JP4468206B2 - Method for producing catalyst particles for producing nanocarbon materials, catalyst particles for producing nanocarbon materials - Google Patents
Method for producing catalyst particles for producing nanocarbon materials, catalyst particles for producing nanocarbon materials Download PDFInfo
- Publication number
- JP4468206B2 JP4468206B2 JP2005047841A JP2005047841A JP4468206B2 JP 4468206 B2 JP4468206 B2 JP 4468206B2 JP 2005047841 A JP2005047841 A JP 2005047841A JP 2005047841 A JP2005047841 A JP 2005047841A JP 4468206 B2 JP4468206 B2 JP 4468206B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- producing
- catalyst particles
- particle
- nanocarbon material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims description 163
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims description 109
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 108
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 title claims description 100
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 77
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 44
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 claims description 40
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 claims description 34
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 29
- 238000004513 sizing Methods 0.000 claims description 28
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 claims description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 19
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 17
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 13
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 12
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- -1 alum Chemical compound 0.000 claims description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 7
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 7
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229940037003 alum Drugs 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K aluminium phosphate Chemical compound O1[Al]2OP1(=O)O2 ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- ANBBXQWFNXMHLD-UHFFFAOYSA-N aluminum;sodium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Na+].[Al+3] ANBBXQWFNXMHLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 3
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 claims description 3
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GVALZJMUIHGIMD-UHFFFAOYSA-H magnesium phosphate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O GVALZJMUIHGIMD-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 3
- 239000004137 magnesium phosphate Substances 0.000 claims description 3
- 229910000157 magnesium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229960002261 magnesium phosphate Drugs 0.000 claims description 3
- 235000010994 magnesium phosphates Nutrition 0.000 claims description 3
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 claims description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001388 sodium aluminate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 18
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 4
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical group 0.000 description 2
- 229910052586 apatite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 2
- 150000001735 carboxylic acids Chemical group 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 150000002170 ethers Chemical group 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;fluoride;triphosphate Chemical compound [F-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001241 arc-discharge method Methods 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229940043430 calcium compound Drugs 0.000 description 1
- 150000001674 calcium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012776 electronic material Substances 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000011361 granulated particle Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 150000002681 magnesium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Chemical group 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 239000011802 pulverized particle Substances 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005092 sublimation method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Description
本発明は、ナノ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ナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法、ナノカーボン材料製造用触媒粒子及びナノカーボン材料製造システムに関する。 The present invention relates to a method for producing nanocarbon material production catalyst particles, a nanocarbon material production catalyst particle, and a nanocarbon material production system that can produce a nanocarbon 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 nanotubes described above are 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 (Patent Documents 2 to 4).
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、触媒の粒径が100μm以下と極微粒であるので、流動層の流動材と担体とを併用する場合には、造粒して所定の粒径とする必要がある。 However, when a single-layer carbon material is produced using a carrier in which an active metal is supported on a fluidized material by the fluidized bed method of Patent Document 5, since the particle size of the catalyst is 100 μm or less, the fluidity of the fluidized bed When the material and the carrier are used in combination, it is necessary to granulate to a predetermined particle size.
そこで、従来では、図10に示すように、担体(一次粒子)1を触媒溶液2に含浸させて、触媒を担体表面に担持して触媒粒子3を形成し、その後加圧器4で加圧し、その後整粒することで、二次粒子の造粒体5を形成している。 Therefore, conventionally, as shown in FIG. 10, a carrier (primary particle) 1 is impregnated in a catalyst solution 2 to form a catalyst particle 3 by supporting the catalyst on the surface of the carrier, and then pressurized by a pressurizer 4. After that, the granulated body 5 of secondary particles is formed by sizing.
この造粒体5をナノカーボン材料製造用の触媒粒子とする場合、加圧されて密となっているので、原料ガスの流れが阻害され、原料ガスの拡散が造粒した粒子の内部まで到達することができない、という問題がある。 When this granulated body 5 is used as catalyst particles for producing a nanocarbon material, since it is pressurized and dense, the flow of the raw material gas is inhibited and the diffusion of the raw material gas reaches the inside of the granulated particles. There is a problem that you can not.
このため、所定量の原料ガスを供給しているにもかかわらず、造粒体の内部に原料が入ることができず、活性成分と接触することができない結果、ナノカーボン材料の生成量が低減するという問題がある。また、反応後の水素の排出も困難となるので、反応が良好に進行することができない、という問題がある。
また、加圧処理されているので、流動層内で触媒粒子同士が接触することで粉化する場合がある。
For this reason, despite the supply of a predetermined amount of raw material gas, the raw material cannot enter the granulated body and cannot come into contact with the active component, resulting in a reduction in the amount of nanocarbon material produced. There is a problem of doing. Moreover, since it becomes difficult to discharge hydrogen after the reaction, there is a problem that the reaction cannot proceed well.
