JP4690748B2 - Nanocarbon material production equipment - Google Patents
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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カーボン材料の製造装置に関する。 The present invention relates to a carbon material manufacturing apparatus capable of manufacturing 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 diameter and length of single-walled nanotubes vary. In addition, it was difficult to produce single-walled nanotubes with relatively uniform yarn diameter and yarn length in high yield.
なお、カーボンナノチューブの製造方法としては、上述したアーク法の他、気相熱分解法、レーザー昇華法、凝縮相の電解法などが提案されている（特許文献２乃至４）。
In addition to the arc method described above, a vapor phase pyrolysis method, a laser sublimation method, a condensed phase electrolysis method, and the like have been proposed as methods for producing carbon nanotubes (
しかしながら、これらの文献等に開示する製造方法はいずれも実験室又は小規模レベルの製造方法であり、特に炭素材料の収率が低く、しかも純度が低い、という問題がある。
近年、炭素材料の用途が拡大しており、このため、大量に効率よ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 been 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反応装置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 produced using a fluidized bed reactor (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、流動層反応装置では、流動材と触媒とを兼用した流動触媒を用いてカーボン材料を製造しているが、流動層反応装置が単一層であるので、製造効率の向上を図ることが求められている。 However, when producing a single-layer carbon material using a support in which an active metal is supported on a fluidized material by the fluidized bed method of Patent Document 5, the fluidized bed reactor uses a fluidized catalyst that combines a fluidized material and a catalyst. However, since the fluidized bed reactor is a single layer, it is required to improve the production efficiency.
また、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、例えば図８に示すように、担体１に担持される活性金属２からナノカーボン材料３が成長していく過程で、前記活性金属２の周囲にアモルファスや結晶性グラファイト等の不純物４が存在すると、ナノカーボン材料３の生長が停止する場合があり、これらにより、純度が低減するという問題がある。
Further, when a single-layer carbon material is produced using a carrier carrying an active metal in a fluid material, the
よって、高純度の単層のカーボン材料を例えば流動層方式等により工業的に製造することが望まれている。 Therefore, it is desired to industrially manufacture a high-purity single-layer carbon material by, for example, a fluidized bed method.
本発明は、上記の事情に鑑み、製造効率を向上させてナノカーボン材料を連続的に大量生産することができるナノカーボン材料製造装置を提供することを課題とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a nanocarbon material manufacturing apparatus capable of continuously mass-producing nanocarbon materials by improving manufacturing efficiency.
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、活性金属と、該活性金属を担持してなる担体とからなる流動触媒によりナノカーボン材料を流動層反応装置で製造するナノカーボン材料製造装置であって、前記流動層反応装置内部で流動作用及び触媒作用を奏する流動触媒を供給する供給装置と、前記流動触媒によりナノカーボン材料を生成させるカーボン原料を前記流動層反応装置内部に供給するナノカーボン原料供給装置と、ナノカーボン材料のアモルファスカーボンを除去する酸化性ガスを前記流動層反応装置内部に供給する酸化性ガス供給装置と、を具備し、且つ、前記酸化性ガスを、前記流動層反応装置の下部から、該流動層反応装置の内部に投入すると共に、前記カーボン原料を、前記流動層反応装置の中間部分から、該流動層反応装置の内部に投入することを特徴とするナノカーボン材料製造装置にある。 The first invention of the present invention for solving the above-mentioned problems is a nanocarbon material for producing a nanocarbon material in a fluidized bed reactor using a fluid catalyst comprising an active metal and a carrier carrying the active metal. A supply device for supplying a fluidized catalyst that exhibits fluidity and catalysis inside the fluidized bed reactor and a carbon raw material for generating a nanocarbon material by the fluidized catalyst inside the fluidized bed reactor A nanocarbon raw material supply device, and an oxidizing gas supply device for supplying an oxidizing gas for removing amorphous carbon of the nanocarbon material into the fluidized bed reaction device , and the oxidizing gas, The lower part of the fluidized bed reactor is charged into the fluidized bed reactor, and the carbon raw material is fed from the middle part of the fluidized bed reactor. Lying in the nano-carbon material production apparatus according to claim to be introduced into the interior of the dynamic bed reactor.
