JPH08217430A - Producing apparatus of fullerenes - Google Patents
Producing apparatus of fullerenesInfo
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- JPH08217430A JPH08217430A JP7049062A JP4906295A JPH08217430A JP H08217430 A JPH08217430 A JP H08217430A JP 7049062 A JP7049062 A JP 7049062A JP 4906295 A JP4906295 A JP 4906295A JP H08217430 A JPH08217430 A JP H08217430A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、Ｃ60、Ｃ70、Ｃ76、Ｃ
78等の物性を有するフラーレン類を効率よく連続製造す
るための装置に関する。The present invention relates to C 60 , C 70 , C 76 , C
The present invention relates to an apparatus for efficiently and continuously producing fullerenes having physical properties such as 78 .
【０００２】[0002]
【従来の技術】フラーレンは、炭素原子が数十個集合し
た性状の炭素分子（カーボンクラスター）を指し、現
在、Ｃ60、Ｃ70、Ｃ76、Ｃ78などの物質が知られてい
る。このフラーレンは、１９８５年にクロト(Kuroto)と
スモーリー(Smalley) らによって炭素により構成された
サッカーボール状のクラスター分子の存在が実験的に確
認され、次いで１９９０年にハフマン(Huffman) とクレ
ッチマー(Kratschmer)によりＣ60、Ｃ70の合成が発表さ
れて以来、黒鉛およびダイヤモンドに次ぐ第３の新規な
炭素物質として注目を集めている。ハフマンらが開発し
た技術は、排気した反応槽中で有効な圧力下でヘリウム
のような失活気体の雰囲気中で黒鉛を蒸発させ、生成し
た炭素生成物を捕集したのちベンゼン、四塩化炭素、二
硫化炭素などの非極性有機溶媒で抽出することによりＣ
60およびＣ70を回収する方法である（特表平５−502213
号公報）。2. Description of the Related Art Fullerene refers to a carbon molecule (carbon cluster) having a property in which several tens of carbon atoms are assembled, and at present, substances such as C 60 , C 70 , C 76 and C 78 are known. This fullerene was experimentally confirmed in 1985 by Kuroto and Smalley et al. As a soccer ball-shaped cluster molecule composed of carbon, and then in 1990, Huffman and Kratschmer. Since the announcement of the synthesis of C 60 and C 70 by), it has attracted attention as the third new carbon material after graphite and diamond. The technology developed by Huffman et al. Is to evaporate graphite in an atmosphere of a deactivated gas such as helium under an effective pressure in an exhausted reaction tank, collect the generated carbon product, and then collect benzene and carbon tetrachloride. , C by extracting with a non-polar organic solvent such as carbon disulfide
This is a method of recovering 60 and C 70 (Tokuhyo 5-502213
Issue).
【０００３】フラーレン類は、原理的に高温で気化させ
た炭素蒸気を冷却再凝固する方法により生成されるが、
炭素を蒸発させる加熱手段として燃焼法、抵抗加熱法、
レーザー加熱法、アーク放電法などが知られている。こ
れら方法のうちでは、アーク放電法、とくに安定な直流
アーク放電を用いて炭素蒸気を気化させるプロセスが工
業的に有利とされている。一般に、アーク放電法による
フラーレン類の製造は、５０〜２００Torrのヘリウム雰
囲気容器内で陽極および陰極となる一対の炭素質電極棒
間にアークプラズマを発生させ、生成した炭素蒸気を水
冷部材に接触させてフラーレン含有スートとして堆積さ
せ、放電終了後に回収するプロセスで行われる。Fullerenes are produced by a method of cooling and resolidifying carbon vapor vaporized at high temperature in principle.
As a heating means for evaporating carbon, a combustion method, a resistance heating method,
Laser heating method, arc discharge method and the like are known. Among these methods, the arc discharge method, in particular, the process of vaporizing carbon vapor using stable DC arc discharge is industrially advantageous. Generally, in the production of fullerenes by the arc discharge method, arc plasma is generated between a pair of carbonaceous electrode rods serving as an anode and a cathode in a helium atmosphere container of 50 to 200 Torr, and the generated carbon vapor is contacted with a water cooling member. Is deposited as a fullerene-containing soot and is collected after discharge is completed.