Moreover, since it has been pressurized, it may be pulverized by contact between the catalyst particles in the fluidized bed.
本発明は、上記の事情に鑑み、連続的に大量生産を効率よく行う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粒子の製造方法、ナノカーボン材料製造用触媒粒子及びナノ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 method for producing catalyst particles for producing nanocarbon materials, capable of producing a single-layer carbon material with high purity that can be efficiently and continuously mass-produced, and nanocarbon. It is an object to provide a catalyst particle for material production and a nanocarbon material production 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、一次粒子担体を成形して一次粒子成形品を得る成形工程と、前記一次粒子成形品を焼結する焼結工程と、前記焼結後の一次粒子焼結体を粉砕し、整粒して二次粒子担体とする第1の粉砕・整粒工程と、整粒された二次粒子担体を触媒溶液に浸漬させ、触媒を担持させる触媒担持工程と、触媒を担持した触媒粒子を乾燥する乾燥工程と、乾燥した触媒粒子乾燥体を粉砕し、整粒してナノカーボン材料製造用触媒粒子とする第2の粉砕・整粒工程とを含むものであることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法にある。 The first invention of the present invention for solving the above-mentioned problems includes a molding step of molding a primary particle carrier to obtain a primary particle molded product, a sintering step of sintering the primary particle molded product, and the firing The primary particle sintered body after pulverization is pulverized and sized and used as a secondary particle carrier, and the secondary pulverized particle carrier is immersed in the catalyst solution to carry the catalyst. Catalyst supporting step for drying, drying step for drying the catalyst particles supporting the catalyst, and second pulverizing and sizing step for pulverizing and sizing the dried dried catalyst particle to obtain catalyst particles for producing nanocarbon material And a method for producing catalyst particles for producing a nanocarbon material.
第2の発明は、一次粒子担体を成形して一次粒子成形品を得る第1の成形工程と、前記一次粒子成形品を焼結する第1の焼結工程と、前記焼結後の一次粒子焼結体を粉砕し、整粒して二次粒子担体とする第1の粉砕・整粒工程と、二次粒子担体を成形して二次粒子成形品を得る第2の成形工程と、前記二次粒子成形品を焼結する第2の焼結工程と、前記焼結後の二次粒子焼結体を粉砕し、整粒して三次粒子担体とする第2の粉砕・整粒工程と、整粒された三次粒子担体を触媒溶液に浸漬させ、触媒を担持させる触媒担持工程と、触媒を担持した触媒粒子を乾燥する乾燥工程と、乾燥した触媒粒子乾燥体を粉砕し、整粒してナノカーボン材料製造用触媒粒子とする第3の粉砕・整粒工程とを含むものであることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法にある。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a first molding step for obtaining a primary particle molded product by molding a primary particle carrier, a first sintering step for sintering the primary particle molded product, and the primary particles after the sintering. A first pulverization and sizing step of pulverizing and sizing the sintered body to obtain a secondary particle carrier; a second molding step of forming a secondary particle carrier by molding the secondary particle carrier; and A second sintering step of sintering the secondary particle molded product, and a second pulverizing and sizing step of pulverizing and sizing the sintered secondary particle sintered body to obtain a tertiary particle carrier, Then, the sized tertiary particle carrier is immersed in the catalyst solution to carry the catalyst, the catalyst carrying step for carrying the catalyst, the drying step for drying the catalyst particles carrying the catalyst, and the dried catalyst particle dried body is pulverized and sized. And a third pulverizing and sizing step for producing catalyst particles for producing the nanocarbon material. In the manufacturing method of use catalyst particles.
第3の発明は、一次粒子担体を触媒溶液に浸漬させ、触媒を担持させる触媒担持工程と、触媒を一次粒子担体に担持した触媒粒子を乾燥する乾燥工程と、前記乾燥した触媒粒子乾燥体を粉砕・整粒して触媒粒子とする第1の粉砕・整粒工程と、得られた触媒粒子を加圧器で成形する成形工程と、前記成形後の触媒粒子成形品を焼結する焼結工程と、前記焼結後の粒子焼結体を粉砕し、整粒してナノカーボン材料製造用触媒粒子とする第2の粉砕・整粒工程とを含むことを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法にある。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a catalyst supporting step of immersing a primary particle carrier in a catalyst solution and supporting the catalyst, a drying step of drying catalyst particles supporting the catalyst on the primary particle carrier, and the dried catalyst particle dried body. First pulverization / granulation step for pulverization / granulation to obtain catalyst particles, molding step for molding the obtained catalyst particles with a pressurizer, and sintering step for sintering the molded catalyst particle product after the molding And a second pulverizing and sizing step of pulverizing and sizing the sintered particle body after the sintering to obtain catalyst particles for producing the nanocarbon material. It is in the manufacturing method of particle.