第２の発明は、第１の発明において、前記酸化性ガス供給装置が前記流動層反応装置の下部に設けられていることを特徴とするナノカーボン材料製造装置にある。 A second invention is the nanocarbon material manufacturing apparatus according to the first invention, wherein the oxidizing gas supply device is provided in a lower part of the fluidized bed reaction device.
第３の発明は、第１又は２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装置にある。 A third invention is the nanocarbon material manufacturing apparatus according to the first or second invention , wherein the nanocarbon material is a single-layer nanocarbon tube.
本発明によれば、ナノカーボン材料の製造を効率的に行うことができる。 According to the present invention, it is possible to efficiently produce a nanocarbon material.
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は本実施形態にかかるナノカーボン材料製造装置の概略図である。
図１に示すように、本実施形態にかかるナノカーボン材料製造装置は、流動層反応装置１１の内部を分割して少なくとも２以上の部屋（本実施形態では６部屋）としてなり、各分割した部屋がナノカーボン材料生成用流動触媒の前処理部１３と、カーボン原料を供給してナノカーボン材料を製造する反応部であるナノカーボン材料製造部１４とからなるものである。また、本実施形態では、反応部１４の後流側に後処理部１５を設けるようにしている。なお、本実施形態では流動層反応装置のフリーボード部は省略している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic view of a nanocarbon material manufacturing apparatus according to this embodiment.
As shown in FIG. 1, the nanocarbon material manufacturing apparatus according to the present embodiment divides the inside of the fluidized bed reaction apparatus 11 into at least two rooms (6 rooms in the present embodiment). Is composed of a
前記前処理部１３は、供給する触媒１６を所定の粒径まで造粒する造粒部１２−１と、造粒した造粒触媒１７ａを乾燥する乾燥部１２−２と、乾燥した造粒触媒１７ｂを所定温度で燃焼処理する焼成部１２−３と、燃焼処理した造粒触媒１７ｃを還元処理する還元部１２−４とから構成されている。造粒部１２−１には第１のガスＧ−１として不活性ガスが導入されている。
The
なお、本実施形態では、前記前処理部として、造粒部１２−１、乾燥部１２−２、焼成部１２−３、又は還元部１２−４の４つの組合せとしているが、これらのいずれかの組合せ又はこれらの二以上の組合せとすればよい。また、処理部は一つの部屋として機能を分割するようにしてもよい。 In addition, in this embodiment, although it is set as four combinations of the granulation part 12-1, the drying part 12-2, the baking part 12-3, or the reduction | restoration part 12-4 as the said pre-processing part, either of these Or a combination of two or more of these. Moreover, you may make it a process part divide | segment a function as one room.
また、ナノカーボン材料製造部１４では、前記還元処理した還元造粒触媒１７ｄを用いて、別途導入される第２のガス（カーボン原料ガス）Ｇ−２と反応してナノカーボン材料１８ａを製造している。その後、後処理部１５にて第３のガス（酸化性ガス）Ｇ−３により不純物を除去した後、ナノカーボン材料生成物１９として外部に取り出される。前記第３のガスＧ−３である酸化性ガスとしては、例えば水（Ｈ2Ｏ）、ＣＯ2等を挙げることができる。
Further, the nanocarbon
前記前処理部は各々の機能が独立しており、各処理条件の一例は以下の通りである。 Each function of the pre-processing unit is independent, and an example of each processing condition is as follows.
前記触媒１６は、活性金属を担体に担持したものを用いており、これを造粒部１２−１で所定粒径まで造粒している。
ここで、前記流動層方式に用いる場合の造粒する粒径としては、例えば０．１〜１０ｍｍの範囲、好適には４００μｍ〜０．５ｍｍ程度であることが好ましい。
なお、既に造粒した所定粒径の造粒触媒を用いるような場合には、造粒部１２−１は不要である。
As the
Here, the particle diameter to be granulated when used in the fluidized bed system is, for example, in the range of 0.1 to 10 mm, preferably about 400 μm to 0.5 mm.
In addition, when using the granulation catalyst of the predetermined particle diameter already granulated, the granulation part 12-1 is unnecessary.
造粒条件は、例えば４０〜１２０℃で、５〜２０時間、大気雰囲気又は窒素雰囲気中の０．０８ＭＰａ〜常圧で行うようにしている。 The granulation conditions are, for example, 40 to 120 ° C. and 5 to 20 hours at 0.08 MPa to normal pressure in an air atmosphere or a nitrogen atmosphere.
