラーレン等が得られる。   The laser evaporation method uses a carbon dioxide laser or an excimer laser to evaporate the graphite heated in an electric furnace at 1200 ° C. by applying a laser beam to obtain fullerenes or nanotubes on the inner wall of the furnace. An endohedral fullerene or the like is obtained.

前記アーク放電法は、グラファイト製電極間でアーク放電を発生させることにより、前記電極から炭素原子を蒸発させるものである。同様に、金属触媒の有無に応じて、フラーレンやナノチューブ、また金属内包フラーレン等が、炉内壁に付着して生成する。   The arc discharge method evaporates carbon atoms from the electrodes by generating an arc discharge between graphite electrodes. Similarly, fullerenes, nanotubes, metal-encapsulated fullerenes, and the like adhere to the inner wall of the furnace depending on the presence or absence of the metal catalyst.

前記ＣＶＤ法は、触媒金属の微粒子を炭化水素ガスに混入し、これを６００℃〜１０００℃の電気炉中に導入し、炭素原子の集結によってナノチューブを得るというものである。   In the CVD method, fine particles of catalytic metal are mixed in a hydrocarbon gas and introduced into an electric furnace at 600 ° C. to 1000 ° C. to obtain nanotubes by concentrating carbon atoms.

関連する技術情報は、別冊日経サイエンス１３８号２２〜２７Ｐ（日本経済新聞社２００２年１０月９日発行）に示されている。   Related technical information is shown in the separate volume Nikkei Science No. 138 22-27P (issued October 9, 2002 by Nikkei Inc.).

特開平１−１８４５５号公報（カーボン粉の粉砕方法）には、密閉容器中にカーボン粉を入れ、気体の存在下で加圧状態にし、これを瞬時に圧解放することにより、平均粒径１μm以下に粉砕できるカーボン粉の粉砕方法が示されている。その実施例としては、平均粒径１００μmの人造黒鉛粉末を、高圧によって破裂する膜を備えたオートクレーブに入れ、カーボン粉に対して２０wt％の水を加えて密封して、２１０℃まで加温し、前記破裂膜の破裂によって圧を抜き、平均粒径０.８μｍのカーボン粉を得た例が示されている。   In Japanese Patent Laid-Open No. 1-18455 (carbon powder pulverization method), an average particle size of 1 μm is obtained by putting carbon powder in a closed container, putting it in a pressurized state in the presence of gas, and instantaneously releasing the pressure. The following is a method for pulverizing carbon powder that can be pulverized. As an example, artificial graphite powder having an average particle size of 100 μm is placed in an autoclave equipped with a film that bursts under high pressure, and 20 wt% of water is added to the carbon powder, sealed, and heated to 210 ° C. An example is shown in which a carbon powder having an average particle size of 0.8 μm is obtained by releasing the pressure by rupturing the ruptured membrane.

特開昭５５−６５２６１号公報（廃タイヤ利用カーボンブラックの製造方法）には、回転部材を備えた燃焼室中で廃タイヤを不完全燃焼させて粉状炭化物とし、この粉状炭化物を熱分解して完全炭化し、さらにこれを粉砕機で粉砕し、最後にマグネットセパレータで金属粉を取り除きカーボンブラックを作る製造方法が示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-65261 (method for producing carbon black using waste tires) discloses incomplete combustion of waste tires in a combustion chamber equipped with a rotating member to form powdered carbides, which are pyrolyzed. In the production method, carbon black is completely carbonized, and further pulverized by a pulverizer, and finally the metal powder is removed by a magnetic separator to produce carbon black.

特開昭５５−６５２６号記載の廃タイヤ利用カーボンブラックでは、廃タイヤから効率良くカーボンブラックを製造できることが示されているが、ゴムや樹脂に配合可能のカーボンブラックの製法の域は出ていない。また、特開平１−１８４５５号公報（蒸気爆発によるカーボン粉砕方法）は、カーボンを効率よく微粉砕できるが、微粉砕によってナノ物質が如何に生成されるかの研究までには至っておらず、その応用が望まれていた。
日本経済新聞社２００２年１０月９日発行、別冊日経サイエンス１３８号２２〜２７Ｐ 特開平１−１８４５５号、第１頁、第２図 特開昭５５−６５２６１号、第１頁、第１図 In the carbon black using waste tire described in JP-A-55-6526, it has been shown that carbon black can be efficiently produced from waste tire, but there is no range of methods for producing carbon black that can be blended with rubber or resin. . Japanese Patent Laid-Open No. 1-18455 (carbon pulverization method by vapor explosion) can efficiently pulverize carbon, but has not yet reached a study on how nanomaterials are generated by pulverization. Application was desired.
Nikkei Inc., issued on October 9, 2002, separate volume Nikkei Science 138 22-27P JP-A-1-18455, page 1, FIG. JP-A-55-65261, page 1, Fig. 1

本発明は、特開昭５５−６５２６１号公報に示される廃タイヤ利用カーボンブラック製造方法と、特開平１−１８４５５号公報に示されるカーボン粉の粉砕方法を融合し、１μｍ級の超微粉砕のカーボンブラックを効率良く製造すると共に、これらにさらにナノ物質の技術を適用し、廃タイヤ等の無機炭素原料からナノ物質を効果的に捕獲分類して、付加価値の高いカーボンブラック又は及びナノ物質を製造するナノカーボンの製造方法及び装置を提供することを目的とする。   The present invention combines a method for producing carbon black using waste tire disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-65261 and a method for pulverizing carbon powder disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-18455, so as to achieve ultra fine pulverization of 1 μm class. Efficiently produce carbon black, apply nanomaterial technology to these materials, effectively capture and classify nanomaterials from inorganic carbon raw materials such as waste tires, and add high-value-added carbon black and / or nanomaterials It aims at providing the manufacturing method and apparatus of the nano carbon to manufacture.

