制造碳纳米材料的方法，包括在流化床反应器中使碳原料、催化剂和流化材料流化以制造该碳纳米材料，其中所述流化材料是碳材料。用于制造碳纳米材料的碳纳米材料制造系统，包括用于使碳原料、催化剂和流化材料流化以进行其反应的流化床反应器，用于将碳原料供应到所述流化床反应器中的碳原料供应装置，用于将催化剂供应到所述流化床反应器中的催化剂供应装置，和用于从流化床反应器回收制成的碳纳米材料的回收装置，其中将回收的碳纳米材料的一部分转移到催化剂供应装置，并用作所述流化材料。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制造碳纳米材料的方法和制造碳纳米材料的系统。
技术介绍
Iijima在1991年发现在电弧放电过程中沉积在阴极上的碳块中存在多层碳纳米管。制造碳纳米管的典型方法包括电弧放电法、激光蒸发法和化学气相沉积法。化学 气相沉积(CVD)法已知是碳纳米管的高效大规模制造方法。通常通过在400°C至1000°C的 高温使含碳的气态原料与金属(例如铁或镍)的细粒接触来制造碳纳米管。作为CVD法，利用载体的结构在载体上负载金属催化剂的方法(催化CVD)是已知 的。使用二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钛、硅酸盐、硅藻土、氧化铝硅酸盐、二氧化硅-氧 化钛、沸石等作为该催化CVD法所用的载体。使用这种载体的固体催化剂通常就这样以粉 末形式用于碳纳米管制造。迄今提出的方法包括使用流化床作为制造装置利用催化CVD法制造碳纳米管的 方法(专利文献1)、在反应完成后在分离装置中将流化材料与碳纳米纤维分离、并使分离 出的流化材料再循环和用于该反应的方法(专利文献2、、在流化床中使用通过用粘合剂粘 合负载金属催化剂的载体而得的催化剂-和-流化材料制造碳纳米管的方法(专利文献3) 和能够使用流化床、回转窑或类似装置与流化材料一起利用对制造碳纳米管的反应呈惰性 并且不可自流化的载体制造碳纳米管的方法(专利文献4)。现有技术文献专利文献专利文献1 JP3369996 C专利文献2 JP4064758 C专利文献3 JP2003-342840 A专利文献4 JP2008-56523 A专利技术概要本专利技术要解决的问题在催化CVD法中，载体主要用于控制催化金属粒子的粒度。但是，所选载体并非总 能用在流化床中。即使开发出具有显著改进的碳纳米管生产效率的固体催化剂，如果该催 化剂具有差的可流化性，也难以在工业有利的制造系统中使用这种催化剂。当可流化性差时，固体催化剂不能充分接触原料气体，因此，生产效率倾向于变 差。结果，排出到反应系统外的尚未用于反应的原料气体的比例提高，以致生产成本提高。 此外，固体催化剂、原料气体等的差的可流化性可能在短期内造成系统堵塞。出于这些原 因，使用流化床反应的催化CVD法中的关键因素是确保固体催化剂、原料气体等的良好可 流化性。3回顾上述专利文献，专利文献1描述了流化床，但没有公开其具体方法。在专利文 献2中，在分离装置中分离产物和流化材料。但是，将它们完全相互分离被认为是实际上不 可能的。流化材料作为污染物包含在产物中，以致产物纯度趋于降低。在专利文献3中提 出，使用粘合剂模制固体催化剂以确保其良好的可流化性。但是，在这种情况下，在高于粘 合剂分解温度的温度下不产生碳纳米管。此外，需要多阶段法以获得催化剂，这不可避免地 造成生产成本提高。在专利文献4中提出一种方法，其中，通过向其中加入流化材料，例如 氧化镁、氧化铝或氧化钛，容易使不可流化或难流化的载体流化。但是，类似于专利文献2， 需要进行将流化材料和碳材料相互分离的步骤。考虑到上述传统问题，本专利技术的目的是提供制造碳纳米材料的方法和系统，其可 确保催化剂、碳原料等在进行催化反应时的充足可流化性，不需要将制成的碳纳米材料与 流化材料分离的步骤，并以高效率产生具有高纯度的碳纳米材料。本文所用的术语“碳纳米材料”是指纳米级或微米级碳材料，优选是具有纳米级直 径和数微米至数百微米长度、并通过加入的碳原料的催化反应而获得的碳材料。这种碳材 料具有各种形状，例如纤维形式和管形式。解决问题的方式由于为解决上述问题而作出的认真研究，本专利技术人已经发现，通过如下所述的本 专利技术，可以解决这些问题。