ここで、前記活性金属としては、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。
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の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
また、前記ナノメタルに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、ナノカーボン材料の生成を促進させるからである。
Here, the active metal is any one of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Zn, or a combination thereof.
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 an apatite type such as calcium phosphate or magnesium phosphate.
Here, the apatite, M 10 2+ (Z 5- O 4) 6 X 2 - composition mineral with M, ZO 4, each element as follows with respect to X, alone or in two or more The one that enters in a solid solution state.
M: Ca, Pb, Ba, Sr, Cd, Zn, Ni, Mg, Na, K, Fe, Al and other ZO 4: PO 4, AsO 4 ,
X: F, OH, Cl, Br, O, I
Moreover, you may make it contain the promoter of either one or both of Mo or W in the said nano metal. This is because, by adding a small amount of the promoter such as Mo, the decomposition of the carbon raw material is promoted, the incorporation of carbon into the active metal such as iron is promoted, and the production of the nanocarbon material is promoted. .
前記乾燥部１２−２は、１２０℃で数時間、大気雰囲気又は窒素雰囲気中の０．０１ＭＰａ〜常圧で行うようにしている。 The drying unit 12-2 is performed at 120 ° C. for several hours at 0.01 MPa to normal pressure in an air atmosphere or a nitrogen atmosphere.
前記焼成部１２−３は、活性金属の露出部部分を微細化する処理であり、図６に示すように、担体２０に活性金属（例えばＦｅ）２１を担持し、その後、焼成して担体２０と活性金属２１との拡散層２２を形成し、該拡散層２２によって前記活性金属２１の一部を覆い、前記活性金属２１の露出部分を微細化２３するようにしている。
この結果、この活性金属の露出部分を微細化した触媒を用いてナノカーボン材料を製造すると、微細化された活性金属部分からのみナノカーボン材料２４が生長することになる。この結果、ナノカーボン材料２４は細いもののみを製造することができる。
The fired portion 12-3 is a process for refining the exposed portion of the active metal. As shown in FIG. 6, the
As a result, when a nanocarbon material is produced using a catalyst in which the exposed portion of the active metal is refined, the
前記還元処理部１２−４は、２００〜８００℃、０．５〜２０時間、Ｎ2、Ａｒ，Ｈｅ等の不活性ガス雰囲気又はＨ2、ＣＯ等の還元ガス（ガス濃度０．１〜５０％）雰囲気中の常圧で行うようにしている。 The reduction treatment unit 12-4 is 200 to 800 ° C., 0.5 to 20 hours, an inert gas atmosphere such as N 2 , Ar, or He or a reducing gas such as H 2 or CO (gas concentration 0.1 to 50). %) At atmospheric pressure in the atmosphere.
前記第２のガス（カーボン原料ガス）Ｇ−２である炭素源は、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などのアルカン類、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つ以上組み合わせて供給することもできる。 The carbon source that is the second gas (carbon raw material gas) G-2 may be any carbon-containing compound, such as methane, ethane, propane, and hexane in addition to CO and CO 2. Alkanes, unsaturated organic compounds such as ethylene, propylene and acetylene, aromatic compounds such as benzene and toluene, organic compounds having an oxygen-containing functional group such as alcohols, ethers and carboxylic acids, polyethylene, polypropylene and the like Examples thereof include molecular materials, petroleum and coal (including coal conversion gas), but the present invention is not limited to these. In order to control the oxygen concentration, two or more oxygen-containing carbon sources CO, CO 2 , alcohols, ethers, carboxylic acids and the like and carbon sources not containing oxygen can be supplied in combination.
この炭素源は、ナノカーボン材料製造部１４内にガス状態で供給し、流動材である流動触媒１７ｄ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１８ａを成長させている。この際、所定の流動条件となるように、別途流動ガス（図示せず）として不活性ガスを導入するようにしている。
This carbon source is supplied in a gas state into the nanocarbon
そして、３００℃から１３００℃の温度範囲、より好ましくは４００℃から１２００℃の温度範囲とし、メタン等の炭素原料を不純物炭素分解物の共存環境下で一定時間触媒に接触することによってナノカーボン材料を合成している。 A nanocarbon material is obtained 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 in a temperature range of 300 ° C. to 1300 ° C., more preferably 400 ° C. to 1200 ° C. Is synthesized.