【０００４】ところが、アーク放電を長時間連続して行
うと水冷部材に堆積したスート中のフラーレン含有率が
低下する現象が生じる。この理由は、連続アーク放電で
冷却部材面にスートが厚い層となって堆積すると冷却効
率が経時的に減退してフラーレンの生成が抑制されるこ
とと、一旦生成したフラーレン類がアークプラズマ光の
照射による熱エネルギーを受けて再度気化することに起
因するものである。このため、フラーレン含有率の高い
スートを効率的に得るためには、生成操業を通じて冷却
部材に堆積したスートを間欠的または連続的に回収する
手段を採ることが好ましい。However, when arc discharge is continuously performed for a long time, a phenomenon occurs in which the content of fullerene in the soot deposited on the water-cooled member decreases. The reason for this is that if soot is deposited as a thick layer on the surface of the cooling member due to continuous arc discharge, the cooling efficiency declines over time, and the generation of fullerenes is suppressed. This is due to the fact that it receives heat energy from irradiation and vaporizes again. Therefore, in order to efficiently obtain the soot having a high fullerene content, it is preferable to employ a means for intermittently or continuously recovering the soot accumulated on the cooling member through the production operation.
【０００５】生成したフラーレン類を含むスートを生成
系から連続的に回収するための装置としては、プラズマ
発生室とガス排出口との間の位置に無端回動ベルトを設
置し、このベルト面に付着したスートを摺接ブレードを
介して掻き落とす機構を備えたフラーレン類の製造装置
（特開平５−116920号公報）や、熱プラズマ中に含炭素
化合物原料を供給して加熱・分解させ、この反応ガスを
冷却部材と接触させて付着した固形分を連続的または間
欠的に脱離させるようにしたフラーレン類の製造方法
（特開平６−24722 号公報) などが提案されている。As an apparatus for continuously collecting the soot containing the generated fullerenes from the generation system, an endless rotating belt is installed at a position between the plasma generating chamber and the gas discharge port, and the belt surface is provided on the belt surface. An apparatus for producing fullerenes equipped with a mechanism for scraping off adhering soot through a sliding contact blade (Japanese Patent Laid-Open No. 5-116920), or supplying a carbon-containing compound raw material into thermal plasma for heating and decomposition. A method for producing fullerenes has been proposed in which a reaction gas is brought into contact with a cooling member to continuously or intermittently desorb the adhered solid content (Japanese Patent Laid-Open No. 6-24722).
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者の検討によるとアーク放電法による連続製造過程でフ
ラーレン類の生成効率が低下する原因は、一旦生成した
フラーレン類がアークプラズマ光の照射を直接に受ける
際の熱エネルギーによる気化現象に特に大きく支配さ
れ、この影響を抑制すると生成効率を大幅に改善し得る
ことを確認した。However, according to the study by the present inventors, the reason why the production efficiency of fullerenes decreases in the continuous manufacturing process by the arc discharge method is that the once-generated fullerenes directly irradiate the arc plasma light. It was confirmed that the vaporization phenomenon caused by thermal energy when receiving heat is greatly controlled, and that suppressing this effect can significantly improve the generation efficiency.
【０００７】本発明は、かかる知見に基づいて研究を重
ねた結果開発されたもので、直流アーク放電法を用いて
極めて生成効率よくフラーレン類を連続的に得ることが
できる製造装置を提供することを目的としている。The present invention was developed as a result of repeated research based on such knowledge, and provides a manufacturing apparatus capable of continuously obtaining fullerenes with extremely high production efficiency by using a DC arc discharge method. It is an object.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるフラーレン類の製造装置は、端部にヘ
リウムガス導入管を備え、内周面を水冷外套で囲繞した
狭径円筒チャンバーの内部にその軸方向と直角に炭素質
電極棒の対極を対向装着した生成ゾーンと、該生成ゾー
ンの狭径円筒チャンバーの内径より大きな内径を備え、
内周面を水冷外套で囲繞した広径円筒チャンバーの回収
ゾーンとからなり、前記生成ゾーンの開口部側に回収ゾ
ーンを同軸的に連設し、かつ回収ゾーンの下流側端部を
吸引導管を介して真空系統と連結してなることを構成上
の特徴とする。In order to achieve the above object, a fullerene producing apparatus according to the present invention is provided with a helium gas introducing pipe at an end thereof, and a narrow diameter cylindrical chamber having an inner peripheral surface surrounded by a water-cooled mantle. A production zone in which the counter electrode of the carbonaceous electrode rod is mounted opposite to the inside of the production chamber at a right angle to the axial direction, and an inner diameter larger than the inner diameter of the narrow-diameter cylindrical chamber of the production zone,
It consists of a recovery zone of a wide-diameter cylindrical chamber whose inner peripheral surface is surrounded by a water-cooled jacket, the recovery zone is coaxially connected to the opening side of the production zone, and the downstream end of the recovery zone is connected to a suction conduit. The structure is characterized in that it is connected to a vacuum system via.
