JP6986009B2 - 黒鉛の形態を制御するプロセス - Google Patents
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Description
CH4→C+2H2 (1)
ΔHクラッキング,298K=74.81kJ/mol、ΔGクラッキング,298K=50.72kJ/mol
昇温させた温度で、金属含有触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換することを含み、
前記温度は、600℃〜1000℃であり、圧力は、0バール(g)〜100バール(g)であり、前記温度及び前記圧力はいずれも、所望の形態を有する黒鉛状材料を選択的に合成するために、所定の値の範囲内で設定される。
典型的に長さが100nm〜100ミクロンの範囲に亘る繊維状炭素構造体である黒鉛状繊維、単一の黒鉛状シート、又は中心軸に対して同心円状に若しくは垂直に配列されている複数の黒鉛状シートを含む円筒状ナノカーボン構造であるカーボンナノチューブ(CNT)も、黒鉛状繊維の範囲内にある;
通常、触媒粒子又は空隙である中心のコアから同心円状に層になっている複数の球状の黒鉛状シートからなる構造であるカーボンナノオニオン(CNO)。これらの炭素構造体は、通常、直径が50〜500nmの範囲にある;
通常、サイズが500nm超の中空の球状の黒鉛状構造であるカーボンマイクロスフェア(carbon micro−spheres)(CMS)。これらは、形状が球体であり、鎖状であることもできる。この黒鉛の形態の合成形態は、新規であり、隕石中で自然に発生することが分かっている;
単一の層又は一桁の層の黒鉛シート(single−digit layer sheets)であるグラフェン。
昇温させた温度で、金属含有触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換する工程は、
700℃〜900℃の温度及び0バール(g)〜8バール(g)の圧力で行われる。
昇温させた温度で、金属含有触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換する工程は、
700℃〜900℃の温度及び0バール(g)〜8バール(g)の圧力で行われ、前記金属含有触媒は、針鉄鉱酸化鉄である。
昇温させた温度で、金属含有触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換する工程は、
800℃〜900℃の温度及び4バール(g)〜9バール(g)の圧力で行われる。
昇温させた温度で、金属含有触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換する工程は、
600℃〜750℃の温度及び0バール(g)〜1バール(g)の圧力で行われる。
昇温させた温度で、金属含有触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換させることを含み、
温度は、700℃〜900℃であり、圧力は、0バール(g)〜8バール(g)である。
昇温させた温度で、金属含有触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換させることを含み、
温度は、700℃〜900℃であり、圧力は、0バール(g)〜8バール(g)であり、前記金属含有触媒は、Fe3O4又は針鉄鉱鉄鉱石である。
昇温させた温度で、金属含有触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換させることを含み、
温度は、800℃〜900℃であり、圧力は、4バール(g)〜9バール(g)である。
昇温させた温度で、金属含有触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換させることを含み、
温度は、600℃〜750℃であり、圧力は、0バール(g)〜1バール(g)である。
昇温させた温度で、金属含有触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換することを含み、
前記温度は、600℃〜1000℃であり、圧力は、0バール(g)〜100バール(g)であり、前記温度及び前記圧力はいずれも、所望の形態を有する黒鉛状材料を選択的に合成するために、所定の値の範囲内で設定され、
CNOは、選択的に合成され、
昇温させた温度で、金属含有触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換する工程は、
700℃〜900℃の温度及び0バール(g)〜8バール(g)の圧力で行われ、
黒鉛状繊維は、選択的に合成され、
昇温させた温度で、金属含有触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換する工程は、
700℃〜900℃の温度及び0バール(g)〜8バール(g)の圧力で行われ、前記金属含有触媒は、針鉄鉱酸化鉄であり、
CMSは、選択的に合成され、
昇温させた温度で、金属含有触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換する工程は、
800℃〜900℃の温度及び4バール(g)〜9バール(g)の圧力で行われ、
グラフェンは、選択的に合成され、
昇温させた温度で、金属含有触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換する工程は、
600℃〜750℃の温度及び0バール(g)〜1バール(g)の圧力で行われる。
昇温させた温度で、金属含有触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換する工程は、
温度範囲及び圧力範囲内に維持された反応器において行われる。