上記課題を解決するための本発明のナノカーボンの製造方法は、加硫ゴムを乾溜して粒上炭水化物とし、その残留硫黄分が重量比１５〜３０％のものをナノ原料となし、
前記ナノ原料を蒸気で加圧し、加圧後の減圧弁の減圧操作による減圧途中で生ずる蒸気爆発にて超微粉砕処理し、爆発にて飛散する粒子を間接的に捕集してナノ物質含有のナノカーボンを得ることを特徴とする。間接的とは、爆発により直接飛散する大径粒子を除去することを示す。 The method for producing nanocarbon of the present invention for solving the above-mentioned problem is that the vulcanized rubber is dry-distilled into granular carbohydrates, and the residual sulfur content is 15-30% by weight as a nano raw material,
The nano raw material is pressurized with steam, ultra finely pulverized by steam explosion that occurs during decompression by decompression operation of the decompression valve after pressurization, and particles scattered by explosion are collected indirectly to contain nano substances It is characterized by obtaining nanocarbon. Indirect means removing large particles that are directly scattered by explosion.

本発明の爆発は、蒸気釜中にナノ原料を入れ、０.５〜１.０MPSの蒸気加圧を行った後、減圧途中で生ずる自然爆発を用いる。急激な減圧による人工的な爆発と異なり、ナノ原料自体が自然に爆発した状態とすることができるので、微粉砕が自然で、より繊細に行われる。この蒸気爆発では、原料自体に爆発能力が必要である。爆発能力は、含有水蒸気（２０wt％前後）が必要である他、特に残留硫黄分が１０〜３０wt％のものを用いることが必要である。   The explosion of the present invention uses a natural explosion that occurs in the middle of decompression after putting a nano raw material in a steam kettle and performing steam pressurization of 0.5 to 1.0 MPS. Unlike the artificial explosion caused by rapid decompression, the nano raw material itself can be in a naturally exploded state, so that the fine pulverization is natural and more delicate. In this steam explosion, the raw material itself needs an explosion capability. In addition to the required steam content (around 20 wt%), the explosion capacity requires a residual sulfur content of 10 to 30 wt%.

前記蒸気爆発は、前記ナノ原料を封入した圧力釜の圧力を減圧解放して得るものであり、前記蒸気には、体積比３〜１０％の炭酸ガスを含めると、さらに爆発し易く微粉砕できる。   The steam explosion is obtained by releasing the pressure of the pressure vessel filled with the nano raw material under reduced pressure, and if the steam contains carbon dioxide gas having a volume ratio of 3 to 10%, it can be further easily exploded and finely pulverized. .

本発明のナノカーボンの製造装置は、内部にナノ原料を配置した圧力容器と、該圧力容器に接続される蒸気管と、この蒸気管に設けられる蒸気弁と、圧力容器の一端に配置され操作によって減圧する減圧排気弁と、この減圧排気弁の排気口と接続され、その排気を別置捕集装置に案内する接続管と、前記捕集装置内で、前記接続管の吐出口を挟む位置に配置されるナノ捕集材と、を備えたことを特徴とする。   The nanocarbon production apparatus of the present invention includes a pressure vessel in which a nano raw material is arranged, a steam pipe connected to the pressure vessel, a steam valve provided in the steam pipe, and an operation arranged at one end of the pressure vessel. A pressure reducing exhaust valve for reducing pressure by the pressure reducing exhaust valve, a connecting pipe connected to the exhaust outlet of the pressure reducing exhaust valve and guiding the exhaust to a separate collecting device, and a position sandwiching the outlet of the connecting tube in the collecting device And a nano-capturing material disposed on the substrate.

本発明のナノカーボンの製造装置では、減圧排気弁の減圧操作に基いてナノ原料を爆発させることができる。補集装置は別置きとするので、圧力容器内で直接捕集するのと異なって捕集の形態を自由に設計でき、ナノ原料及びナノ物質の特徴に応じて各種形態のナノ物質又はナノ物質含有のナノカーボンを製造することができる。蒸気爆発では、１μｍ級の超微粉砕粒に混じって大径の物質が飛散するが、これは圧力容器内に設置して、直径１μｍ以下の微粒子を気流にのせて別置捕集装置に送り、ここで、捕集することにより、フラーレンやナノカーボン、ナノチューブを集積させることができる。   In the nanocarbon production apparatus of the present invention, the nano raw material can be exploded based on the decompression operation of the decompression exhaust valve. Since the collecting device is installed separately, it is possible to freely design the form of collection unlike direct collection in the pressure vessel, and various forms of nanomaterials or nanomaterials depending on the characteristics of the nanomaterial and nanomaterial. Containing nanocarbon can be produced. In a vapor explosion, a large-diameter substance is mixed in ultra fine pulverized particles of 1 μm class. This is installed in a pressure vessel, and fine particles with a diameter of 1 μm or less are put on an air stream and sent to a separate collection device. Here, fullerene, nanocarbon, and nanotube can be accumulated by collecting.