【０００９】上記構成において、対極の炭素質電極棒の
うち少なくとも陽極側の炭素質電極棒を、生成ゾーンを
形成する狭径円筒チャンバーの側面に設けられ、かつ間
隔を置いた２箇所にシール用Ｏリングを内設した筒状部
材を通して摺動補充可能に挿着し、該２箇所のシール用
Ｏリングにより形成された筒状部材内面の空間部に真空
装置に連結する吸引導管を連通した構造が本発明のより
好ましい構成となる。In the above structure, at least the carbonaceous electrode rod on the anode side among the carbonaceous electrode rods for the counter electrode is provided on the side surface of the narrow-diameter cylindrical chamber forming the generation zone and for sealing at two spaced positions. A structure in which an O-ring is slidably inserted through a tubular member internally provided, and a suction conduit connected to a vacuum device is communicated with a space on the inner surface of the tubular member formed by the two sealing O-rings. Is a more preferable configuration of the present invention.
【００１０】[0010]
【作用】本発明に係るフラーレン類の製造装置の第１の
特徴は、黒鉛電極棒間に直流アークを発生させて炭素蒸
気を気化させるための生成ゾーンと生成した炭素蒸気を
冷却再凝固させてフラーレン含有スートとして捕集する
ための回収ゾーンを分別した点にあり、この装置構成に
より直流アークプラズマとフラーレン含有スートが沈積
する部位が分離され、堆積したフラーレン含有スートに
対する直流アークの熱エネルギーの影響が抑制される。
第２の特徴は、端部にヘリウム送入管を備える水冷され
た狭径円筒チャンバーからなる生成ゾーンと該生成ゾー
ンの狭径円筒チャンバーの内径より大きな内径を備える
水冷された広径円筒チャンバーからなる回収ゾーンを同
軸的に連設した点にあり、この装置構成により生成ゾー
ンで気化した炭素蒸気はヘリウムガスに同伴して回収ゾ
ーンに移送され、回収ゾーンのアークプラズマ光が直接
照射されない回収ゾーンの円筒器壁面に沈積して層堆積
する。このような作用を介して、堆積したフラーレン含
有スートは直流アークプラズマ光の熱エネルギーによる
再気化現象は効果的に抑制され、常にフラーレン類の含
有率の高いスートとして効率よく回収することができ
る。The first feature of the apparatus for producing fullerenes according to the present invention is that a direct current arc is generated between graphite electrode rods to generate a vaporization zone for vaporizing carbon vapor, and the produced carbon vapor is cooled and re-solidified. The point is that the recovery zone for collecting as fullerene-containing soot is separated, and the site where the DC arc plasma and the fullerene-containing soot are deposited is separated by this device configuration, and the influence of the thermal energy of the DC arc on the deposited fullerene-containing soot. Is suppressed.
The second feature is that a production zone consisting of a water-cooled narrow-diameter cylindrical chamber having a helium feed pipe at its end and a water-cooled wide-diameter cylindrical chamber having an inner diameter larger than the inner diameter of the narrow-diameter cylindrical chamber of the production zone. This is because the recovery zone is coaxially connected.With this device configuration, the vaporized carbon vapor in the production zone is carried along with helium gas to the recovery zone, and the arc plasma light in the recovery zone is not directly irradiated. Layers are deposited on the wall surface of the cylinder. Through such an action, the deposited fullerene-containing soot can effectively suppress the re-vaporization phenomenon due to the thermal energy of the DC arc plasma light, and can be efficiently recovered as a soot having a high content of fullerenes.
【００１１】また、対極の炭素質電極棒のうち少なくと
も陽極側の炭素質電極棒を、生成ゾーンを形成する狭径
円筒チャンバーの側面に設けられ、かつ間隔を置いた２
箇所にシール用Ｏリングを内設した筒状部材を通して摺
動補充可能に挿着し、前記２箇所のシール用Ｏリングに
より形成された筒状部材内面の空間部に真空装置に連結
する吸引導管を連通した構造とすることにより、密封性
が保持されるとともに炭素質電極の極間ギャップを常に
一定化してアークの安定が図られ、かつ連続操業が可能
となる。Further, among the carbonaceous electrode rods of the counter electrode, at least the carbonaceous electrode rods on the anode side are provided on the side surface of the narrow-diameter cylindrical chamber forming the production zone and spaced apart from each other.