昇温させた温度で、金属含有触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換することを含み、
前記温度は、600℃〜1000℃であり、圧力は、0バール(g)〜100バール(g)であり、前記温度及び前記圧力はいずれも、所望の形態を有する黒鉛状材料を選択的に合成するために、所定の値の範囲内で設定される。
ヘマタイト触媒を用いて、800〜900℃及び大気圧において、約90%でCNOを選択的に合成した。反応の19時間後のCNOの収率は、元素鉄のグラム当たり約8グラムのCNOであった。CNOのための選択性は、圧力が増加すると減少し、CMSの形成は、約4バール(g)超で有利であった。図6は、ヘマタイト酸化鉄触媒を用いて900℃及び大気圧で製造されたCNOの走査型電子顕微鏡(SEM)画像を示す。図7は、ヘマタイト酸化鉄触媒を用いて900℃及び大気圧で製造された単一のCNOのトンネリング(tunnelling)電子顕微鏡(TEM)画像を示す。
ヘマタイト触媒を用いて、850℃及び8バール(g)圧力において、約90%でCMSを選択的に合成した。これらの形態は、4バール(g)を超える圧力でのみ観察される。反応の19時間後のCMSの収率は、鉄のグラム当たり約20グラムのCMSであった。図8は、触媒としてヘマタイト酸化鉄を用いて、850℃及び8バール(g)の圧力で製造されたCMSのSEM画像を示す。図9は、ヘマタイトを用いて、850℃及び8バール(g)の圧力で製造されたCMSのTEM画像を示す。
針鉄鉱酸化鉄触媒を用いて、800℃及び大気圧において、約50%で黒鉛状繊維/CNTを選択的に合成した。反応の19時間後のCNTの収率は、鉄のグラム当たり約4グラムのCNTであった。図10は、触媒として針鉄鉱酸化鉄を用いて、800℃及び大気圧で製造されたCNTのSEM画像を示す。図11は、触媒としてヘマタイト酸化鉄を用いて、800℃及び大気圧で製造されたCMSのTEM画像を示す。
グラフェン
ヘマタイト酸化鉄触媒を用いて、650℃及び大気圧において、約80%でグラフェンを選択的に合成した。反応の24時間後のグラフェンの収率は、鉄のグラム当たり約4グラムのグラフェンであった。図12は、触媒としてヘマタイト酸化鉄を用いて、650℃及び大気圧で製造されたグラフェンのSEM画像を示す。図13は、触媒としてヘマタイト酸化鉄を用いて、650℃及び大気圧で製造されたグラフェンのTEM画像を示す。
Claims (16)
- 黒鉛の製造のためのプロセスにおける黒鉛の形態を制御するプロセスであって、前記プロセスが、
昇温させた温度で、酸化鉄触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換することを含み、
前記温度が、600℃〜1000℃であり、圧力が、1バール(g)〜10バール(g)であり、前記温度及び前記圧力はいずれも、黒鉛状繊維、カーボンナノオニオン(CNO)、カーボンマイクロシェル(CMS)、及びグラフェンを含む群から選択される形態を有する黒鉛状材料を選択的に合成するために、所定の値の範囲内で設定されることを特徴とするプロセス。 - 前記酸化鉄触媒が、Fe2O3、Fe3O4、又はこれらの混合物からなる群から選択される請求項1に記載のプロセス。
- 前記酸化鉄触媒が、ヘマタイト鉄鉱石、針鉄鉱鉄鉱石、又はこれらの混合物からなる群から選択される請求項1に記載のプロセス。
- 前記酸化鉄触媒が、担持されていない(unsupported)請求項1から3のいずれかに記載のプロセス。
- 前記酸化鉄触媒が、担体に担持されている請求項1から3のいずれかに記載のプロセス。
- 前記担体が、前記酸化鉄触媒と同じ化学組成のものである請求項5に記載のプロセス。
- 前記炭化水素ガスが、メタンである請求項1から6のいずれかに記載のプロセス。
- 前記炭化水素ガスが、天然ガスである請求項1から7のいずれかに記載のプロセス。
- CNOが選択的に合成され、
昇温させた温度で、酸化鉄触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換する工程が、
700℃〜900℃の温度及び1バール(g)〜8バール(g)の圧力で行われる請求項1から8のいずれかに記載のプロセス。 - 前記温度が、800℃〜900℃であり、前記圧力が、2バール(g)〜4バール(g)である請求項9に記載のプロセス。
- 黒鉛状繊維が選択的に合成され、
昇温させた温度で、酸化鉄触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換する工程が、
700℃〜900℃の温度及び1バール(g)〜8バール(g)の圧力で行われ、前記酸化鉄触媒が針鉄鉱酸化鉄である請求項1から8のいずれかに記載のプロセス。 - 前記温度が、750℃〜850℃であり、前記圧力が、1バール(g)〜4バール(g)である請求項11に記載のプロセス。
- CMSが選択的に合成され、
昇温させた温度で、酸化鉄触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換する工程が、
800℃〜900℃の温度及び4バール(g)〜9バール(g)の圧力で行われる請求項1から8のいずれかに記載のプロセス。 - 前記温度が、850℃〜900℃であり、前記圧力が、6バール(g)〜8バール(g)である請求項13に記載のプロセス。
- グラフェンが選択的に合成され、
昇温させた温度で、酸化鉄触媒を炭化水素ガスと接触させて、前記炭化水素ガスの少なくとも一部を水素及び炭素に触媒的に変換する工程が、
600℃〜750℃の温度及び1バール(g)の圧力で行われる請求項1から8のいずれかに記載のプロセス。 - 前記温度が、600℃〜700℃である請求項15に記載のプロセス。
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