前記圧力釜は、前記ナノ原料から前記減圧弁の給気口にかけて、大径粒子の飛散を防止する直接飛散防止部材を配置するのが好ましい。この直接飛散防止材としては、大径粒子までを捕獲する捕獲部材を充当することができる。これにより、直径１μｍ以上の大きさの大径ナノカーボンが付着するので、その種のナノカーボンとして分類製品化することができる。   The pressure cooker is preferably provided with a direct scattering prevention member for preventing scattering of large diameter particles from the nano raw material to the air supply port of the pressure reducing valve. As this direct scattering prevention material, a capture member that captures up to large-diameter particles can be used. Thereby, since large-diameter nanocarbon having a diameter of 1 μm or more adheres, it can be classified into products of that kind.

前記捕集材は、一表面に多数の平板部材を立設して成る多孔質の捕集材で構成され、その裏面を前記捕集装置内で前記案内管の出力口側に面して配置したものとすることができる。この捕集板は多孔質、例えば直径１mm以下の小さな穴が多数明けられているので、前記案内弁の出力口から入った超微粒子は多孔質部分を通過し、平板部材に吸着されてナノチューブ等のナノ物質を集積することができる。平板部材には、電圧、磁場等の物理的状態を変化させること等もできる。   The collection material is composed of a porous collection material formed by standing a large number of flat plate members on one surface, and the back surface of the collection material faces the output port side of the guide tube in the collection device. Can be. Since this collection plate is porous, for example, many small holes with a diameter of 1 mm or less are drilled, ultrafine particles entering from the output port of the guide valve pass through the porous portion and are adsorbed by the flat plate member to form nanotubes, etc. Nanomaterials can be accumulated. The flat member can also change a physical state such as a voltage and a magnetic field.

前記平板を各種形態で複数配置しておけば、各平板毎に異なる分類の製品を捕集することができる。   If a plurality of flat plates are arranged in various forms, different types of products can be collected for each flat plate.

加硫ゴムを乾留して粒状炭化物とし、その残留硫黄分が重量比１０〜３０％のものをナノ原料となし、
前記ナノ原料を蒸気で加圧し、加圧後の減圧途中で生ずる蒸気爆発にて超微粉砕処理し、爆発にて飛散する粒子を間接的に捕集してナノ物質含有のナノカーボンを得ることを特徴とするナノカーボンの製造方法によれば、減圧によりナノ原料を効率よく自爆させ、カーボンの微粉砕物を飛散させることができる。蒸気中に体積比３〜１０％の炭酸ガスを含めれば、前記自爆をより確実なものとすることができる。 The vulcanized rubber is carbonized into granular carbide, and the residual sulfur content is 10-30% by weight as a nano raw material,
Pressurize the nano-raw material with steam, ultra-fine pulverize it by steam explosion that occurs in the middle of decompression after pressurization, and indirectly collect particles scattered by explosion to obtain nano-carbon containing nano material According to the method for producing nanocarbon characterized by the above, the nano raw material can be efficiently self-destructed by the reduced pressure, and the finely pulverized carbon can be scattered. If carbon dioxide gas having a volume ratio of 3 to 10% is included in the steam, the self-destruction can be made more reliable.

内部にナノ原料を配置した圧力容器と、該圧力容器に接続される蒸気管と、この蒸気管に設けられる蒸気弁と、圧力容器の一端に配置された操作によって減圧する減圧排気弁と、この減圧排気弁の排気口と接続され、その排気を別置捕集装置に案内する接続管と、前記捕集装置内で、前記接続管の吐出口を挟む位置に配置されるナノ捕集材と、を備えたことを特徴とするナノカーボン製造装置によれば、減圧弁の減圧操作により、減圧途中でナノ原料を自爆させることができる。また、ナノ捕集材を接続管を介して別置捕集装置内で行うので、超微粉砕の気流に乗せてナノ物質集結用の原料物質のみを移送することができ、捕集材上に高度に分類されたナノ物質を捕集できる。さらに、捕集材を別置捕集装置の各所に各態様で配置できるので、捕集材を構成する平板部材毎に異なる性質のナノ物質又はナノ物質含有のナノカーボンを捕集できる。   A pressure vessel in which nano-materials are arranged, a steam pipe connected to the pressure vessel, a steam valve provided in the steam pipe, a decompression exhaust valve for reducing pressure by an operation placed at one end of the pressure vessel, A connecting pipe that is connected to the exhaust port of the pressure reducing exhaust valve and guides the exhaust gas to a separate collecting device; and a nano-collecting material that is disposed in a position sandwiching the discharge port of the connecting tube in the collecting device; According to the nanocarbon manufacturing apparatus characterized in that, the nano raw material can be self-destructed during decompression by the decompression operation of the decompression valve. In addition, since the nano-collecting material is carried out in a separate collection device via the connecting pipe, it is possible to transfer only the raw material for collecting nano-materials on the ultra-fine pulverized airflow, Capable of collecting highly classified nanomaterials. Furthermore, since the collecting material can be arranged in various places in the separate collecting device, nanomaterials having different properties or nanocarbons containing nanomaterials can be collected for each flat plate member constituting the collecting material.

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態を示すナノカーボン製造装置の断面説明図である。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view of a nanocarbon production apparatus showing an embodiment of the present invention.

本発明の一実施形態に係るナノカーボン製造装置１は、爆発装置２と、別置き捕集装置３と、両者を結合する接続管４から成る。   A nanocarbon production apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes an explosion apparatus 2, a separate collection apparatus 3, and a connecting pipe 4 that couples both.