A suction conduit which is inserted so that it can be slid and replenished through a tubular member having a sealing O-ring inside, and which is connected to a vacuum device in the space on the inner surface of the tubular member formed by the two sealing O-rings. With the structure in which the two are communicated with each other, the hermeticity is maintained, the inter-electrode gap of the carbonaceous electrode is always made constant, the arc is stabilized, and the continuous operation becomes possible.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて具体
的に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below based on the illustrated embodiments.
【００１３】図１は本発明の製造装置の全体を示した断
面図で、１は生成ゾーンを構成する狭径円筒チャンバ
ー、２は回収ゾーンを構成する広径円筒チャンバーであ
る。狭径円筒チャンバー１は、端部にヘリウムガス導入
管３を備え、内周面を水冷外套４で囲繞した区画で、内
部に軸方向と直角に一対の炭素質電極棒５、６が一定の
極間を置いて対向挿着されている。このうち、−極側の
炭素質電極棒５は直流電源７に接続する水冷式の電極ホ
ルダー８に固定されており、一方、＋極側の炭素質電極
棒６は直流電源７と接続する電極クランプ９に摺動可能
に挿着され、基端部側は筒状部材１０に通されている。
該筒状部材１０は炭素質電極棒６の直径より若干大きな
内径を備えており、その内面部位には間隔を置いた２箇
所に例えば耐熱性ゴムあるいはフッ素系樹脂で形成され
たシール用Ｏリング１１、１２が内設されている。した
がって、炭素質電極棒６はシール用Ｏリング１１と１２
によりシールされた状態で摺動補充可能に挿着されてお
り、炭素質電極６の先端消耗速度に応じて端部を手動あ
るいは図示しない自動供給装置で間欠的もしくは連続的
に挿入補充される。この場合、炭素質電極棒６は各端部
に雄ネジ部および雌ネジ部を形成した一定長さのものを
用意しておき、消耗に応じて順次に接続しながら補充す
ることができる。FIG. 1 is a sectional view showing the whole of the manufacturing apparatus of the present invention. Reference numeral 1 is a narrow-diameter cylindrical chamber which constitutes a production zone, and 2 is a wide-diameter cylindrical chamber which constitutes a recovery zone. The narrow-diameter cylindrical chamber 1 is provided with a helium gas introduction pipe 3 at its end and is surrounded by a water-cooled jacket 4 on the inner peripheral surface thereof. A pair of carbonaceous electrode rods 5 and 6 are fixed inside the chamber at right angles to the axial direction. Oppositely inserted with a gap between the poles. Among these, the negative electrode side carbonaceous electrode rod 5 is fixed to a water-cooled electrode holder 8 connected to the DC power source 7, while the positive electrode side carbonaceous electrode rod 6 is an electrode connected to the DC power source 7. It is slidably inserted into the clamp 9, and the base end side is passed through the tubular member 10.
The tubular member 10 has an inner diameter slightly larger than the diameter of the carbonaceous electrode rod 6, and the inner surface of the tubular member 10 is provided with two spaced portions, for example, a sealing O-ring made of heat-resistant rubber or fluorocarbon resin. 11 and 12 are internally provided. Therefore, the carbonaceous electrode rod 6 has the O-rings 11 and 12 for sealing.
Is inserted in a state of being sealed so as to be able to slide and replenish, and the end portion is intermittently or continuously inserted and replenished by a manual or automatic supply device (not shown) according to the tip consumption rate of the carbonaceous electrode 6. In this case, the carbonaceous electrode rod 6 can be replenished with a fixed length having a male screw portion and a female screw portion formed at each end thereof, and can be replenished while being sequentially connected depending on consumption.
