(57)【要約】【課題】熱ＣＶＤ法により発生し反応管内面に付着する副生物（タール、煤）を除去するために要する熱エネルギーを削減することができ、しかも、熱分解に要する処理時間を短縮することができる方法を提供する。【解決手段】ＣＶＤ法を利用してカーボンナノチューブを製造した後に反応管（１ａ）の内面に付着している副生物を除去する方法であって、空気ボンベ（６）から供給された空気（Ａｉｒ）によりオゾン発生装置（１１）で発生させたオゾンガスを管状炉（１）内に導入して、オゾンガスの存在下に反応管（１ａ）に付着した副生物を加熱分解処理する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＶＤ法を利用してカーボンナノチューブを製造した後に反応管の内面に付着している副生物を除去する方法であって、
オゾンガスの存在下に付着副生物を加熱分解処理することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱化学蒸着（chemical vapor deposition：ＣＶＤ）法を利用してカーボンナノチューブ（carbon nanotube：ＣＮＴ）を製造した後に反応管内面に付着している副生物（タール、煤等）を除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱ＣＶＤ法によるＣＮＴの製造では、不活性ガス中にアセチレンガスを混合したＣＮＴ合成用の混合ガスを、反応管を配した管状炉において６００〜１０００℃に加熱することによりＣＮＴが合成される。反応管からＣＮＴを排出した後に反応管内に残留するガスは上記加熱により生じた熱分解物を含んでいる。この熱分解物は冷却されることによりタール（炭化水素系の液状物質）化され、または、固形物である煤となり、反応管の内面に付着する。
【０００３】
このような副生物を除去する方法の一つとして、アセトン等の有機溶媒や市販の界面活性剤等により反応管内を拭き取る方法があるが、この方法では、拭き取り作業に長時間が必要となり効率的でない。また、拭き残し等により残存成分があるとそれが反応管に悪影響を及ぼすおそれがある。さらに、反応管の構成材料として使用される石英ガラスは、熱衝撃性には強い反面で、物理的な衝撃には脆く欠けやすい特性がある。したがって、反応管の内面に付着した副生物の除去には、極力ハンドリング作業は避けるべきである。
【０００４】
ハンドリング作業を行わずに反応管の洗浄を行うことが可能な方法として、反応管の内部に空気を導入しつつ加熱することにより付着物を分解除去する熱分解除去法が挙げられる。例えば、特許文献１には、アセチレンガスを用いた熱ＣＶＤ法によるＣＮＴ製造装置の反応管内面に付着した副生物を、酸素含有雰囲気、例えば、空気雰囲気中７００〜８００℃で加熱することにより分解し、生じた分解物を排出する方法が記載されている。また、特許文献２には、アセチレンを用いた熱ＣＶＤ法によりＣＮＴを生成させた後に反応チャンバの内面に付着したタールを、不活性ガスおよび適量の酸素（または空気）を供給して燃焼させ、生じた燃焼物を除去することが記載されている。
【０００５】
しかしながら、上記のような熱分解法による付着物の分解のためには、７００℃程度の加熱温度、１５〜３０分の加熱時間、１Ｌ／分程度の空気又は酸素流量の条件が必要とされ、熱分解のために要するエネルギーが膨大になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１８２６４０号公報、段落［００５４］、［００６６］、［００８１］
【特許文献２】特開２００７−０４５６３７号公報、段落［００５６］
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱ＣＶＤ法により発生し反応管内面に付着する副生物（タール、煤）を除去するために要する熱エネルギーを削減することができ、しかも、熱分解に要する処理時間を短縮することができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明者らが鋭意検討した結果、酸化性が非常に強いオゾンの存在下に反応管内面に付着したタール等の付着物を熱分解処理すれば、効率的にこれらの付着物を分解除去することができ、熱エネルギーの削減および熱処理時間の短縮を図ることができることを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は、ＣＶＤ法を利用してＣＮＴを製造した後にＣＮＴ製造用反応管内に付着している副生物を除去する方法であって、オゾンガスの存在下に付着副生物を加熱分解処理することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の方法は、ＣＶＤ法によりカーボンナノチューブを製造した後の反応管内に付着している副生物を、オゾンガスの存在下に加熱分解処理するので、付着物を除去するために要する熱エネルギーを削減することができ、しかも、熱分解に要する処理時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一例を示すフローシートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のＣＶＤ副生物の除去方法を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の方法の概略を説明するためのフローシートである。なお、図１では、管状炉（１）内に供給されるガス流れに関わる構成のみについて概略を示しており、管状炉（１）の加熱手段等のそれ以外の手段の記載を省略している。