爆発装置２は、フランジ５を境として開閉可能な圧力容器６（６Ａは圧力容器本体、６Ｂは圧力容器蓋）と、これに接続される蒸気管７と、圧力容器本体６Ａの内部に備えた２段の棚８、９とを有し、棚８、９には夫々円板状の中蓋１０、１１が配置されている。中蓋１０、１１は、例えば多数の穴の明いたパンチングメタルで構成されるが、これに限定されない。直接飛散防止部材の役目と、粗粒製品捕集材の役目を為す。   The explosion device 2 includes a pressure vessel 6 (6A is a pressure vessel main body, 6B is a pressure vessel lid) that can be opened and closed with a flange 5 as a boundary, a steam pipe 7 connected to the pressure vessel 6 and an inside of the pressure vessel main body 6A. It has two shelves 8 and 9, and disk-shaped inner lids 10 and 11 are arranged on the shelves 8 and 9, respectively. The inner lids 10 and 11 are made of, for example, punched metal having a large number of holes, but are not limited thereto. It plays the role of a direct scattering prevention member and a coarse product collector.

さらに、前記圧力容器蓋６Ｂには、温度センサ１２と、安全弁１３と、圧力計１４等の所要計器の他、減圧排気弁１５と、水管１６及び水弁１７が設けられている。容器全体は２００℃前後の高温となるので、全体を箱形保温箱１８内に収納してある。   Further, the pressure vessel lid 6B is provided with a temperature sensor 12, a safety valve 13, a required gauge such as a pressure gauge 14, a pressure reducing exhaust valve 15, a water pipe 16 and a water valve 17. Since the whole container becomes a high temperature of about 200 ° C., the whole container is housed in a box-type heat insulation box 18.

前記減圧排気弁１５には、操作レバー１９が設けられ、このレバー１９を引くことにより、内部ガスを外部に接続された接続管４に排気することができる。   The decompression exhaust valve 15 is provided with an operation lever 19. By pulling the lever 19, the internal gas can be exhausted to the connection pipe 4 connected to the outside.

前記蒸気管７には、直列に２つの弁２０、２１が設けられ、管端には図示しない蒸気ボイラの蒸気出力口が接続されている。２つの弁２０、２１を用いるのは安全、安定のためである。両弁２０、２１の中間には炭酸ガス導入用のガス管２２が設けられ、２つのガス管には、ガス弁２３が設けられている。従って、ガス弁２３を開き、蒸気弁２０を開くことにより、炭酸ガスを圧力容器本体６Ａ内に送ることができる。蒸気弁２０は、高精度のものを用いるので、蒸気弁２１又はガス弁２２の洩れがあっても、圧力容器６Ａの内部を撹乱するようなことはない。   The steam pipe 7 is provided with two valves 20 and 21 in series, and a steam output port of a steam boiler (not shown) is connected to the pipe end. The use of the two valves 20 and 21 is for safety and stability. A gas pipe 22 for introducing carbon dioxide gas is provided between the valves 20 and 21, and a gas valve 23 is provided between the two gas pipes. Therefore, by opening the gas valve 23 and opening the steam valve 20, the carbon dioxide gas can be sent into the pressure vessel body 6A. Since the steam valve 20 is highly accurate, even if the steam valve 21 or the gas valve 22 leaks, the inside of the pressure vessel 6A is not disturbed.

前記接続管４の管端は、ナノ捕集装置３に接続されている。捕集装置３は、ドラム形の捕集容器２４の上部に蓋２５を備えて成り、蓋２５には安全弁兼空気抜き弁２６が設けられている。捕集容器２４の内部には、接続管４の接続口２６の上下に一対の棚２７、２８が設けられ、各棚２７、２８には、捕集材２９、３０が設けられている。   The tube end of the connection tube 4 is connected to the nano collection device 3. The collection device 3 includes a lid 25 on an upper part of a drum-shaped collection container 24, and the lid 25 is provided with a safety valve / air vent valve 26. Inside the collection container 24, a pair of shelves 27, 28 are provided above and below the connection port 26 of the connection pipe 4, and collection materials 29, 30 are provided on the respective shelves 27, 28.

図２に詳細に示すように、ナノ捕集材３０は、多孔質の円板３１の一表面に略等間隔で矩形の平板３２を立設したものである。ナノ捕集材２９も同様であり、板３２を立設していない面を接続口２６側として、上下対象的に配置される。円板３１を多孔質とするのは、ナノ物質の原料粒子のみを通過させ、粗大材を裏面側で受け止めるためで、多孔質の各穴径は１mm以下とされる。この穴はレーザ加工機等で穿設できる。穴ピッチはランダムで良い。   As shown in detail in FIG. 2, the nano-collecting material 30 is obtained by erecting rectangular flat plates 32 at substantially equal intervals on one surface of a porous disc 31. The same applies to the nano-collecting material 29, and the surface on which the plate 32 is not erected is the connection port 26 side, and is arranged in a vertical manner. The reason why the disk 31 is porous is to allow only the nano-material raw material particles to pass therethrough and to receive the coarse material on the back side, and the diameter of each porous hole is 1 mm or less. This hole can be drilled with a laser processing machine or the like. The hole pitch may be random.

以上の構成のナノカーボン製造装置１は、圧力容器６（６Ａ、６Ｂ）内にナノ原料３３を配置した上で、以下の手順で作動される。   The nanocarbon manufacturing apparatus 1 having the above configuration is operated in the following procedure after the nano raw material 33 is disposed in the pressure vessel 6 (6A, 6B).