【００１４】筒状部材１０に間隔を置いて内設されたシ
ール用Ｏリング１１と１２の間に形成された空間部には
吸引導管を介して圧力計１３、圧力調整バルブ１４およ
び真空装置１５が接続されており、生成操作を通じて真
空引きされる。この部位の真空度は、狭径円筒チャンバ
ー１の内圧より２Torr以上低くすることが好ましく、こ
の低圧範囲で生成ゾーンへの外気の侵入は完全に阻止さ
れる。A pressure gauge 13, a pressure adjusting valve 14, and a vacuum device 15 are provided in a space formed between the sealing O-rings 11 and 12 provided inside the tubular member 10 with a space therebetween via a suction conduit. Is connected and is evacuated through the production operation. The degree of vacuum at this portion is preferably lower than the internal pressure of the narrow-diameter cylindrical chamber 1 by 2 Torr or more, and outside air is completely prevented from entering the generation zone in this low pressure range.
【００１５】図示の例では主に先端消耗する＋極側の炭
素質電極棒６のみを補充可能な構造に構成しているが、
−極側を含めて両方を同様な補充機構としてもよい。な
お、炭素質電極棒５、６としては、黒鉛化度の発達した
黒鉛材料により製造されたものを用いることが好まし
い。例えばＸ線回折により求めた (002)面の面間隔(d00
2)が３．３７１オングストローム以下で、Ｃ軸方向の結
晶子の大きさ(Lc)が２９０オングストローム以上の結晶
性状を有し、電気抵抗率１２５０μΩcm以下の特性を備
える黒鉛材料がカーボン源として最適で、該黒鉛材料か
ら形成した炭素質電極棒を用いることによりフラーレン
含有率の高いスートを得ることができる。In the example shown in the figure, the structure is such that only the carbonaceous electrode rod 6 on the positive electrode side, whose tip is mainly worn, can be replenished.
Both sides, including the pole side, may have similar replenishment mechanisms. As the carbonaceous electrode rods 5 and 6, it is preferable to use those made of a graphite material having a highly graphitized degree. For example, the interplanar spacing of the (002) plane obtained by X-ray diffraction (d00
2) is 3.371 angstroms or less, the crystallite size (Lc) in the C-axis direction is 290 angstroms or more, and the graphite material having the electrical resistivity of 1250 μΩcm or less is the most suitable carbon source. By using a carbonaceous electrode rod formed of the graphite material, a soot having a high fullerene content can be obtained.
【００１６】広径円筒チャンバー２は、生成ゾーンを構
成する狭径円筒ゾーン１の内径よりも大きな内径を備
え、内周面が水冷外套１６により囲繞された区画として
形成される。このように広径円筒チャンバー２の内径を
狭径円筒チャンバー１の内径より大きく設計することに
より、操業時に炭素質電極５、６間で放電するアークプ
ラズマ光が直接照射されない部位、すなわち一点破線で
示した照射光線の外側の陰影部位１７、１８が形成さ
れ、該陰影部位の器壁にフラーレン含有スート１９、２
０が沈積する。堆積したフラーレン含有スート１９、２
０には、アークプラズマ光が照射することはないから、
再気化することはなく次第に層として堆積する。したが
って、広径円筒チャンバー２が同径の円筒形状である場
合には、回収ゾーンの長さは照射光線が広径円筒チャン
バー２の内面に到達する位置で足り、それ以上長くする
必要はない。この場合、広径円筒チャンバー２の内径は
狭径円筒チャンバー１の内径の１．５倍以上、好ましく
は２倍以上に設計する。しかし、よりフラーレン含有ス
ートの沈積面積を高めるためには、図２に示すように広
径円筒チャンバー２を照射光線と平行となるような拡開
円筒状とすることが好ましい構造となり、この形状に設
計することにより陰影部位１７、１８となる広径円筒チ
ャンバー２の器壁全面にフラーレン含有スートを沈積堆
積させることができる。The wide-diameter cylindrical chamber 2 has an inner diameter larger than the inner diameter of the narrow-diameter cylindrical zone 1 forming the production zone, and is formed as a compartment whose inner peripheral surface is surrounded by the water-cooled jacket 16. By designing the inner diameter of the wide-diameter cylindrical chamber 2 to be larger than the inner diameter of the narrow-diameter cylindrical chamber 1 in this way, a portion where the arc plasma light discharged between the carbonaceous electrodes 5 and 6 during operation is not directly irradiated, that is, a dashed line Shaded portions 17 and 18 outside the irradiation light shown are formed, and fullerene-containing soot 19 and 2 are formed on the vessel wall of the shaded portions.