前記後処理部１５は、反応部であるナノカーボン材料製造部１４の後流側に第３のガスＧ−３である酸化性ガスを供給して、ナノカーボン材料製造時に発生するアモルファスカーボンを除去するようにしている。
The post-processing unit 15 supplies an oxidizing gas, which is the third gas G-3, to the downstream side of the nanocarbon
図７に示すように、担体１に担持されている活性金属２からナノカーボン材料３が成長するが、活性金属の周囲にアモルファスカーボン等の不純物４が生成されるとナノカーボン材料３の生長が停止される。このような状態において、前述したような酸化性ガスからなる第３のガスＧ−３を供給することで、不純物が除去される。この結果、ナノカーボン材料３の生長が開始される。
なお、前記不活性ガス、原料ガス及び酸化性ガスは図示しないガス供給装置により流動層反応装置内部に供給するようにしている。
As shown in FIG. 7, the
The inert gas, raw material gas and oxidizing gas are supplied into the fluidized bed reactor by a gas supply device (not shown).
後処理部１５によって純度を向上させたナノカーボン材料１８ｂは、ナノカーボン材料生成物１９として、外部に送られ、分離・回収装置４０により、ナノカーボン材料１９と同伴した流動触媒１７ｄとを分離するようにしている。この分離回収装置４０としては、例えばサイクロン、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挙げることができる。
The
また、前記分離・回収装置で分離されたナノカーボン材料生成物１９は、付着した触媒を分離する精製装置４１により、ナノ単位のナノカーボン材料純品（例えば単層又は２層カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ等）４２として回収するようにしている。
Further, the
図２は、流動層反応装置の概略図である。図２は、流動層反応装置を２つにした一例である。図２に示すように、前処理部１３とナノカーボン材料製造部１４とから流動層反応装置３０−１を構成してなり、前処理部としては、前述した造粒部１２−１、乾燥部１２−２、焼成部１２−３、還元部１２−４のいずれかを実施できるようにしている。
FIG. 2 is a schematic view of a fluidized bed reactor. FIG. 2 shows an example in which two fluidized bed reactors are used. As shown in FIG. 2, a fluidized bed reactor 30-1 is constituted by the
図３は、他の流動層反応装置の概略図である。図３に示すように、前処理部１３とナノカーボン材料製造部１４とから流動層反応装置３０−２を構成してなり、前処理部１３とナノカーボン材料製造部１４には、加熱用の熱媒体３１を配設したものである。これにより外部に加熱手段を設けることなく、前処理及びナノカーボン材料製造の熱源とすることができる。
FIG. 3 is a schematic view of another fluidized bed reactor. As shown in FIG. 3, a fluidized bed reactor 30-2 is configured from the
図４は、他の流動層反応装置の概略図である。図４に示すように、前処理部１３とナノカーボン材料製造部１４とから流動層反応装置３０−３を構成してなり、反応部であるナノカーボン製造部１４内に第３のガスＧ−３を供給して、ナノカーボン材料の製造と後処理とを一緒にした一例である。
この結果、第３のガスＧ−３を導入することで、ナノカーボン材料の製造と活性金属から生成したナノカーボン材料の分離を同時並行で行うことができる。
FIG. 4 is a schematic view of another fluidized bed reactor. As shown in FIG. 4, a fluidized bed reactor 30-3 is constituted by the
As a result, by introducing the third gas G-3, the production of the nanocarbon material and the separation of the nanocarbon material generated from the active metal can be performed simultaneously.
［第２実施形態］
図５は本実施形態にかかるナノカーボン材料製造装置の概略図である。
図５に示すように、ナノカーボン材料製造装置は、活性金属と、該活性金属を担持してなる担体とからなる流動触媒によりナノカーボン材料をフリーボード部５０とナノカーボン材料製造部５１とからなる流動層反応装置５２で製造するナノカーボン材料製造装置であって、流動層反応装置５２のナノカーボン材料製造部５１内部で流動作用及び触媒作用を奏する流動触媒３４を供給する供給装置３１と、前記流動触媒３４によりカーボン材料を生成させるカーボン原料である第２のガスＧ―２を流動層内部に供給するカーボン原料供給装置３２と、ナノカーボン材料の生成の際に発生するアモルファスカーボンを除去する酸化性ガスである第３のガスＧ−３をナノカーボン材料製造部５１内部に供給する酸化性ガス供給装置３３とを具備するものである。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a schematic view of a nanocarbon material manufacturing apparatus according to the present embodiment.