まず、ナノ原料３３の水分調整を水管１６より水を出して調節できるが、予め調節されているので、ほとんどその必要はない。次に、減圧排気弁１５のレバー１９を操作してその弁を解き、空気抜き弁２６を開いた状態で、圧力容器６及びナノ捕集装置３の空気抜きを行う。置換は炭酸ガス及び蒸気で行うことができる。蒸気のみで行う場合は、蒸気弁２０、２１を開き、温度１８０℃、圧力１MPSを基準に行う。予め炭酸ガス置換を行っておく方法では、ナノ捕集装置３まで蒸気を送らなくても良い。   First, the moisture adjustment of the nano raw material 33 can be adjusted by removing water from the water pipe 16, but since it is adjusted in advance, there is almost no need for it. Next, the lever 19 of the decompression exhaust valve 15 is operated to release the valve, and the pressure vessel 6 and the nano collection device 3 are vented while the air vent valve 26 is opened. The replacement can be performed with carbon dioxide and steam. When using only steam, the steam valves 20 and 21 are opened and the temperature is 180 ° C. and the pressure is 1 MPS. In the method of performing carbon dioxide gas replacement in advance, it is not necessary to send vapor to the nano-collecting device 3.

これらのエア抜き操作において、炭酸ガス置換をどのように行うか、次いで蒸気置換をどのように行うかは、細かなノウハウ技術が必要である。要するに、このようにしてエア抜きまでが行われる。エア抜きまでが完了すると、温度及び圧力の平衡を確認し、爆発手順に移る。この時点で、圧力容器６内のガス中に、体積比で炭酸ガス３〜１０％を含める。これにより、爆発が調子よくなる。   In these air venting operations, detailed know-how technology is required for how carbon dioxide replacement is performed and then how steam replacement is performed. In short, the air is vented in this way. When the air venting is complete, check the temperature and pressure equilibrium and proceed to the explosion procedure. At this time, 3 to 10% of carbon dioxide gas is included in the gas in the pressure vessel 6 by volume ratio. This improves the explosion.

爆発させる時点で、捕集装置３の圧力は低圧（大気圧）とする。空気抜き弁２６の圧力を大気圧又はそれより少し上の圧力に設定しておくと、レギュレータの役目を果す。爆発は手動で行う。操作者がレバー１９を引くと、圧力容器６中の圧力が抜ける。   At the time of explosion, the pressure of the collection device 3 is set to a low pressure (atmospheric pressure). If the pressure of the air vent valve 26 is set to atmospheric pressure or a pressure slightly higher than that, it functions as a regulator. Explosion is done manually. When the operator pulls the lever 19, the pressure in the pressure vessel 6 is released.

しばらくすると、圧力容器６内でポンとはじける音がする。これが爆発である。爆発が終了すると少し時間が経ってからレバーから手を離し、蒸気弁２０、２１を開き、再度圧力調整する。このとき、炭酸ガスも少量導入し、炭酸ガス量３〜１０％を保つ。   After a while, there will be a popping sound in the pressure vessel 6. This is an explosion. When the explosion ends, a little time passes and the lever is released, the steam valves 20 and 21 are opened, and the pressure is adjusted again. At this time, a small amount of carbon dioxide gas is also introduced, and the amount of carbon dioxide gas is maintained at 3 to 10%.

爆発は、同一ナノ原料３３に対し数十分の間隔で数回、例えば５回行うことができる。その度にナノ原料３３は減少し、ついには爆発せず、爆発音が聞こえなくなる。この時点で爆発作業を終了する。   The explosion can be performed several times, for example, five times at a tens of minutes with respect to the same nano raw material 33. Each time the nano raw material 33 decreases, it does not explode at all, and the explosion sound cannot be heard. At this point, the explosion work ends.

これら爆発作業の工程に伴って、圧力容器６中のナノ原料３３は爆発し、粒子混じりの気流３３Ａを発生し、この気流３３Ａは、中蓋１０、１１、減圧排気弁１５、接続管４、捕集材３０を通り、順次性質の異なる気流３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄ、３３Ｅ、３３Ｆ、３３Ｇとなって捕集装置３内に拡散される。気流３３Ａには、爆発による大径粒子が多量に含まれている。３３Ｂ、３３Ｃでは、大径粒子が除かれている。気流３３Ｄ、３３Ｅでは、直径１μｍ以下となり、原子、分子サイズの粒子が含まれる。この気流を原子粒とも呼ぶ。原子粒３３Ｅは、ナノ捕集材３０の多孔質部分を通過して平板３２の表面に付着してフラーレンやナノカーボンを成長させる。   In accordance with these explosive work steps, the nano raw material 33 in the pressure vessel 6 explodes to generate a particle-mixed air flow 33A, and the air flow 33A includes the inner lids 10 and 11, the vacuum exhaust valve 15, the connection pipe 4, It passes through the collection material 30 and is diffused into the collection device 3 as airflows 33B, 33C, 33D, 33E, 33F, and 33G having different properties. The air flow 33A contains a large amount of large-diameter particles due to explosion. In 33B and 33C, large-diameter particles are removed. In the airflows 33D and 33E, the diameter is 1 μm or less, and particles of atomic and molecular sizes are included. This air flow is also called atomic particles. The atomic particles 33E pass through the porous portion of the nano-catalyst 30 and adhere to the surface of the flat plate 32 to grow fullerene or nanocarbon.