0 is deposited. Deposited fullerene-containing soot 19,2
0 is not irradiated with arc plasma light,
It does not revaporize and gradually deposits as a layer. Therefore, when the wide-diameter cylindrical chamber 2 has a cylindrical shape with the same diameter, the length of the recovery zone is sufficient at the position where the irradiation light beam reaches the inner surface of the wide-diameter cylindrical chamber 2, and it is not necessary to make it longer. In this case, the inner diameter of the wide-diameter cylindrical chamber 2 is designed to be 1.5 times or more, preferably twice or more the inner diameter of the narrow-diameter cylindrical chamber 1. However, in order to further increase the deposition area of the fullerene-containing soot, it is preferable to make the wide-diameter cylindrical chamber 2 into an expanded cylindrical shape that is parallel to the irradiation light beam as shown in FIG. By designing, the fullerene-containing soot can be deposited and deposited on the entire surface of the vessel wall of the wide-diameter cylindrical chamber 2 that becomes the shaded portions 17 and 18.
【００１７】回収ゾーンの下流側は、広径円筒チャンバ
ー２の仕切部材を貫通する吸引導管２１を介してバッグ
フィルター２２、圧力計２３、圧力調整バルブ２４およ
び真空装置２５に連結されている。回収ゾーンで沈積回
収しきれなかったフラーレン含有スートは、バッグフィ
ルター２２により捕集され、回収される。The downstream side of the recovery zone is connected to a bag filter 22, a pressure gauge 23, a pressure adjusting valve 24 and a vacuum device 25 via a suction conduit 21 penetrating a partition member of the wide diameter cylindrical chamber 2. The fullerene-containing soot that cannot be completely deposited and recovered in the recovery zone is collected by the bag filter 22 and collected.
【００１８】なお、上記した図１および図２の装置にお
いて、広径円筒チャンバー２の下部にロータリーバルブ
２７を備えるホッパー２８を設置しておき、例えば振動
等の手段により器壁に堆積したフラーレン含有スートを
ホッパー２８内に落下させ、ロータリーバルブ２７を作
動させて回収するすることができる。In the apparatus of FIGS. 1 and 2 described above, a hopper 28 having a rotary valve 27 is installed below the wide-diameter cylindrical chamber 2, and fullerene-containing materials are deposited on the vessel wall by means such as vibration. The soot can be dropped into the hopper 28, and the rotary valve 27 can be operated to collect the soot.
【００１９】操作条件としては、電極間ギャップ１〜２
mm、放電電流１４５〜１５５Ａ、ヘリウムガスの供給流
量１０〜３０l/min 、生成ゾーン内部のヘリウムガス圧
力５０〜２００Torrの設定することが好ましく、この条
件で連続操業を継続する。このようにして回収ゾーンお
よびバッグフィルターから回収されたフラーレン含有ス
ートは、例えばベンゼンのような有機溶媒を用いてソッ
クスレー等の装置により抽出処理することによりフラー
レン類を得る。The operating conditions are: the interelectrode gap 1 to 2
mm, discharge current 145 to 155 A, helium gas supply flow rate 10 to 30 l / min, and helium gas pressure inside the production zone of 50 to 200 Torr are preferably set, and continuous operation is continued under these conditions. The fullerene-containing soot recovered from the recovery zone and the bag filter in this manner is extracted with an apparatus such as Soxhlet using an organic solvent such as benzene to obtain fullerenes.
