纳米碳材料制造装置及方法制造方法及图纸

具备：纳米碳材料制造部（１５），使用将担载有活性成分的载体造粒而得到的流化催化剂（１２），制造纳米碳材料；酸处理部（２１），将带催化剂的纳米碳材料（１４）供给到酸溶液中，将催化剂用酸溶液溶解分离；作为防凝聚处理部的ｐＨ处理部（２３），设置在上述酸处理部（２１）的后段侧、进行利用加成在纳米碳材料上的含氧官能团之间的解离产生的排斥作用来防止纳米碳之间的凝聚的防凝聚处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及提高有效的纳米碳材料的收率的纳米碳材料制造装置、和纳米碳制造方法。
技术介绍
碳纳米管是具有石墨(graphite)片封闭成圆筒状的结构的管状碳多面体。该碳 纳米管有石墨片封闭成圆筒状的具有多层结构的多层纳米管、和石墨片封闭成圆筒状的 具有单层结构的单层纳米管。其中的多层纳米管是1991年由饭岛发现的。即，发现堆积在电弧放电法的阴极上 的碳块中存在多层纳米管(非专利文献1)。然后，积极进行多层纳米管的研究，近年来已经 能够大量合成多层纳米管。相对于此，单层纳米管具有约0. 4 10纳米(nm)的内径，在1993年饭岛和IBM 组同时报告了其合成。理论上已经预测了单层纳米管的电子状态，认为通过螺旋的卷缠方 式使得电子物性由金属性质变化至半导体性质。因此，上述单层纳米管被视为有望成为未 来的电子材料。作为单层纳米管的其他用途，认为是导电性复合材料、纳米电子材料、电场电子发 射极、高指向性放射源、软X射线源、一维传导材料、高热传导材料、氢储藏材料等。另外，认 为通过表面的官能团化、金属包覆、内包异物能够进一步扩大单层纳米管的用途。目前，上述单层纳米管，通过将铁、钴、镍、镧等金属混入阳极的碳棒内，进行电弧 放电来制造(专利文献1)。但是，该制造方法中，在产物中除单层纳米管外还混合存在多层纳米管、石墨、无 定形碳，不仅收率低，而且单层纳米管的直径及长度也不均一，难以以高收率制造直径及长 度比较一致的单层纳米管。需要说明的是，作为碳纳米管的制造方法，除了上述电弧法之外，还提出了气相热 解法、激光升华法、凝聚相的电解法等(专利文献2 4)。但是，上述文献等中公开的制造方法均为实验室或小规模水平的制造方法，特别 是存在碳材料的收率低的问题。因此，本申请人率先提出能够使用流化床反应方法连续大量生产的作为纳米单位 的碳材料的碳纳米纤维的制造装置及方法(专利文献5 8)。专利文献1 日本特开平06-280116号公报专利文献2 日本特许第3100962号公报专利文献3 日本特公表2001-520615号公报专利文献4 日本特开2001-139317号公报专利文献5 日本特开2004-76197号公报专利文献6 日本特开2008-37694号公报专利文献7 日本特开2008-37695号公报专利文献8 日本特开2008-37696号公报非专利文献1 :S. Ii jima, Nature, 354, 56 (1991)
技术实现思路
在利用率先提出的流化床反应方法的纳米单位的碳材料的制造中，兼用作流化材 料和催化剂的流化催化剂通过使用将一次粒子造粒后粗粒化的二次粒子，形成气泡上升型 的流化床反应机，充分确保催化剂粒子的反应时间，但在作为一次粒子的造粒体的二次粒 子内部，碳材料边复杂地缠绕边生成，因此具有在进行生成的同时碳材料进行凝聚从而分 散性降低的问题。作为发生上述纳米碳材料的凝聚的主要原因，在使用流化床反应器的纳米碳材料 的制造中，如图38所示，将由在载体101上担载的活性成分102构成的催化剂103进行多 次造粒而得到的造粒催化剂104A用作流化材料。S卩，在流化床反应器内，造粒催化剂104通过碳原料的供给如图39所示从活性成 分102上生长纳米碳材料105，成为带催化剂的纳米碳材料106。但是，可以推测由于纳米 碳材料在载体101内的微孔或催化剂103之间的间隙中边复杂地缠绕边生长，因此即使在 通过酸处理溶解并除去催化剂103后，纳米碳材料的复杂缠绕也没有被解开地进行干燥， 因此成为纳米碳材料凝聚物。另外，如图40所示，在集合催化剂103得到的造粒催化剂104B的表观表面上，生 成包含纳米碳材料的纳米碳致密层107。