爆発及び捕集工程の終了後、爆発装置２及びナノ捕集装置３の蓋を開き、ナノ原料３３を入れ換えると共に、ナノ捕集材２９、３０からナノカーボンを捕集する。採集されたナノカーボンは、捕集材毎に性質が異なるので次表の如く捕集材毎に分類して製品とする。表中なの花は登録商標である。中蓋１０、１１に付着したカーボンも微粉砕されているので、粒子粗目のナノカーボンとして商品化できる。ナノ捕集材２９、３０は、多数準備できるので、これにナノ物質を付着させて取出し、次のナノ捕集材２９、３０をセットすることにより、***手順を続けて行うことができる。

After the explosion and collection steps are completed, the lids of the explosion device 2 and the nano collection device 3 are opened, the nano raw material 33 is replaced, and nano carbon is collected from the nano collection materials 29 and 30. The collected nanocarbon has different properties depending on the collection material, so it is classified into collection materials as shown in the following table. The flowers in the table are registered trademarks. Since the carbon adhering to the inner lids 10 and 11 is also finely pulverized, it can be commercialized as nano-carbon with coarse particles. Since a large number of nano-collecting materials 29 and 30 can be prepared, the blasting procedure can be continued by taking out the nano-material attached thereto and setting the next nano-collecting materials 29 and 30.

爆発装置２の圧力容器蓋６Ｂは、横型に変更することもできる。中蓋１０、１１は水平配置でなく斜め配置でも良い。中蓋に加えて整流板を追加し、減圧排気弁１５に爆発粒子が直接突進するのを防止することもできる。接続管４を分岐し、分岐管３４、３５を介し、２重、３重のナノ捕集装置３を組み合わせることもできる。さらにナノ捕集装置３のナノ捕集材２９、３０を各種変形することもでき、各捕集材毎に分類数を増すことができ、これら捕集方式毎に種類の異なるナノカーボンを製造することができる。   The pressure vessel lid 6B of the explosion device 2 can be changed to a horizontal type. The inner lids 10 and 11 may be arranged obliquely rather than horizontally. In addition to the inner lid, a rectifying plate may be added to prevent explosive particles from rushing directly to the vacuum exhaust valve 15. The connecting pipe 4 can be branched, and the double and triple nano collection devices 3 can be combined via the branch pipes 34 and 35. Furthermore, the nano-collecting materials 29 and 30 of the nano-collecting device 3 can be variously modified, the number of classifications can be increased for each collecting material, and different types of nano-carbons are produced for each of these collecting methods. be able to.

次に、本発明に利用するナノ原料の製造方法を図６及び図７を参照して以下に説明する。これらの図中で、矢印Ａは、工程の流れを示す。   Next, the manufacturing method of the nano raw material utilized for this invention is demonstrated below with reference to FIG.6 and FIG.7. In these drawings, an arrow A indicates a process flow.

素原料は、廃タイヤ、中古ベルト、廃棄ゴム等の加硫ゴムである。前記素原料としては、これら石油製品の廃棄物に限定されないが、石油製品の廃棄物を利用し得ることが１つの利点であって、環境保護の観点からも有意義である。前記素原料は、乾溜槽３６を備えた真空乾溜炉３７に投入される。前記真空乾溜炉３７では、前記素原料を４００℃程度で安全器３８、熱交換器３９を介して還流槽３６で真空熱分解させ、油回収器４０で油類を除き、ワイヤー等の金属片と共に乾溜物を回収する。残留カーボンは、６０％に達する。副産物の油は良質なものであって３０％程度である。残り１０％は、金属である。副産物の油の回収率を３０％に留め、残留カーボン量を多くするのが１つの特徴である。   The raw material is vulcanized rubber such as waste tires, used belts, and waste rubber. The raw material is not limited to these petroleum product wastes, but it is one advantage that the petroleum product wastes can be used, which is also meaningful from the viewpoint of environmental protection. The raw material is put into a vacuum drying furnace 37 provided with a drying tank 36. In the vacuum drying furnace 37, the raw material is vacuum pyrolyzed in a reflux tank 36 through a safety device 38 and a heat exchanger 39 at about 400 ° C., oil is removed by an oil recovery device 40, and a metal piece such as a wire. Also collect the distillate. The residual carbon reaches 60%. By-product oil is of good quality and is about 30%. The remaining 10% is metal. One characteristic is that the recovery rate of by-product oil is kept at 30% and the amount of residual carbon is increased.

次ぎに、乾溜炉３７で製造したカーボンブラック４１は、塊状の為、粗破砕機４２で粗破砕を行い、マグネットロール４３でワイヤー片を除去する。   Next, since the carbon black 41 manufactured in the dry distillation furnace 37 is in a lump shape, the carbon black 41 is roughly crushed by the coarse crusher 42 and the wire pieces are removed by the magnet roll 43.

金属片を除去したカーボンブラック４４は、２重式ロータリーキルン４５に投入し、熱変化を与える。この結果、不要な物質が酸化除去されて、前記カーボンブラック４４は、それ以上の熱変化が生じにくいものへと変化する。ゴムの臭気等の不要物質は、除かれる。   The carbon black 44 from which the metal pieces have been removed is put into a double rotary kiln 45 to give a heat change. As a result, unnecessary substances are oxidized and removed, and the carbon black 44 is changed to a material in which further heat change does not easily occur. Unnecessary substances such as rubber odor are excluded.