【００２０】具体的な実施例として、図１に示した製造
装置を用い、平均放電電流１５３Ａ、ヘリウムガス流量
２０l/min 、生成ゾーン内のヘリウム圧力１０２Torrの
条件で、１５分間直流アーク放電を継続した。炭素質電
極棒には、Ｘ線回折により求めた (002)面の面間隔(d00
2)が３．３６８オングストローム、Ｃ軸方向の結晶子の
大きさ(Lc)が３５０オングストローム、電気抵抗率が１
２００μΩcmの特性を備える黒鉛材料で形成された直径
１０mmのものを用い、極間ギャップが常に２〜３mmにな
るように調整した。アーク放電終了後、回収されたフラ
ーレン含有スートを回収し、これをソックスレー抽出器
を用いてベンセン抽出したのちベンゼンを蒸発させてフ
ラーレン類を製造した。得られた生成結果を表１に示し
た。なお、生成結果のうち、炭素蒸発量は１分間当たり
の＋極の蒸発量、スート回収率は〔全回収スート重量／
全炭素蒸発量×１００〕、フラーレン含有率はスート中
に含まれるフラーレン類の重量％、フラーレン生成量は
〔１分間当たりの炭素蒸発量×スート回収率／１００×
フラーレン含有率／１００〕、すなわち１分間に生成し
たフラーレンの重量である。As a concrete example, using the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, a DC arc discharge is continued for 15 minutes under the conditions of an average discharge current of 153 A, a helium gas flow rate of 20 l / min, and a helium pressure of 102 Torr in the production zone. did. For the carbonaceous electrode rod, the interplanar spacing of the (002) plane (d00 determined by X-ray diffraction
2) is 3.368 angstrom, C-axis crystallite size (Lc) is 350 angstrom, and electrical resistivity is 1
A graphite material having a characteristic of 200 μΩcm and having a diameter of 10 mm was used, and the gap between the electrodes was adjusted to always be 2 to 3 mm. After the completion of the arc discharge, the recovered fullerene-containing soot was recovered, extracted with Benzen using a Soxhlet extractor, and then benzene was evaporated to produce fullerenes. The obtained production results are shown in Table 1. In the production results, the carbon evaporation amount is the + electrode evaporation amount per minute, and the soot recovery rate is [total recovered soot weight /
Total carbon evaporation x 100], fullerene content is the weight% of fullerenes contained in soot, fullerene production is [carbon evaporation per minute x soot recovery rate / 100 x
Fullerene content / 100], that is, the weight of fullerene produced in 1 minute.
【００２１】比較のために、図３に示すように下部にヘ
リウムガス導入管３と真空系統に接続する吸引導管２１
を備えた水冷反応チャンバー２６の内部に、直流電源７
に接続する電極ホルダーに固定され、かつ一定の極間ギ
ャップを介して対向する状態に黒鉛電極棒５、６を水平
に設置した構造を有する従来技術の製造装置を用い、同
様にフラーレン類を製造した。この場合の操作条件は、
平均放電電流を１５５Ａに設定したほかは、上記の実施
例と同一とした。この比較例により得られた生成結果
を、表１に併載した。For comparison, as shown in FIG. 3, a suction conduit 21 connected to the helium gas introduction pipe 3 and the vacuum system is provided at the bottom.
Inside the water-cooled reaction chamber 26 equipped with
Fullerenes are similarly produced by using the production apparatus of the prior art having a structure in which the graphite electrode rods 5 and 6 are horizontally installed in a state of being fixed to the electrode holder connected to and facing each other with a certain gap between the electrodes. did. The operating conditions in this case are
Same as the above example except that the average discharge current was set to 155A. The production results obtained by this comparative example are also shown in Table 1.
【００２２】[0022]
【表１】 [Table 1]
【００２３】表１の結果から、実施例では炭素蒸発量お
よびスート回収率は若干低いものの、フラーレン含有率
およびフラーレン生成量は共に比較例に比べて相対的に
高くなっていることが認められた。From the results shown in Table 1, it was confirmed that although the carbon evaporation amount and the soot recovery rate were slightly low in the examples, both the fullerene content rate and the fullerene production amount were relatively higher than those of the comparative examples. .
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上のとおり、本発明の製造装置を用い
れば、直流アークプラズマが直接照射されない回収ゾー
ンの広径円筒チャンバー器壁に再気化されずに堆積生成
されるから、連続的に効率よくフラーレン類を製造する
ことが可能となる。したがって、Ｃ60、Ｃ70、Ｃ76、Ｃ
78等のフラーレン類およびこれらフラーレン類を含むス
ートを工業的に有利に製造することができる。As described above, when the manufacturing apparatus of the present invention is used, deposition is generated without being re-vaporized on the wall of the wide-diameter cylindrical chamber in the recovery zone where direct current arc plasma is not directly irradiated, so that continuous efficiency can be obtained. It becomes possible to produce fullerenes well. Therefore, C 60 , C 70 , C 76 , C
Fullerenes such as 78 and soot containing these fullerenes can be industrially advantageously produced.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】本発明に係るフラーレンの製造生成装置を示し
た断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a fullerene production / production apparatus according to the present invention.
【図２】本発明に係る別態様のフラーレンの製造生成装
置を示した断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a fullerene production / production apparatus according to another embodiment of the present invention.
【図３】比較例に用いた従来技術によるフラーレンの製
造生成装置を示した略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a conventional fullerene production / production apparatus used in a comparative example.