第4の発明は、第1又は3の発明において、前記成形工程において、気孔材を一次粒子担体に混入することを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法にある。 A fourth invention is the method for producing catalyst particles for producing a nanocarbon material according to the first or third invention, wherein in the molding step, a pore material is mixed into a primary particle carrier.
第5の発明は、第2の発明において、前記第1成形工程又は第2成形工程において、気孔材を粒子担体に混入することを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法にある。 A fifth invention is the method for producing catalyst particles for producing nanocarbon material according to the second invention, wherein a pore material is mixed into a particle carrier in the first molding step or the second molding step.
第6の発明は、第4又は5において、前記気孔材が樹脂であることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法にある。 A sixth invention is the method for producing catalyst particles for producing a nanocarbon material according to the fourth or fifth aspect, wherein the pore material is a resin.
第7の発明は、第1乃至6のいずれか一つの発明において、活性金属が、V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Znのいずれか一種又はこれらの組合せであり、担体がアルミナ、アルミン酸ナトリウム、ミョウバン、リン酸アルミニウム、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、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、リン酸カルシウム、又はリン酸マグネシウムのいずれか一種又はこれらの組合せであることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法にある。 In a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, the active metal is any one of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Zn, or a combination thereof, and the carrier is Alumina, sodium aluminate, alum, aluminum phosphate, calcium oxide, calcium carbonate, calcium sulfate, magnesium oxide, magnesium hydroxide, magnesium sulfate, calcium phosphate, or magnesium phosphate, or a combination thereof It is in the manufacturing method of the catalyst particle for nanocarbon material manufacture made into.
第8の発明は、第7の発明において、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ことを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法にある。 An eighth invention is the method for producing catalyst particles for producing a nanocarbon material according to the seventh invention, wherein the active metal contains one or both promoters of Mo and W.
第9の発明は、第1乃至8のいずれか一つの発明において、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粒子の製造方法にある。 A ninth invention is the method for producing catalyst particles for producing a nanocarbon material according to any one of the first to eighth inventions, wherein the nanocarbon material is a single-layer nanocarbon tube.
第10の発明は、第1乃至9のいずれか一つのナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法により得られたことを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒粒子にある。 A tenth aspect of the invention resides in a catalyst particle for producing a nanocarbon material obtained by the method for producing a catalyst particle for producing a nanocarbon material according to any one of the first to ninth aspects.
第11の発明は、第1乃至9のいずれか一つのナノカーボン材料製造用触媒粒子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、該回収されたナノカーボン材料から担体を分離するナノカーボン材料精製装置と、を具備することを特徴とするナノカーボン材料の製造システムにある。 An eleventh aspect of the invention is a production apparatus for producing a nanocarbon material from a carbon raw material by using the nanocarbon material production catalyst particles obtained by the production method of any one of the first to ninth nanocarbon material production catalyst particles. A nanocarbon material manufacturing system comprising: a recovery device that recovers the carbon material from a manufacturing device; and a nanocarbon material purification device that separates a carrier from the recovered nanocarbon material. .
第12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ナノカーボン材料の製造システムにある。 A twelfth invention is the nanocarbon 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、担体が焼結工程により処理されているので、担体内部の空隙率が向上し、原料ガスの拡散が速やかに行うことができ、ナノカーボン材料の製造効率が増大する。また、焼結処理により、粉化を防止することができ、例えば流動層反応装置の流動材を兼用した触媒粒子として長期間に亙って安定してナノカーボン材料を製造することができる。 According to the present invention, since the carrier is processed by the sintering process, the porosity inside the carrier is improved, the raw material gas can be diffused quickly, and the production efficiency of the nanocarbon material is increased. In addition, the sintering treatment can prevent pulverization. For example, the nanocarbon material can be stably produced over a long period of time as catalyst particles that also serve as a fluidizing material of a fluidized bed reactor.
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]
図1は第1実施形態にかかるナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法の工程模式図であり、図2はその工程図である。
これらの図面に示すように、本発明の実施形態のナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法は、一次粒子担体11を例えば加圧器12等の加圧装置によりプレス成形して一次粒子成形品13を得る成形工程S−11と、前記一次粒子成形品13を焼結する焼結工程S−12と、前記焼結後の一次粒子焼結体14を粉砕し、整粒して二次粒子担体15とする第1の粉砕・整粒工程S−13と、整粒された二次粒子担体15を溶液槽16の触媒溶液17に浸漬させ、触媒を担持させる触媒担持工程S−14と、触媒を担持した触媒粒子を乾燥する乾燥工程S−15と、乾燥した触媒粒子乾燥体18を粉砕し、整粒してナノカーボン材料製造用触媒粒子19とする第2の粉砕・整粒工程S−16とを含むものである。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a process schematic diagram of a method for producing catalyst particles for producing a nanocarbon material according to the first embodiment, and FIG. 2 is a process diagram thereof.