前記ロータリーキルン４５で処理したカーボンブラック４６は、ホッパ４７を介して微粉砕機４８及び振動ふるい４９にかけ、その粒度２ｍｍ以下に粒度調節し、粗原料５０となる。   The carbon black 46 treated with the rotary kiln 45 is passed through a hopper 47 through a pulverizer 48 and a vibrating sieve 49, and the particle size is adjusted to 2 mm or less to become a raw material 50.

以上により、本発明のナノ原料の製造方法では、廃タイヤ、廃農業用ビニール等の石油製品の廃棄物より油、金属等を回収した後の残留カーボンを素原料として、それを再処理し、カーボンブラックを生成することができる。粗原料５０のうち、残留硫黄分１０〜３０％のものを本圧明のナノ原料３３とする。本発明により、これまで決定的な再利用方法のなかった廃タイヤ等の石油製品の産業廃棄物を、高い付加価値を有するナノカーボンの製造に利用することができる。また、従来よりもはるかに安価に、ナノカーボンを提供できる。   As described above, in the method for producing a nano raw material of the present invention, residual carbon after recovering oil, metal, etc. from waste of petroleum products such as waste tires and waste agricultural vinyl is used as a raw material, and it is reprocessed. Carbon black can be produced. Among the raw materials 50, those having a residual sulfur content of 10 to 30% are designated as nano raw materials 33 of the present invention. According to the present invention, industrial wastes of petroleum products such as waste tires that have not been decisively reused so far can be used for the production of nanocarbon having high added value. In addition, nanocarbon can be provided at a much lower cost than before.

従来の乾溜は、より多くの油を回収するということに主眼を置いていたため、８００℃程度の比較的高温で実施されていた。本発明では、これより、はるかに低温の３５０℃〜４００℃で実施できるので、設備をより簡易にすることができる。また焼却による黒煙及びダイオキシン等の好ましからざるものの発生の懸念も小さい。   Conventional dry distillation has been performed at a relatively high temperature of about 800 ° C. because it focuses on recovering more oil. In this invention, since it can implement at much lower temperature 350 to 400 degreeC than this, an installation can be made simpler. In addition, there is little concern about the occurrence of undesirable things such as black smoke and dioxin due to incineration.

超微粉化されたカーボンクラスターを捕獲するには核が必要であるが、鉄粉や鋼粉などの金属粉を原料に添加することもできる。添加すべきか否かは、製造すべきナノ物質によって決定されるべきである。   A core is required to capture the ultrafine carbon cluster, but metal powder such as iron powder and steel powder can be added to the raw material. Whether to add or not should be determined by the nanomaterial to be manufactured.

以上、本発明の好適な実施例を記述したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、該技術分野の通常の技術を有する者が、実施例の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。   As mentioned above, although the suitable Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example. Based on the above disclosure, a person having ordinary skill in the art can implement the present invention by modifying or modifying the embodiments.

例えば、蒸気爆発を誘発させる手段としては、瞬爆剤として水を滴化しても良い。手動操作に代えて自動化することもできる。そのタイミングを適切化すべく、爆発装置３の内部音を拡張して示すスピーカ類を配置することもできる。   For example, as a means for inducing a vapor explosion, water may be dropped as an instantaneous explosive. It can be automated instead of manual operation. In order to optimize the timing, it is also possible to arrange speakers that expand and show the internal sound of the explosion device 3.

また、既に示したように、前述の各実施形態によるナノ物質製造装置のディメンジョンを変更することが可能である。特に、捕集装置の位置、形状、形態を種々変更すれば、それによって得られるナノ物質の種別が異なる。また、より効率的に製造することも可能となる。   Moreover, as already shown, it is possible to change the dimensions of the nanomaterial manufacturing apparatus according to the above-described embodiments. In particular, if the position, shape, and form of the collection device are changed variously, the types of nanomaterials obtained thereby will differ. Moreover, it becomes possible to manufacture more efficiently.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計的変更を加えることができ、各種態様で実施できる。   The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified in design without departing from the gist of the present invention, and can be implemented in various aspects.

以上より理解されるように、水蒸気爆発を利用することにより、１００〜２００℃程度の比較的低温でナノ物質を製造することができる。比較的低温でよいので、簡易な装置で、容易かつ高い効率で高品質のナノカーボンを製造することができる。さらに、原料として廃タイヤ、中古ベルト、廃棄ゴム等の石油製品の廃棄物を利用することができ、環境保護の観点から有意義である。   As can be understood from the above, nanomaterials can be produced at a relatively low temperature of about 100 to 200 ° C. by utilizing steam explosion. Since a relatively low temperature is sufficient, high-quality nanocarbon can be produced easily and with high efficiency using a simple apparatus. Furthermore, waste of petroleum products such as waste tires, used belts and waste rubber can be used as raw materials, which is meaningful from the viewpoint of environmental protection.

本発明の一実施形態に係るナノカーボン製造装置の断面説明図である。It is sectional explanatory drawing of the nanocarbon manufacturing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図１に示したナノ捕集材を拡大して示す斜視図である。It is a perspective view which expands and shows the nano collection material shown in FIG. 本発明に用いるナノ原料の製造方法に用いる工程の前段部を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the front | former stage part of the process used for the manufacturing method of the nano raw material used for this invention. 図３に示した工程に続く工程を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a step that follows the step shown in FIG. 3.

