(57)【要約】【課題】フラーレン類の製造において収率を向上させる手法の提供【解決手段】カーボン電極を使用したアーク放電によりフラーレン類を製造する方法であって、フラーレン類の生成する反応室を冷却する冷却液温度を４０〜６０℃に制御することを特徴とするフラーレン類の製造方法、並びに、カーボン電極、該電極に通電する手段、反応室及び該反応室を冷却液により冷却する冷却手段を備えたアーク放電型フラーレン類の製造装置であって、冷却液温度を４０〜６０℃に制御する手段を備えたことを特徴とするフラーレン類の製造装置。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボン電極を使用したアーク放電によりフラーレン類を製造する方法であって、フラーレン類の生成する反応室を冷却する冷却液温度を４０〜６０℃に制御することを特徴とするフラーレン類の製造方法。
【請求項２】
冷却液温度を４０〜５０℃に制御する請求項１に記載にフラーレン類の製造方法。
【請求項３】
カーボン電極、該電極に通電する手段、反応室及び該反応室を冷却液により冷却する冷却手段を備えたアーク放電型フラーレン類の製造装置であって、冷却液温度を４０〜６０℃に制御する手段を備えたことを特徴とするフラーレン類の製造装置。
【請求項４】
冷却手段が反応室の壁面のほぼ全面を覆う形状である請求項３に記載のフラーレン類の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラーレン類の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フラーレン類とは、１９８５年に発見された炭素の同素体であり、炭素数６０のＣ60フラーレン、炭素数７０のＣ70フラーレン、それ以上の炭素数の高次フラーレン等が単離されており、固体潤滑材、光伝導センサー、触媒、超電導材料等の各種の分野における利用が期待されている。
【０００３】
従来のフラーレン類の合成方法は、主として、カーボン電極アーク法により行われており、例えばＡｒ、Ｈｅ等の不活性ガス雰囲気の真空装置中でカーボン電極間にアーク放電を生じさせて炭素を蒸発させ、これを急冷することにより、１０％程度のフラーレン類を含有する、いわゆる炭素ススが得られている（例えば、特許文献１参照）。この炭素スス中には、Ｃ60フラーレン、Ｃ70フラーレン、それ以上の炭素数の高次フラーレン等が含まれており、これから各フラーレン成分を分離する方法としては、トルエン、二硫化炭素等の有機溶媒を用いて炭素ススからフラーレン類を抽出して、蒸発濃縮した後、再びトルエン、シクロヘキサン等の溶媒を用いてカラムクロマトグラフィーで分離する方法が一般的である。その際、炭素蒸気を液体窒素温度で冷却する方法が報告されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−１９４１２号公報
【特許文献２】特開平７−２３７９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようにフラーレン類の製造に各種の工夫が施されているが、その収率は、製法によって違いはあるものの、依然として１０％以下と低いものであることから、１％でも高い収率の達成できるフラーレン類の製造方法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記従来技術の問題点に鑑み鋭意検討を重ねた結果、フラーレン類の生成する反応室内壁を冷却する冷却液の温度を制御することによって、より高収率にフラーレン類を製造できることを見出し、本発明を完成させた。
【０００６】
すなわち、本発明は、下記のフラーレン類の製造方法及び製造装置に係るものである。
項１．カーボン電極を使用したアーク放電によりフラーレン類を製造する方法であって、フラーレン類の生成する反応室を冷却する冷却液温度を４０〜６０℃に制御することを特徴とするフラーレン類の製造方法。
項２．冷却液温度を４０〜５０℃に制御する項１に記載にフラーレン類の製造方法。
項３．カーボン電極、該電極に通電する手段、反応室及び該反応室を冷却液により冷却する冷却手段を備えたアーク放電型フラーレン類の製造装置であって、冷却液温度を４０〜６０℃に制御する手段を備えたことを特徴とするフラーレン類の製造装置。
項４．冷却手段が反応室の壁面のほぼ全面を覆う形状である項３に記載のフラーレン類の製造装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の製造方法及び製造装置によればフラーレン類の収率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明について説明する。第１図は本発明のフラーレン類の製造方法及び装置の模式図である。
【０００９】
反応室１０内にアーク発生用電極１１（アノード）、１２（カソード）が設けられている。また、反応室１０内に、Ｈｅガスを供給するための供給管５１が設けられ該供給管はヘリウムガスボンベ５０と接続されている。さらに反応室２６内の雰囲気圧を調節するために反応室１０は真空ポンプ４０と接続されている。
【００１０】
さらに反応室１０を冷却するために反応室１０の左側面にクーラントジャケット２０が設けられている。クーラントジャケット２０には冷却水を循環させるための冷却液供給管２１、冷却液排出管２２が設けられている。なお、クーラントジャケットは冷却液供給管２１及び冷却液排出管２２は冷却液温度を調節するための冷却液温度制御装置（温水タンク）６０に接続されており、冷却液は供給管２１からクーラントジャケット２０に供給され排出管２２から冷却液温度制御装置６０に循環されている。また、反応室１０の右側面にも、一組の冷却液供給管及び排出管（図示せず）を備えたクーラントジャケット２３が設けられている。また、反応室１０の正面にも一組の冷却液供給管及び排出管（図示せず）を備えたクーラントジャケット（図示せず）が設けられている。さらに、一組の冷却液供給管及び排出管（図示せず）を備えたクーラントジャケットが反応室１０の天井面、底面及び背面を覆うようにして設けられている。これらクーラントジャケットに供給される冷却液の温度は前記の冷却液温度制御装置６０によって集中制御される。