As shown in these drawings, in the method for producing catalyst particles for producing nanocarbon material according to the embodiment of the present invention, the
本方法によれば、前記焼結工程S−12で焼結することにより担体内部の細孔が拡大し、さらに整粒することで粒が揃った担体とすることができる。この結果、原料ガスの拡散が良好となると共に、原料ガスが分解して生成する水素(H2)が速やかに排出されることになり、ナノカーボン材料生成反応が良好に進行することになる。 According to this method, by sintering in the sintering step S-12, the pores inside the carrier are enlarged, and further, the particles are aligned to obtain a carrier with uniform grains. As a result, the diffusion of the raw material gas becomes good, and hydrogen (H 2 ) generated by the decomposition of the raw material gas is quickly discharged, and the nanocarbon material generation reaction proceeds well.
すなわち、一次粒子は1μm以下の微細な粒子であるので、この粒子を加圧器12により加圧成形させ、一次粒子成形品13を後焼成することにより、担体同士が一体となった焼結体を形成する。この焼結の際に、担体内部に空隙が形成されることになる。
この一次粒子焼結体は粉砕、整粒され、数μm〜数100μmの二次粒子担体15とする。この二次粒子担体15は活性成分が担持されていないので、触媒活性はない。
その後、触媒溶液17に二次粒子担体15を浸漬させ、活性金属を担持させる。その後、触媒溶液を蒸発乾固させ、触媒粒子乾燥体18を形成する。この触媒粒子乾燥体18は数μm〜数100μmの粉体からなる塊である。
この触媒粒子乾燥体18を粉砕し、整粒することで所定粒径のナノカーボン材料製造用触媒粒子19とする。
That is, since the primary particles are fine particles having a size of 1 μm or less, the particles are press-molded by the
The primary particle sintered body is pulverized and sized to obtain a
Thereafter, the
The dried catalyst particle 18 is pulverized and sized to obtain
図3に得られたナノカーボン材料製造用触媒粒子19の模式概略図を示す。なお、図3中一点鎖線は、担体1が集合して焼結体6を構成している部分である。この焼結体の表面に触媒2aが担持されることになる。
このナノカーボン材料製造用触媒粒子19はそのまま用いることもできるが、必要に応じて100μm〜10mm、好ましくは400μm〜0.5mm程度に造粒するようにしてもよい。
The schematic schematic diagram of the
The
前記成形工程での加圧条件は、50kg/cm2〜10t/cm2程度とするのが好ましい。 The pressing condition in the molding step is preferably about 50 kg / cm 2 to 10 t / cm 2 .
前記焼結工程での燃焼条件は、例えば800℃以上とするのが望ましい。 The combustion conditions in the sintering step are desirably 800 ° C. or higher, for example.
また、前記成形工程S−11において、気孔材を一次粒子担体に混入すると共に、焼結工程S−12において、当該気孔材を燃焼させることにより、例えば図4に示すように、担体1が密接に集合している内部に気孔材があった場所が結果として空隙を形成したナノカーボン材料製造用触媒粒子20を形成するようになる。この結果、より高い空隙率とすることができる。
ここで、前記気孔材としては、例えばポリエチレングリコール(PEG)等の樹脂を挙げることができる。得られた気孔径は数nm〜数10nm程度とするのが好ましい。なお、樹脂としては、PEGの他にPVA等を用いることができる。
Further, in the molding step S-11, the pore material is mixed into the primary particle carrier, and in the sintering step S-12, the pore material is burned, so that the
Here, examples of the pore material include resins such as polyethylene glycol (PEG). The obtained pore diameter is preferably about several nm to several tens of nm. As the resin, PVA or the like can be used in addition to PEG.
前記触媒溶液の活性金属としては、V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Znのいずれか一種又はこれらの組合せである。 The active metal of the catalyst solution is any one of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Zn, or a combination thereof.
また、前記担体としては,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 the carrier include aluminum compounds such as alumina, sodium aluminate, alum, and aluminum phosphate; calcium compounds such as calcium oxide, calcium carbonate, and calcium sulfate; and magnesium compounds such as magnesium oxide, magnesium hydroxide, and magnesium sulfate. It is preferable to use apatite type 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 solid solution.
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
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.