As shown in FIG. 5, the nanocarbon material manufacturing apparatus uses a
前記第３のガスＧ−３は、ナノカーボン材料製造部５１のいずれの位置から投入してもよいが、例えば図５に示すように、原料ガスである第２のガスＧ−２を流動層反応装置の中間部分から投入する場合には、流動層反応装置の下部から投入するようにすればよい。
これは、流動により対流したナノカーボン材料が流動層反応装置内の下方側に滞留している際に、酸化性ガスを投入することで、不純物であるアモルファスカーボンを効率良く除去するようにすることができるからである。
なお、後処理がなされたナノカーボン材料は、ナノカーボン材料生成物１９として、外部に送られ、分離・回収装置４０により、ナノカーボン材料１９と同伴した流動触媒３４とを分離し、その後、精製装置４１により精製され、ナノ単位のナノカーボン材料純品（例えば単層又は２層カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ等）４２として回収するようにしている。
The third gas G-3 may be introduced from any position of the nanocarbon
This is to remove the amorphous carbon, which is an impurity, efficiently by introducing an oxidizing gas when the nanocarbon material convected by the flow stays in the lower part of the fluidized bed reactor. Because you can.
The post-treated nanocarbon material is sent to the outside as a
以上のように、本発明にかかるナノカーボン材料の製造装置は、一つの流動層反応装置内を分割して前処理を行うことにより、製造装置のコンパクト化を図ると共に、ナノカーボン材料の製造を効率的に行うことができ、大規模な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。 As described above, the nanocarbon material production apparatus according to the present invention is designed to reduce the size of the production apparatus by dividing the inside of one fluidized bed reactor and to perform the production of the nanocarbon material. It can be carried out efficiently and mass production of large-scale nanocarbon materials can be realized.
１１ 流動層反応装置
１２−１ 造粒部
１２−２ 乾燥部
１２−３ 焼成部
１２−４ 還元部
１３ 前処理部
１４ ナノカーボン材料製造部
１５ 後処理部
１６ 触媒
１９ ナノカーボン材料生成物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Fluidized bed reactor 12-1 Granulation part 12-2 Drying part 12-3 Firing part 12-4
Claims (3)
前記流動層反応装置内部で流動作用及び触媒作用を奏する流動触媒を供給する供給装置と、
前記流動触媒によりナノカーボン材料を生成させるカーボン原料を前記流動層反応装置内部に供給するナノカーボン原料供給装置と、
ナノカーボン材料のアモルファスカーボンを除去する酸化性ガスを前記流動層反応装置内部に供給する酸化性ガス供給装置と、
を具備し、且つ、
前記酸化性ガスを、前記流動層反応装置の下部から、該流動層反応装置の内部に投入すると共に、
前記カーボン原料を、前記流動層反応装置の中間部分から、該流動層反応装置の内部に投入することを特徴とするナノカーボン製造装置。 A nanocarbon material production apparatus for producing a nanocarbon material in a fluidized bed reactor using a fluid catalyst comprising an active metal and a support carrying the active metal,
A supply device for supplying fluid catalyst that exhibits the flow behavior and catalytic activity inside the fluidized bed reactor,
A nanocarbon material supply device for supplying the carbon material to produce a nano-carbon material inside the fluidized bed reactor by the fluidized catalyst,
An oxidizing gas supply device for supplying an oxidizing gas to remove the amorphous carbon inside the fluidized bed reactor of the nanocarbon material,
Equipped with, and,
Injecting the oxidizing gas from the lower part of the fluidized bed reactor into the fluidized bed reactor,
An apparatus for producing nanocarbon , wherein the carbon raw material is introduced into the fluidized bed reactor from an intermediate portion of the fluidized bed reactor .
前記酸化性ガス供給装置が前記流動層反応装置の下部に設けられていることを特徴とするナノカーボン材料製造装置。 In claim 1,
An apparatus for producing a nanocarbon material, wherein the oxidizing gas supply device is provided in a lower part of the fluidized bed reaction device.
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装置。 In claim 1 or 2 ,
The nanocarbon material manufacturing apparatus, wherein the nanocarbon material is a single-layer nanocarbon tube.
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