符号の説明Explanation of symbols

１ ナノカーボン製造装置
２ 爆発装置
３ ナノ捕集装置
４ 接続管
５ フランジ
６ 圧力容器
６Ａ 圧力容器本体
６Ｂ 圧力容器蓋
７ 蒸気導入管
８、９、２７、２８ 棚
１０、１１ 中蓋
１２ 温度センサ
１３ 安全弁
１４ 圧力計
１５ 減圧排気弁
１６ 水管
１７ 水弁
１８ 保温箱
１９ レバー
２０ 蒸気
２１ ガス管
２２ ガス弁
２４ 捕集容器
２５ 蓋
２６ 空気抜き弁
２９、３０ ナノ捕集材
３１ 円板
３２ 平板
３３ ナノ原料
３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｄ、３３Ｅ、３３Ｆ 気流
３４、３５ 分岐管
３６ 乾溜槽
３７ 真空乾溜炉
３８ 安全器
３９ 熱交換器
４０ 油回収器
４２ 粗破砕機
４３ マグネットロール
４４、４６ カーボンブラック
４５ ロータリーキルン
４７ ホッパ
４８ 微粉砕機
４９ 振動ふるい
５０ 粗原料 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nanocarbon production apparatus 2 Explosion apparatus 3 Nano collection apparatus 4 Connection pipe 5 Flange 6 Pressure vessel 6A Pressure vessel main body 6B Pressure vessel lid 7 Steam introduction pipe 8, 9, 27, 28 Shelf 10, 11 Middle lid 12 Temperature sensor 13 Safety valve 14 Pressure gauge 15 Pressure reducing exhaust valve 16 Water pipe 17 Water valve 18 Insulation box 19 Lever 20 Steam 21 Gas pipe 22 Gas valve 24 Collection container 25 Lid
26 Air vent valve 29, 30 Nano collection material 31 Disc 32 Flat plate 33 Nano raw material 33A, 33B, 33D, 33E, 33F Air flow 34, 35 Branch pipe 36 Dry distillation tank 37 Vacuum distillation furnace 38 Safety device 39 Heat exchanger 40 Oil recovery Equipment 42 Coarse crusher 43 Magnet roll 44, 46 Carbon black 45 Rotary kiln 47 Hopper 48 Fine crusher 49 Vibrating sieve 50 Crude raw material

Claims (4)

加硫ゴムを乾留して粒状炭化物とし、その残留硫黄分が重量比１０〜３０％のものをナノ原料となし、
前記ナノ原料を蒸気で加圧し、加圧後の減圧弁の減圧操作による減圧途中で生ずる蒸気爆発にて超微粉砕処理し、爆発にて飛散する粒子を間接的に捕集してナノ物質含有のナノカーボンを得ることを特徴とするナノカーボンの製造方法。 The vulcanized rubber is carbonized into granular carbide, and the residual sulfur content is 10-30% by weight as a nano raw material,
The nano raw material is pressurized with steam, ultra finely pulverized by steam explosion that occurs during decompression by decompression operation of the decompression valve after pressurization, and particles scattered by explosion are collected indirectly to contain nano substances A method for producing nanocarbon, characterized in that the nanocarbon is obtained. 前記蒸気爆発は、前記ナノ原料を封入した圧力釜の圧力を減圧解放して得るものであり、前記蒸気には、体積比３〜１０％の炭酸ガスを含めることを特徴とする請求項１に記載のナノカーボンの製造方法。   The steam explosion is obtained by depressurizing and releasing the pressure of a pressure pot filled with the nano raw material, and the steam contains carbon dioxide gas having a volume ratio of 3 to 10%. The manufacturing method of nanocarbon of description. 内部にナノ原料を配置した圧力容器と、該圧力容器に接続される蒸気管と、この蒸気管に設けられる蒸気弁と、圧力容器の一端に配置され操作によって内部圧力を減圧する減圧排気弁と、この減圧排気弁の排気口と接続され、その排気を別置捕集装置に案内する接続管と、前記捕集装置内で、前記接続管の吐出口に面して配置されるナノ捕集材と、を備え、前記圧力容器の内部には、前記ナノ原料から前記減圧弁の給気口にかけて、大径粒子の直接的飛散を防止する直接飛散防止部材が配置されると共に、前記捕集材は、一表面に多数の平板部材を立設して成る捕集材で構成され、その裏面を前記捕集装置内で前記接続管の出力口側に向けて配置されることを特徴とするナノカーボン製造装置。 A pressure vessel having nano-materials disposed therein, a steam pipe connected to the pressure vessel, a steam valve provided in the steam tube, a pressure reducing exhaust valve disposed at one end of the pressure vessel to reduce the internal pressure by operation A connection pipe connected to the exhaust port of the decompression exhaust valve and guiding the exhaust to a separate collection device; and a nano-collection disposed in the collection device facing the discharge port of the connection tube A direct scattering prevention member for preventing direct scattering of large-diameter particles from the nano raw material to the air supply port of the pressure reducing valve is disposed inside the pressure vessel, and the collection The material is composed of a collecting material in which a large number of flat plate members are erected on one surface, and the back surface thereof is arranged in the collecting device toward the output port side of the connecting pipe. Nanocarbon production equipment. 前記捕集材は各種形態で複数配置され、各捕集材毎に製品分類が表記されることを特徴とする請求項３に記載のナノカーボン製造装置。 Wherein the trapping material is more arranged in various forms, nanocarbon manufacturing apparatus according to claim 3 product classification for each adsorbent is characterized in that it is denoted.

Images