[第2実施形態]
図5は第2実施形態にかかるナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法の工程模式図であり、図6はその工程図である。
本発明の実施形態のナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法は、一次粒子担体11を例えば加圧器12等の加圧装置によりプレス成形して一次粒子成形品13を得る第1の成形工程S−21と、前記一次粒子成形品13を焼結する第1の焼結工程S−22と、
前記焼結後の一次粒子焼結体14を粉砕し、整粒して二次粒子担体15とする第1の粉砕・整粒工程S−23と、二次粒子担体15を例えば加圧器12等の加圧装置によりプレス成形して二次粒子成形品21を得る第2の成形工程S−24と、前記二次粒子成形品21を焼結する第2の焼結工程S−25と、前記焼結後の二次粒子焼結体22を粉砕し、整粒して三次粒子担体23とする第2の粉砕・整粒工程S−26と、整粒された三次粒子担体23を溶液槽16の触媒溶液17に浸漬させ、触媒を担持させる触媒担持工程S−27と、触媒を担持した触媒粒子を乾燥する乾燥工程S−28と、乾燥した触媒粒子乾燥体24を粉砕し、整粒してナノカーボン材料製造用触媒粒子25とする第3の粉砕・整粒工程S−29とを含むものである。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a process schematic diagram of the method for producing catalyst particles for producing nanocarbon material according to the second embodiment, and FIG. 6 is a process diagram thereof.
In the method for producing catalyst particles for producing a nanocarbon material according to an embodiment of the present invention, the
The primary particle sintered
本方法によれば、焼結工程で焼結することにより細孔が拡大し、さらに整粒することで粒が揃った担体とすることができ、原料ガスの拡散が良好となると共に、原料ガスが分解して生成する水素(H2)が速やかに排出されることになり、ナノカーボン材料生成反応が良好に進行することになる。さらに本方法では、2回の焼成工程S−22,S−25を経ているので、焼結がさらに進行して高強度化を実現することとなる。この結果、例えば流動層反応装置に用いる場合における流動触媒の粉化を防ぐことができる。 According to this method, the pores are enlarged by sintering in the sintering step, and further, the carrier can be made uniform by sizing, and the diffusion of the raw material gas becomes good and the raw material gas As a result, hydrogen (H 2 ) generated by the decomposition of hydrogen will be discharged quickly, and the nanocarbon material generation reaction will proceed well. Furthermore, in this method, since the two firing steps S-22 and S-25 are performed, the sintering further proceeds to achieve high strength. As a result, for example, the fluidized catalyst can be prevented from being powdered when used in a fluidized bed reactor.
また、触媒の活性成分として、例えば炭素源としてメタノール等のアルコールを用いる場合には、鉄以外の活性成分(例えばコバルト)が好ましい。このような際に、活性成分の機能を発揮させるものとしてではなく、造粒補強機能を発揮するように鉄等の造粒補強材も同時に担持させることで、造粒強度の向上を図るようにしてもよい。 Moreover, when using alcohol, such as methanol, as an active component of a catalyst, for example, active components other than iron (for example, cobalt) are preferable. In such a case, it is not intended to exhibit the function of the active ingredient, but to improve the granulation strength by simultaneously supporting a granulation reinforcing material such as iron so as to exhibit the granulation reinforcement function. May be.
[第3実施形態]
図7は第3実施形態にかかるナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法の工程模式図であり、図8はその工程図である。
本発明の実施形態のナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法は、一次粒子担体11を触媒溶液17に浸漬させ、触媒を担持させる触媒担持工程S−31と、触媒を一次粒子担体に担持した触媒粒子を乾燥する乾燥工程S−32と、前記乾燥した触媒粒子乾燥体30を粉砕・整粒して触媒粒子31とする第1の粉砕・整粒工程S−33と、得られた触媒粒子31を加圧器12で成形する成形工程S−34と、前記成形後の触媒粒子成形品32を焼結する焼結工程S−35と、前記焼結後の触媒粒子焼結体33を粉砕し、整粒してナノカーボン材料製造用触媒粒子34とする第2の粉砕・整粒工程S−36とを含むことである。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is a process schematic diagram of a method for producing nanocarbon material production catalyst particles according to the third embodiment, and FIG. 8 is a process diagram thereof.
In the method for producing catalyst particles for producing nanocarbon material according to the embodiment of the present invention, the
前述した第1及び第2実施形態では、触媒の担持は焼結工程の後に行っていたが、本実施形態では、焼結工程の前において触媒を担持させている。
この触媒を予め担持させることにより、融点が下がるので焼結性が向上することになる。
In the first and second embodiments described above, the catalyst is supported after the sintering step. However, in this embodiment, the catalyst is supported before the sintering step.
By preloading this catalyst, the melting point is lowered, so that the sinterability is improved.