【００１３】
図１に示すように、熱ＣＶＤ法により管状炉（１）内の反応管（１ａ）においてＣＮＴを製造する段階、ＣＮＴを製造する段階の前に行う予備段階、および、ＣＮＴ製造を終了した後に反応管（１ａ）の内面に付着するタール等の付着物を除去するための熱分解段階のそれぞれにおいて必要とされる各種のガスを供給するためのガスボンベ（２）〜（６）が備えられている。
【００１４】
ＣＮＴを製造する段階の前に行う予備段階では、電磁弁（２ａ）および（７）を開にすることにより、窒素ガスボンベ（２）からの窒素（Ｎ２）ガスが、ガス量調整用のマスフローメータ（２ｂ）を通過し、ここでガス量が調整されて、電磁弁（１２）または（１３）を介して管状炉（１）内に導入される。
【００１５】
なお、図１においては、管状炉（１）内にガスを導入するための電磁弁（１２）および（１３）が並列して設けられているが、これは、装置に異常が発生した時に緊急遮断するためであり、正常時は常時開にされる。このような目的は本発明の要旨と直接的に関係するものではないので、１つの弁のみによって管状炉（１）に導入されるガスの導入・非導入の切り替えを調節するようにしてもよい。
【００１６】
ＣＮＴを製造する段階では、電磁弁（３ａ）、（４ａ）および（８）を開にすることにより、窒素ガスボンベ（３）のからの窒素（Ｎ２）ガスとアセチレンガスボンベ（４）からのアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス（原料ガス）が混合気として管状炉（１）内に導入される。その際、各ガスは、マスフローメータ（３ｂ）または（４ｂ）をそれぞれ通過することによりガス量が適量に調整され、ＣＮＴ合成用の混合ガスとして適したような混合割合にされる。
【００１７】
ＣＮＴ製造操作後に行う熱分解段階では、電磁弁（６ａ）および（６ｂ）を開にすることにより、空気ボンベ（６）からの空気（Ａｉｒ）が、ガス量調整用のマスフローメータ（６ｂ）を介してここでガス量が調整されてからオゾン発生装置（１１）に供給され、ここで、オゾンを発生させた後、オゾン含有ガスが管状炉（１）内に導入される。
【００１８】
この熱分解段階において、オゾン発生装置（１１）の駆動により発生されるオゾン濃度は、例えば、１００００〜１０００００ｐｐｍであり、管状炉（１）内の温度は、オゾンの半減温度が２５０℃程度で数秒であると言われていることから２５０〜５００℃であることが好ましく、エネルギー削減を考慮すると２５０〜４００℃であることがより好ましい。また、オゾンによるタール等の付着物の熱分解には５分程度の時間が好ましい。
【００１９】
従来の方法では、ボンベ（６）からの空気を、オゾン発生装置を介さずにそのまま管状炉内に導入していたが、本実施の形態のようにオゾン発生装置（１１）に空気を通し、ここで発生したオゾンを含有する空気を管状炉（１）内に導入することにより、従来の方法と比較して以下のような４つの効果を得ることができる。
【００２０】
１．従来、熱ＣＶＤ法により発生した副生物（タール、煤）の加熱分解処理には、実際のＣＮＴ合成温度に匹敵する約７００〜８００℃まで副生物を加熱する必要があったが、オゾンガスを利用してこれを加熱分解することにより５００℃程度（好ましくは２５０〜５００℃、より好ましくは２５０〜４００℃）まで温度を下げることが可能となった。
【００２１】
２．従来、熱ＣＶＤ法により発生する副生物（タール、煤）の加熱分解処理時間は、加熱温度が７００℃である場合１５〜３０分程度必要であったが、オゾンガスを利用して副生物を加熱分解することにより上記の５００℃以下の加熱温度下において加熱時間を５分に短縮することが可能となった。
【００２２】
３．反応管以外にも、排気ガスの配管に使用している電磁弁など、熱ＣＶＤ法により発生する副生物（タール、煤）により汚染されていた機器の耐用期間もオゾンガスを利用することにより長期使用化を図ることができる。
【００２３】
４．熱ＣＶＤ法により発生する副生物（タール、煤）は悪臭を伴うが、オゾンには脱臭効果もあるので、作業環境を改善する効果がある。なお、反応管から排出される排気ガスは活性炭などの触媒で分解することにより無害化される。
【符号の説明】
【００２４】
１  管状炉
１ａ  反応管
２  窒素ガスボンベ
３  窒素ガスボンベ
４  アセチレンガスボンベ
６  空気ボンベ
２ａ〜６ａ  電磁弁
２ｂ〜６ｂ  マスフローメータ
７、８、１０  電磁弁
１１  オゾン発生装置
１２〜１３  電磁弁
【図１】
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