１ 狭径円筒チャンバー ２ 広径円筒チャンバー ３ ヘリウムガス導入管 ４ 水冷外套 ５ 炭素質電極棒 ６ 炭素質電極棒 ７ 直流電源 ８ 電極ホルダー ９ 電極クランプ 10 筒状部材 11 Ｏリング 12 Ｏリング 13 圧力計 14 圧力調整バルブ 15 真空装置 16 水冷外套 17 陰影部位 18 陰影部位 19 フラーレン含有スート 20 フラーレン含有スート 21 吸引導管 22 バッグフィルター 23 圧力計 24 圧力調整バルブ 25 真空装置 26 水冷反応チャンバー 27 ロータリーバルブ 28 ホッパー 1 Narrow-diameter cylindrical chamber 2 Wide-diameter cylindrical chamber 3 Helium gas introduction pipe 4 Water-cooled jacket 5 Carbonaceous electrode rod 6 Carbonaceous electrode rod 7 DC power supply 8 Electrode holder 9 Electrode clamp 10 Cylindrical member 11 O-ring 12 O-ring 13 Pressure gauge 14 Pressure adjusting valve 15 Vacuum device 16 Water cooling mantle 17 Shaded area 18 Shaded area 19 Fullerene-containing soot 20 Fullerene-containing soot 21 Suction conduit 22 Bag filter 23 Pressure gauge 24 Pressure adjusting valve 25 Vacuum equipment 26 Water-cooled reaction chamber 27 Rotary valve 28 Hopper
Claims (2)
面を水冷外套で囲繞した狭径円筒チャンバーの内部にそ
の軸方向と直角に炭素質電極棒の対極を対向装着した生
成ゾーンと、該生成ゾーンの狭径円筒チャンバーの内径
より大きな内径を備え、内周面を水冷外套で囲繞した広
径円筒チャンバーの回収ゾーンとからなり、前記生成ゾ
ーンの開口部側に回収ゾーンを同軸的に連設し、かつ回
収ゾーンの下流側端部を吸引導管を介して真空系統と連
結してなることを特徴とするフラーレン類の製造装置。1. A production zone in which a counter electrode of a carbonaceous electrode rod is oppositely mounted at right angles to the axial direction in a narrow-diameter cylindrical chamber having a helium gas introduction pipe at its end and an inner peripheral surface surrounded by a water-cooled jacket. A recovery zone of a wide-diameter cylindrical chamber having an inner diameter larger than that of the narrow-diameter cylindrical chamber of the production zone and having an inner peripheral surface surrounded by a water-cooled jacket, and the recovery zone being coaxial with the opening side of the production zone. An apparatus for producing fullerenes, characterized in that the downstream end of the recovery zone is connected to a vacuum system via a suction conduit.
陽極側の炭素質電極棒を、生成ゾーンを形成する狭径円
筒チャンバーの側面に設けられ、かつ間隔を置いた２箇
所にシール用Ｏリングを内設した筒状部材を通して摺動
補充可能に挿着し、前記２箇所のシール用Ｏリングによ
り形成された筒状部材内面の空間部に真空装置に連結す
る吸引導管を連通した構造を備える請求項１記載のフラ
ーレン類の製造装置。2. Among the carbonaceous electrode rods of the counter electrode, at least the carbonaceous electrode rods on the anode side are provided on the side surface of the narrow-diameter cylindrical chamber forming the generation zone and are sealed at two places. A ring is inserted through a tubular member internally provided so that it can be replenished by sliding, and a suction conduit connected to a vacuum device is communicated with the space inside the tubular member formed by the two O-rings for sealing. The apparatus for manufacturing fullerenes according to claim 1, comprising.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7049062A JPH08217430A (en) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | Producing apparatus of fullerenes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7049062A JPH08217430A (en) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | Producing apparatus of fullerenes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08217430A true JPH08217430A (en) | 1996-08-27 |
Family
ID=12820603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7049062A Pending JPH08217430A (en) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | Producing apparatus of fullerenes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08217430A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002255524A (en) * | 2001-03-01 | 2002-09-11 | Sony Corp | Method and apparatus for producing carbonaceous material |
| WO2006019329A1 (en) * | 2004-07-15 | 2006-02-23 | Sergey Nikolaevich Andreev | Electric-arc device |
| US9187328B2 (en) | 2009-03-03 | 2015-11-17 | Isis Innovation Limited | Methods and apparatus for the production of carbon-containing materials |
-
1995
- 1995-02-13 JP JP7049062A patent/JPH08217430A/en active Pending
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