[第4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9を参照しつつ説明する。
本実施形態では、前述した所定粒径の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9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100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101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102とを具備するものである。
[Fourth 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 catalyst having the predetermined particle diameter described above is also used as a fluidizing material, and is used as a fluidizing catalyst. As shown in FIG. 9, 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110を充填した流動層反応部111−1と、原料ガスである炭素源112を前記流動層反応部111−1内に供給する原料供給装置113と、流動触媒110を前記流動層反応部111−1内に供給する流動触媒供給装置114と、前記流動層反応部111−1内の流動材である流動触媒110が飛散及び流下する空間を有するフリーボード部111−2と、前記流動層反応部111−1に導入し、内部の流動触媒110を流動させる流動ガス115を供給する流動ガス供給装置116と、流動層反応部111−1を加熱する加熱部111−3と、該フリーボード部111−2から飛散されたナノカーボン材料生成物(微粒)120−1を回収する第1回収ライン121−1と、第1回収ライン121−1で回収された流動触媒110及びナノカーボン材料生成物(微粒)120−1から排ガス123を分離・回収する分離・回収装置101と、流動層反応部111−1から流動触媒110及びナノカーボン材料生成物(粗粒)120−2を抜き出す第2回収ライン121−2と、抜き出された流動触媒110及びナノカーボン材料生成物(粗粒)120−2と、分離・回収装置101からのナノカーボン材料生成物(微粒)120−1とを回収する回収装置122と、回収装置122で回収されたナノカーボン材料生成物(微粒)120−1及びナノカーボン材料生成物(粗粒)120−2に付着している触媒を除去し、ナノカーボン材料純品122とする精製装置102と、前記分離・回収装置101で分離された排ガス123を処理する排ガス処理装置124とを具備するものである。
Specifically, the nanocarbon material manufacturing system includes a fluidized bed reaction unit 111-1 filled with a fluidized catalyst 110, which is a fluidized material, and a carbon source 112, which is a raw material gas, in the fluidized bed reaction unit 111-1. A raw
前記流動層反応部111−1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111−1とフリーボード部111−2と加熱部111−3とから流動層反応器111を構成している。また、フリーボード部111−2は、流動層反応部111−1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 unit 111-1 includes a bubble fluidized bed type and a jet fluidized bed type, and any of them may be used in the present invention.
In the present embodiment, the fluidized bed reactor 111 is composed of the fluidized bed reaction unit 111-1, the free board unit 111-2, and the heating unit 111-3. The free board section 111-2 preferably has a larger flow path cross-sectional area than the fluidized bed reaction section 111-1.
前記原料供給装置113より供給される原料ガスである炭素源112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 carbon source 112 that is the raw material gas supplied from the raw
この炭素源112は、流動層反応部111−1内にガス状態で供給し、流動材である流動触媒110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115として流動ガス供給装置116により不活性ガスを流動層反応部111−1内に導入している。
The carbon source 112 is supplied in a gas state into the fluidized bed reaction unit 111-1, and a uniform reaction is performed by stirring with the fluidized catalyst 110 that is a fluidized material, thereby growing the nanocarbon material. At this time, an inert gas is separately introduced into the fluidized bed reaction section 111-1 as the fluidized gas 115 by the fluidized
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、例えば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, a temperature range of 300 ° C. to 1300 ° C., more preferably a temperature range of 400 ° C. to 1200 ° C., for example, by contacting a carbon raw material such as methane with a catalyst in a coexisting environment of impurity carbon decomposition products for a certain time, The material is synthesized.
前記分離・回収装置101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101で分離されたナノカーボン材料生成物(微粒)120−1は、付着した触媒を分離する精製装置102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122として回収するようにしている。
本実施形態においては、流動触媒110の空隙率の増大したナノカーボン材料製造用触媒粒子を流動触媒110として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、ナノカーボン材料の製造効率の増大を図ることができ、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。
Further, the nanocarbon material product (fine particles) 120-1 separated by the separation /
In this embodiment, since the nanocarbon material is produced using the catalyst particles for producing the nanocarbon material having the increased porosity of the fluidized catalyst 110 as the fluidized catalyst 110, the production efficiency of the nanocarbon material is increased. As a result, mass production of nanocarbon materials with extremely high purity can be realized as a product.
以上のように、本発明にかかるカーボン材料製造用触媒の製造方法は、焼成により空隙率を向上させているので、ナノカーボン材料の製造効率を増大することができ、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, since the method for producing a catalyst for producing a carbon material according to the present invention improves the porosity by firing, the production efficiency of the nanocarbon material can be increased, and a large amount of large-scale carbon material can be obtained. Production can be realized.
11 一次粒子担体
12 加圧器
13 一次粒子成形品
14 一次粒子焼結体
15 二次粒子担体
16 溶液槽
17 触媒溶液
18 触媒粒子乾燥体
19 ナノカーボン材料製造用触媒粒子
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記一次粒子成形品を焼結する焼結工程と、
前記焼結後の一次粒子焼結体を粉砕し、整粒して二次粒子担体とする第1の粉砕・整粒工程と、
整粒された二次粒子担体を触媒溶液に浸漬させ、触媒を担持させる触媒担持工程と、
触媒を担持した触媒粒子を乾燥する乾燥工程と、
乾燥した触媒粒子乾燥体を粉砕し、整粒してナノカーボン材料製造用触媒粒子とする第2の粉砕・整粒工程とを含むものであることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法。 A molding step of molding a primary particle carrier to obtain a primary particle molded product;
A sintering step of sintering the primary particle molded article;
A first pulverizing and sizing step of pulverizing the primary particle sintered body after the sintering to obtain a secondary particle carrier by sizing;
A catalyst supporting step of immersing the sized secondary particle carrier in the catalyst solution and supporting the catalyst;
A drying step of drying the catalyst particles carrying the catalyst;
A method for producing catalyst particles for producing nanocarbon materials, comprising: a second pulverizing and sizing step of pulverizing and sizing dry dried catalyst particles to obtain catalyst particles for producing nanocarbon materials. .