也就是说，本专利技术涉及下列方面。制造碳纳米材料的方法，包括在流化床反应器中使碳原料、催化剂和流化材料 流化，以制造所述碳纳米材料，其中使用碳材料作为所述流化材料。如上述方面中所述的制造碳纳米材料的方法，其中所述碳材料是独立地 通过上述方面中所述的方法获得的碳纳米材料。如上述方面或中所述的制造碳纳米材料的方法，其中所述碳材料是碳 纳米管。如上述方面至任一项中所述的制造碳纳米材料的方法，其中将流化气 体送入所述流化床反应器。如上述方面至任一项中所述的制造碳纳米材料的方法，其中在引发制 造所述碳纳米材料的反应之前已经预先在流化床反应器中将所述流化材料流化。如上述方面或中所述的制造碳纳米材料的方法，其中所述碳原料和流 化气体在被供应到所述流化床反应器中之前已经预先被加热。如上述方面至任一项中所述的制造碳纳米材料的方法，其中用作所述 流化材料的碳材料具有10平方米/克或更大且1，500平方米/克或更小的BET比表面积。如上述方面至任一项中所述的制造碳纳米材料的方法，其中所述用作 流化材料的碳材料具有石墨层。如上述方面至任一项中所述的制造碳纳米材料的方法，其中所述用作 流化材料的碳材料具有10微米或更大且1，000微米或更小的体积平均粒径。如上述方面至任一项中所述的制造碳纳米材料的方法，其中所述用 作流化材料的碳材料具有1. 70克/立方厘米或更大的真密度。如上述方面至任一项中所述的制造碳纳米材料的方法，其中所述用 作流化材料的碳材料是粒状的。如上述方面至和任一项中所述的制造碳纳米材料的方法，其中所述流化材料是纤维状碳材料。如上述方面中所述的制造碳纳米材料的方法，其中所述纤维状碳材料 具有1，000或更大的长径比。如上述方面至任一项中所述的制造碳纳米材料的方法，所述催化剂 和所述流化材料在被加入所述流化床反应器中之前已经被预先彼此混合，并且其中基于所 述催化剂与所述流化材料的总质量，所述流化材料的比例为40质量％或更高且90质量％ 或更低。碳纳米材料制造系统，用于通过如上述方面至任一项中所述的方法 制造碳纳米材料，该系统包括流化床反应器，用于使碳原料、催化剂和流化材料流化并进 行反应；碳原料供应装置，用于将所述碳原料供应到所述流化床反应器中；催化剂供应装 置，用于将所述催化剂供应到所述流化床反应器中；回收装置，用于从所述流化床反应器中 回收制造的碳纳米材料；其中将回收的碳纳米材料的一部分转移到所述催化剂供应装置， 并用作所述流化材料。如上述方面中所述的碳纳米材料制造系统，其中所述催化剂供应装置 包括气动转移装置，该气动转移装置通过气动转移将所述流化材料和催化剂粒子的混合物 传送到流化床反应器中。如上述方面或任一项中所述的碳纳米材料制造系统，其中所述回 收装置包括可以在垂直方向上上下移动的回收管。专利技术效果根据本专利技术，可以提供制造碳纳米材料的方法和系统，其可确保催化剂、碳原料等 在进行催化反应时的充足可流化性，其不需要将制成的碳纳米材料与流化材料分离的步 骤，并以高效率产生具有高纯度的碳纳米材料。附图简述附图说明图1是显示本专利技术的制造碳纳米材料的系统的一个实例的示意图。图2是实施例1中制成的碳纳米材料(碳纳米管)的电子显微照片。本专利技术的实施方案本专利技术的制造碳纳米材料的方法包括在流化床反应器中使碳原料、催化剂和流化 材料流化，以制造碳纳米材料，其中使用碳材料作为所述流化材料。本专利技术不使用普通材料(例如石英砂或氧化铝)作为用于形成流化床的流化材 料，而是使用通过该反应制成的碳材料作为流化材料。因此，不仅可以省略将制成的碳纳米 材料与流化材料分离的步骤(如果使用氧化铝、石英砂等作为流化材料，需要本文档来自技高网...
【技术保护点】
制造碳纳米材料的方法，包括在流化床反应器中使碳原料、催化剂和流化材料流化，以制造所述碳纳米材料，其中使用碳材料作为流化材料。
【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：八卷孝信，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP
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