该纳米碳致密层107不能用作纳米碳材料，导致有 效的纳米碳材料的收率降低S卩，如图39及图40所示，从催化剂上生长纳米碳材料而成的带催化剂的纳米碳材 料106表现为一次粒子，该一次粒子以多个集合的形式构成作为纳米碳材料生长品的造粒 催化剂104B，此时，由于与原料气体接触最多，在其外表面碳生长显著，因此碳缠绕，形成纳 米碳致密层107，迫切希望解开该纳米碳致密层107来实现有效的纳米碳材料的收率及碳 的体积密度的降低。另外，近年来碳材料的各种用途扩大，但由于没有凝聚的纳米碳材料的适用范围 广，因此希望出现能够大量且效率良好地制造不凝聚的纳米碳材料的制造装置及方法。本专利技术鉴于上述情况，其课题在于提供能够大量且效率良好地制造凝聚少的碳材 料的。以下示出解决上述课题、达到目的的专利技术的构成。1)第1专利技术为一种纳米碳材料制造装置，其特征在于，具备纳米碳材料制造部， 使用将担载有活性成分的载体造粒而得到的造粒催化剂，制造纳米碳材料；酸处理部，将带 催化剂的纳米碳材料供给到酸溶液中，将催化剂用酸溶液溶解分离；和防凝聚处理部，设置 在所述酸处理部的前段侧或后段侧中的任一侧或两侧，进行利用加成在纳米碳材料上的含 氧官能团之间的排斥作用来防止纳米碳之间的凝聚的防凝聚处理(新事项基础申请中未 出现)。2)第2专利技术为第1专利技术所述的纳米碳材料制造装置，其特征在于，所述防凝聚处 理部是设置在将酸处理后的纳米碳材料水洗的水洗部的后段侧、将水洗后的水溶液的PH 调节到弱碱侧的PH调节部，在碱侧解离的含氧官能团之间静电排斥，由此增大纳米碳的距6离，防止凝聚。幻第3专利技术为第1专利技术所述的纳米碳材料制造装置，其特征在于，所述防凝聚处理 部是设置在所述酸处理部的前段侧、在由纳米碳制造装置得到的带催化剂的纳米碳材料上 加成含氧官能团的含氧官能团加成处理部，利用加成的含氧官能团之间的排斥，增大纳米 碳的距离，防止凝聚。4)第4专利技术为第1专利技术所述的纳米碳材料制造装置，其特征在于，所述防凝聚处理 部是设置在酸处理部的后段侧、在除去催化剂的纳米碳材料上加成含氧官能团的含氧官能 团加成处理部，利用加成的含氧官能团之间的排斥，增大纳米碳的距离，防止凝聚。幻第5专利技术为第1专利技术所述的纳米碳材料制造装置，其特征在于，所述防凝聚处理 部由二种处理部构成，第1防凝聚处理部是设置在所述酸处理部的前段侧、在由纳米碳制 造装置得到的带催化剂的纳米碳材料上加成含氧官能团的含氧官能团加成处理部，利用加 成的含氧官能团之间的排斥，增大纳米碳的距离，防止凝聚，并且第2防凝聚处理部是设置 在将酸处理后的纳米碳材料水洗的水洗部的后段侧、将水洗后的水溶液的PH调节到弱碱 侧的PH调节部，在碱侧解离的含氧官能团之间静电排斥，由此进一步增大纳米碳的距离， 防止凝聚。6)第6专利技术是第2专利技术所述的纳米碳材料制造装置，其特征在于，具备设置在所述 水洗部的下游侧、与快干性溶剂置换的快干性溶剂置换部。7)第7专利技术是第3专利技术所述的纳米碳材料制造装置，其特征在于，具备设置在所述 水洗部的下游侧、与快干性溶剂置换的快干性溶剂置换部。8)第8专利技术是第5专利技术所述的纳米碳材料制造装置，其特征在于，具备设置在所述 水洗部的下游侧、与快干性溶剂置换的快干性溶剂置换部。9)第9专利技术是第3专利技术所述的纳米碳材料制造装置，其特征在于，向所述酸处理部 供给分散支持纳米碳材料的水溶性分散支持剂。10)第10专利技术是第1专利技术所述的纳米碳材料制造装置，其特征在于，制造所述带催 化剂的纳米碳材料的制造装置是流化床反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米碳材料制造装置，其特征在于，具备：　　纳米碳材料制造部，使用将担载有活性成分的载体造粒而得到的造粒催化剂，制造纳米碳材料；　　酸处理部，将带催化剂的纳米碳材料供给到酸溶液中，将催化剂用酸溶液溶解分离；和　　防凝聚处理部，设置在所述酸处理部的前段侧或后段侧中的任一侧或两侧，进行利用加成在纳米碳材料上的含氧官能团之间的排斥作用来防止纳米碳之间的凝聚的防凝聚处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙原洁，杉山友章，田中敦，濑户口稔彦，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]