前記一次粒子成形品を焼結する第1の焼結工程と、
前記焼結後の一次粒子焼結体を粉砕し、整粒して二次粒子担体とする第1の粉砕・整粒工程と、
二次粒子担体を成形して二次粒子成形品を得る第2の成形工程と、
前記二次粒子成形品を焼結する第2の焼結工程と、
前記焼結後の二次粒子焼結体を粉砕し、整粒して三次粒子担体とする第2の粉砕・整粒工程と、
整粒された三次粒子担体を触媒溶液に浸漬させ、触媒を担持させる触媒担持工程と、
触媒を担持した触媒粒子を乾燥する乾燥工程と、
乾燥した触媒粒子乾燥体を粉砕し、整粒してナノカーボン材料製造用触媒粒子とする第3の粉砕・整粒工程とを含むものであることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法。 A first molding step of molding a primary particle carrier to obtain a primary particle molded product;
A first sintering step of sintering the primary particle molded article;
A first pulverizing and sizing step of pulverizing the primary particle sintered body after the sintering to obtain a secondary particle carrier by sizing;
A second molding step of molding a secondary particle carrier to obtain a secondary particle molded product;
A second sintering step of sintering the secondary particle molded article;
Pulverizing the sintered secondary particle sintered body, and sizing to obtain a tertiary particle carrier;
A catalyst supporting step of immersing the sized tertiary particle carrier in the catalyst solution and supporting the catalyst;
A drying step of drying the catalyst particles carrying the catalyst;
A method for producing catalyst particles for producing nanocarbon materials, comprising: a third pulverizing and sizing step of pulverizing and sizing dry dried catalyst particles to obtain catalyst particles for producing nanocarbon materials. .
触媒を一次粒子担体に担持した触媒粒子を乾燥する乾燥工程と、
前記乾燥した触媒粒子乾燥体を粉砕・整粒して触媒粒子とする第1の粉砕・整粒工程と、
得られた触媒粒子を加圧器で成形する成形工程と、
前記成形後の触媒粒子成形品を焼結する焼結工程と、
前記焼結後の粒子焼結体を粉砕し、整粒してナノカーボン材料製造用触媒粒子とする第2の粉砕・整粒工程とを含むことを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法。 A catalyst supporting step of immersing the primary particle carrier in the catalyst solution and supporting the catalyst;
A drying step of drying the catalyst particles carrying the catalyst on the primary particle carrier;
A first pulverizing and sizing step for pulverizing and sizing the dried catalyst particle dried body to form catalyst particles;
A molding step of molding the obtained catalyst particles with a pressurizer;
A sintering step of sintering the molded catalyst particle molded product,
A second pulverization / granulation step of pulverizing and sizing the sintered particle body after the sintering to obtain nanocarbon material production catalyst particles. Production method.
前記成形工程において、気孔材を一次粒子担体に混入することを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法。 In claim 1 or 3,
A method for producing catalyst particles for producing a nanocarbon material, wherein a pore material is mixed in a primary particle carrier in the molding step.
前記第1成形工程又は第2成形工程において、気孔材を粒子担体に混入することを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法。 In claim 2,
In the first molding step or the second molding step, a pore material is mixed in a particle carrier, and the method for producing catalyst particles for producing a nanocarbon material is provided.
前記気孔材が樹脂であることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法。 In claim 4 or 5,
The method for producing catalyst particles for producing a nanocarbon material, wherein the pore material is a resin.
活性金属が、V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Znのいずれか一種又はこれらの組合せであり、
担体がアルミナ、アルミン酸ナトリウム、ミョウバン、リン酸アルミニウム、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、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、リン酸カルシウム、又はリン酸マグネシウムのいずれか一種又はこれらの組合せであることを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法。 In any one of Claims 1 thru | or 6,
The active metal is any one of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn or a combination thereof;
The carrier is alumina, sodium aluminate, alum, aluminum phosphate, calcium oxide, calcium carbonate, calcium sulfate, magnesium oxide, magnesium hydroxide, magnesium sulfate, calcium phosphate, or magnesium phosphate, or a combination thereof. The manufacturing method of the catalyst particle for nanocarbon material manufacture characterized by these.
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ことを特徴とするナノカーボン材料製造用触媒粒子の製造方法。 In claim 7,
A method for producing catalyst particles for producing a nanocarbon material, wherein the active metal contains one or both of promoters of Mo and W.