【００１１】
反応室１０の形状は直方体であり、高さ、横、奥行きはそれぞれ１２５０ｍｍ、４０６ｍｍ、４９５ｍｍである。第１図において、横方向はアノード１１及びカソード１２と平行な方向（左右方向）、高さ方向はアノード１１及びカソード１２と垂直な方向（上下方向）、奥行き方向は図示されていない。
【００１２】
このように構成されたフラーレン類の製造装置を用いたフラーレン類製造方法を次に説明する。冷却液温度制御装置６０を作動させて冷却液温度を４０〜６０℃、好ましくは４０〜５０℃に制御し、クーラントジャケット２０反応室１０内をＨｅ雰囲気とし、電極１１、１２間にアークを飛ばし、電極１１、１２の先端同志の間にプラズマを発生させる。本装置では、電極１１、１２が炭素電極となっており、アーク放電に伴ってその先端から炭素が蒸発し、プラズマ領域において炭素をフラーレン化反応させる。このフラーレン化反応した炭素を含むガスが、ヘリウムガス供給管５１から供給されるＨｅガスによって冷却され、フラーレン類を含んだすすが生成する。
【実施例】
【００１３】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
第１図に示したフラーレン類の製造装置を使用し、冷却液制御温度を１５℃、２５℃、３０℃、４０℃、５０℃又は６０℃に設定し、下記の手順でフラーレン類の製造を行った。
（１）アノード１１をカソード１２に接触するまで前進させる
（２）真空ポンプ４０を作動させて反応室１０内を排気する
（３）反応室内圧力が１×１０-2Ｔｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）以下になったら、電源３０を入れ電流を６００Ａに調整する
（４）アークが飛ばないことを確認しながらベーキングを４５分間行う
（５）ベーキング終了後、冷却水温度が設定温度になっていることを確認し、ヘリウムガスボンベ５０から反応室内にヘリウムガスを導入する
（６）反応室内圧力が４０Ｔｏｒｒ（５．３３２×１０3Ｐａ）になるようにヘリウムガスの流量を調整する
（７）アーク放電が発生するまでアノード１１をカソード１２から離す
（８）アーク放電が確認できたらアークが安定するようアノード１１の位置を調整する
（９）アノード１１がアーク放電によりアノード１１が完全に消費される手前でリミッターが作動してアノード１１を停止するとともに電源を切る。
（１０）ヘリウムの供給を停止し、放冷する
（１１）４５〜５０分後になったら反応室１０内に大気を導入する
（１２）反応室１０内が大気圧になったら扉を開け反応室壁面に付着しているすすを回収する
（１３）回収したすすからフラーレンを分離し、Ｃ60及びＣ70フラーレンの収率を測定する
なお、フラーレンの分離及び収率の測定は下記の方法で行った。
【００１４】
すすを約０．５〜２．４ｇ量り取り、石英繊維円筒ろ紙に入れる。サンプルを入れた円筒ろ紙をソックスレー抽出管にセットし、溶媒として１５０ｍＬのトルエンを平底フラスコに入れる。冷却管で冷却しながらトルエンを循環させ、ソックスレー抽出を行う。フラーレンがトルエンに解けると薄紫色ないし褐色に着色することから、ソックスレー抽出の終点は円筒ろ紙の着色がなくなるまでとし、およそ２４〜４８時間であった。ソックスレー抽出液はエバポレーターにより濃縮し、１００ｍＬメスフラスコで秤量を行った。得られたフラーレン溶解液１００ｍＬをＨＰＬＣ供試液とした。ＨＰＬＣには５μＬ注入し、下記表１に示す分析条件で、ＨＰＬＣクロマトグラムから供試液中に含まれるＣ60及びＣ70フラーレンを定量した。検量線はフラーレン標準物質（フラーレンＣ60及びＣ70（東京化成））をトルエンに溶解し、およそ１．５〜１００μｇ／ｍＬの標準濃度系列を作成し検量線とした。
【００１５】
【表１】
2006248827.tif 000002
収率の測定結果を図２に示す。
冷却水温度が１５〜３０℃の収率は７．９〜９．４％（平均８．７７％）であるのに対し、４０〜６０℃の収率は１０．９〜１２．２％（平均１１．７％）と高い値であった。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明の製造方法及び装置によればフラーレン類の収率の向上が見られ、フラーレン類の製造に利用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の装置の模式図である。
【図２】実施例において測定されたフラーレン類の収率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１８】
１０  反応室
２０  クーラントジャケット（左側面）
２１  冷却液供給管
２２  冷却液排出管
２３  クーラントジャケット（右側面）
２４  クーラントジャケット（天井面、背面、底面）
３０  電源
４０  真空ポンプ
５０  ヘリウムガスボンベ
５１  ヘリウムガス供給管
６０  冷却液温度制御装置（温水タンク）
【図１】
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【図２】
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