前記カーボン材料を製造装置から回収する回収装置と、
該回収されたナノカーボン材料から担体を分離するナノカーボン材料精製装置と、を具備することを特徴とするナノ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 particle for producing a nanocarbon material obtained by the method for producing a catalyst particle for producing a nanocarbon material according to any one of claims 1 to 9,
A recovery device for recovering the carbon material from a manufacturing device;
And a nanocarbon material refining device for separating the carrier from the recovered nanocarbon 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ナノカーボン材料の製造システム。 In claim 11,
A production system for producing a nanocarbon material, wherein the production apparatus for producing the nanocarbon material is a fluidized bed reactor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005047841A JP4468206B2 (en) | 2005-02-23 | 2005-02-23 | Method for producing catalyst particles for producing nanocarbon materials, catalyst particles for producing nanocarbon materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005047841A JP4468206B2 (en) | 2005-02-23 | 2005-02-23 | Method for producing catalyst particles for producing nanocarbon materials, catalyst particles for producing nanocarbon materials |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006231172A JP2006231172A (en) | 2006-09-07 |
JP4468206B2 true JP4468206B2 (en) | 2010-05-26 |
Family
ID=37039401
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005047841A Active JP4468206B2 (en) | 2005-02-23 | 2005-02-23 | Method for producing catalyst particles for producing nanocarbon materials, catalyst particles for producing nanocarbon materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4468206B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008188565A (en) * | 2007-02-07 | 2008-08-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fluid catalyst and nano-carbon material manufacturing apparatus and system using it |
JP5422625B2 (en) * | 2011-09-28 | 2014-02-19 | 三菱重工業株式会社 | Method for producing nanocarbon material |
CN112264019B (en) * | 2020-11-16 | 2023-10-13 | 南京工业大学 | Synthetic carbon nanotube catalyst taking waste gypsum as carrier, and preparation method and application thereof |
-
2005
- 2005-02-23 JP JP2005047841A patent/JP4468206B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006231172A (en) | 2006-09-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101785593B1 (en) | Method for simultaneously producing carbon nanotubes and hydrogen, and device for simultaneously producing carbon nanotubes and hydrogen | |
KR101543052B1 (en) | Carbon nano-tube manufacturing method and carbon nano-tube manufacturing apparatus | |
KR101460373B1 (en) | Method for the production of carbon nanotubes in a fluidized bed | |
US9409779B2 (en) | Catalyst for producing carbon nanotubes by means of the decomposition of gaseous carbon compounds on a heterogeneous catalyst | |
JP4160781B2 (en) | Method and apparatus for producing fibrous nanocarbon | |
Mleczko et al. | Carbon nanotubes: an example of multiscale development—a mechanistic view from the subnanometer to the meter scale | |
JP4064759B2 (en) | Carbon nanofiber manufacturing apparatus and method | |
JP2007230816A (en) | Method for dispersing carbon material and apparatus for manufacturing carbon material | |
JP2006232595A (en) | Apparatus for and system of producing nanocarbon material | |
JP4468206B2 (en) | Method for producing catalyst particles for producing nanocarbon materials, catalyst particles for producing nanocarbon materials | |
JP2006231107A (en) | Catalyst for manufacturing nanocarbon material, catalyst fine particles, manufacturing method of catalyst for manufacturing nanocarbon material | |
JP4967536B2 (en) | Nanocarbon material composite and method for producing the same | |
JP4064758B2 (en) | Method and apparatus for producing carbon nanofiber | |
JP2006231247A (en) | Catalyst for producing nanocarbon material, catalyst particulate, method for producing catalyst for producing nanocarbon material and carbon material production system | |
JP4949794B2 (en) | Method for producing catalyst for producing nanocarbon material | |
KR101487975B1 (en) | Continuous carbon nano-tube manufacturing apparatus and method | |
JP2004075457A (en) | Method and apparatus for producing carbon nanofiber | |
JP5422625B2 (en) | Method for producing nanocarbon material | |
JP4551240B2 (en) | Catalyst for producing nanocarbon material, method for producing the same, and apparatus for producing nanocarbon material | |
Zhang et al. | Few walled carbon nanotube production in large-scale by nano-agglomerate fluidized-bed process | |
JP4511972B2 (en) | Nanocarbon material production carrier, method for producing the carrier, nanocarbon material production apparatus | |
JP4690748B2 (en) | Nanocarbon material production equipment | |
CN113727942A (en) | Preparation method and preparation system of carbon nano tube | |
JP2007145678A (en) | Method for producing nanocarbon material | |
KR100483803B1 (en) | Preparation method for fibrous nano-carbon |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070226 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20070223 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090820 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090908 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091109 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100202 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100224 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4468206 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130305 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130305 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140305 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |