(57)【要約】【課題】フィルタ目詰まりを起こしにくくし、長期にわたりナノ炭素繊維を高効率で回収することができるようにすること。【解決手段】カーボンナノチューブ２３の単体または集合体が分散する溶液３が流れる流路中にトラップフィルタ１３を配置し、上記流路を流れてくる溶液中からカーボンナノチューブをトラップフィルタ１３でトラップして回収する方法において、トラップフィルタ１３でフィルタリングする前の段階の溶液に超音波を照射して、カーボンナノチューブ２３をフロック化させてカーボンナノチューブフロック２７を形成することで、カーボンナノチューブフロック２７がトラップフィルタ１３表面を覆う状態となっても、カーボンナノチューブ２３のトラップを継続可能とした。【選択図】図１
2011006822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の集合径以上のナノ炭素繊維集合体では捕捉し得るフィルタ孔を有するナノ炭素繊維のトラップフィルタを配置し、上記流路を流れてくる溶液中からナノ炭素繊維をこのトラップフィルタでトラップして回収するナノ炭素繊維回収方法において、
上記トラップフィルタでフィルタリングする前の段階の溶液に対して、その中の液体を振動させ得る周波数の超音波を照射することで、上記ナノ炭素繊維をフロック化させる超音波照射ステップと、
上記トラップフィルタを溶液が通過するよう当該溶液をポンピングして溶液中のナノ炭素繊維を当該トラップフィルタでトラップさせるポンピングステップと、
を具備し、
ナノ炭素繊維を、上記超音波照射ステップでフロック化して、ナノ炭素繊維フロックを形成することで、ポンピングステップで、ナノ炭素繊維フロックがトラップフィルタ表面を覆う状態となっても、溶液はナノ炭素繊維フロックを通過可能となって、ナノ炭素繊維をトラップフィルタで継続してトラップすることを可能とした、
ことを特徴とするナノ炭素繊維回収方法。
【請求項２】
上記フィルタでフィルタリング後の溶液をフィルタリング前の流路に戻して循環させる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記超音波照射ステップは、上記振動エネルギで、溶液中の気泡や気泡源を除去することも可能とした、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
上記超音波照射ステップは、超音波照射前にナノ炭素繊維が初期凝集している場合は、超音波照射により、その凝集を一旦、ほぐすことで、初期凝集とは異なるフロック化状態とすることを可能とした、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
上記ナノ炭素繊維は基板表面に付着しているナノ炭素繊維であり、上記超音波照射でナノ炭素繊維を基板表面から剥離させて溶液中に分散させることで、ナノ炭素繊維を基板表面から剥離して当該基板を洗浄可能とした、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
上記請求項１ないし５のいずれかに記載の方法を実施する、ことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ炭素繊維回収方法およびそれを実施する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ナノ炭素繊維のうち、例えばカーボンナノチューブは、炭素原子が六角形に配置されたグラフェンシートを筒状に巻いた形状で長さ方向にほぼ一様な直径形状をなし、長さと直径との比であるアスペクト比が大きく直径が微細であり、機械的強度が高く、半導体にも金属にもなるなどにより、半導体材料、導電材料、電界電子放出源、強度増強材料等、各種用途に用いられている。
【０００３】
このようなカーボンナノチューブ等のナノ炭素繊維が単体または集合体で分散している溶液中から、ナノ炭素繊維を回収する固液分離回収の、そのほとんどは、その溶液をフィルタ通過させる際に、ナノ炭素繊維をフィルタ表面にトラップすることで回収するものである。
【０００４】
しかしながら、従来の回収では、第１に、ナノ炭素繊維の微細さゆえに、フィルタ孔をナノ炭素繊維がトラップされずに通過してしまう結果、そのナノ炭素繊維回収の効率が低下すること、第２に、溶液中に存在する気泡がフィルタでトラップされてフィルタ孔が目詰まりする結果、フィルタリングの効率が低下し、ナノ炭素繊維の回収効率が低下すること、第３に、ナノ炭素繊維が初期凝集している場合では、その凝集したナノ炭素繊維がフィルタ表面を覆って早期使用の段階でフィルタ目詰まりを起こしてナノ炭素繊維回収効率が低下してしまうこと、等の課題がある。
【０００５】
なお、先行技術文献を特許文献１、２として下記する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３０３２５０号公報
【特許文献２】特開２００２−８５９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明により解決すべき課題は、フィルタ目詰まりが起こりにくく、長期にわたりナノ炭素繊維を高効率で回収する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるナノ炭素繊維回収方法は、所定の集合径以上のナノ炭素繊維集合体では捕捉し得るフィルタ孔を有するナノ炭素繊維のトラップフィルタを配置し、上記流路を流れてくる溶液中からナノ炭素繊維をこのトラップフィルタでトラップして回収するナノ炭素繊維回収方法において、上記トラップフィルタでフィルタリングする前の段階の溶液に対して、その中の液体を振動させ得る周波数の超音波を照射することで、上記ナノ炭素繊維をフロック化させる超音波照射ステップと、上記トラップフィルタを溶液が通過するよう当該溶液をポンピングして溶液中のナノ炭素繊維を当該トラップフィルタでトラップさせるポンピングステップと、を具備し、ナノ炭素繊維を、上記超音波照射ステップでフロック化して、ナノ炭素繊維フロックを形成することで、ポンピングステップで、ナノ炭素繊維フロックがトラップフィルタ表面を覆う状態となっても、溶液はナノ炭素繊維フロックを通過可能となって、ナノ炭素繊維をトラップフィルタで継続してトラップすることを可能とした、ことを特徴とするものである。
【０００９】
上記ナノ炭素繊維フロックは、ナノ炭素繊維の凝集塊の内部において、液体が通過することが可能な隙間を有する凝集形態のことである。
【００１０】
ナノ炭素繊維は、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコーン、カーボンナノバンブ、グラファイトナノファイバ、等の炭素繊維を含むことができる。
【００１１】
ナノ炭素繊維は、好ましくは、アスペクト比が１０以上で、短い直径が１００ｎｍ以下である。
【００１２】
また、トラップフィルタのフィルタ孔の孔径は、平均では１μｍ以下が好ましいが、本発明ではそのフィルタ孔の孔径は、最小で０．０３μｍ、最大で１００μｍを含むことができる。
【００１３】
本発明では、トラップフィルタの表面をナノ炭素繊維が覆うとしてもそれらはフロック化して該表面を覆うので、溶液はポンピングステップでポンピングされてナノ炭素繊維フロックおよびトラップフィルタを通過することができ、結果として、トラップフィルタは目詰まりすることなく、ナノ炭素繊維をトラップすることができる。以上から本発明方法では、フィルタ目詰まりを起こしにくくし、長期にわたりナノ炭素繊維を高効率で回収することができるようになる。
【００１４】
本発明において、好ましい態様は、上記フィルタでフィルタリング後の溶液をフィルタリング前の流路に戻して循環させる、ことである。
【００１５】
この態様では、ナノ炭素繊維が付着した基板を溶液中に浸漬した場合、超音波にてその基板からナノ炭素繊維を剥離させて溶液中に分散させることができると共に、その溶液からナノ炭素繊維がトラップフィルタでトラップされた場合、再度、そのナノ炭素繊維がトラップされてフィルタリングされた後の溶液をフィルタリング前の流路に戻して循環させて用いることができるようになる。
【００１６】
本発明において、好ましい態様は、上記超音波照射ステップは、上記振動エネルギで、溶液中の気泡や気泡源を除去することも可能とすることである。
【００１７】
この態様では、溶液中の気泡や気泡源を除去することができるので、トラップフィルタの目詰まりをより少なくすることができ、よりフィルタ目詰まりを起こしにくくし、長期にわたりナノ炭素繊維を高効率で回収することができるようになる。
【００１８】
本発明において、好ましい態様は、上記超音波照射ステップは、超音波照射前にナノ炭素繊維が初期凝集している場合は、超音波照射により、その凝集を一旦、ほぐすことで、初期凝集とは異なるフロック化状態とすることを可能とした、ことである。
【００１９】
本発明において、好ましい態様は、上記ナノ炭素繊維は基板表面に付着しているナノ炭素繊維であり、上記超音波照射でナノ炭素繊維を基板表面から剥離させて溶液中に分散させることで、ナノ炭素繊維を基板表面から剥離して当該基板を洗浄可能とした、ことである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、フィルタ目詰まりを起こしにくくし、長期にわたりナノ炭素繊維を高効率で回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明の実施の形態にかかるナノ炭素繊維回収方法を実施するために用いる装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は上記装置において被洗浄物浴槽内に被洗浄物である基板を投入した状態を示す図である。
【図３】図３は超音波照射器を作動させて被洗浄物浴槽内の溶液中に超音波を照射し、この照射により基板表面からカーボンナノチューブが剥離していく状態を示す図である。
【図４】図４は超音波照射器による超音波照射が進行して基板表面から剥離したカーボンナノチューブが凝集してフロック化していく状態を示す図である。
【図５】図５は図４のフロック化の進行によりトラップフィルタでカーボンナノチューブフロックがトラップされる状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るナノ炭素繊維回収方法を詳細に説明する。
【００２３】
図１は、実施の形態の方法を実施するナノ炭素繊維回収装置の概略構成を示す。図１を参照して、ナノ炭素繊維回収装置は、被洗浄物浴槽１を備える。この被洗浄物浴槽１に溶液３が入る。この溶液３は液体としての水に界面活性剤を加えたものである。被洗浄物浴槽１は、その底部に超音波照射器５を装備している。
【００２４】
超音波照射器５は、超音波を被洗浄物浴槽１の溶液３中に照射することができるようになっている。この超音波は、被洗浄物浴槽１内の図１では図示略の被洗浄物を照射することで、被洗浄物を洗浄する。超音波照射器５から照射される超音波の周波数は、溶液３を高効率で振動させ得る周波数が好ましく、周波数範囲を任意に調整することができるようになっている。この場合、超音波により溶液３が振動された場合に、気泡（バブル）が発生しないようにすることが必要である。これは気泡によりフィルタ孔が目詰まりするおそれがあるからである。実施の形態では、発生した気泡および気泡源を破壊するなどして除去するような形態で超音波を照射することが好ましい。
【００２５】
超音波照射器５の具体構成は周知であるので、本実施の形態では特に詳述することを略するが、例えば超音波振動子およびこれを駆動制御する制御装置で構成することができる。
【００２６】
被洗浄物浴槽１の底部には溶液供給側配管７の一端側が接続されている。この溶液供給側配管７の途中には流量制御バルブ９が配備されていると共に、この溶液供給側配管７の他端側にフィルタハウジング１１が接続されている。
【００２７】
フィルタハウジング１１は、内部にトラップフィルタ１３を収納している。フィルタハウジング１１は、溶液供給側配管７と溶液排出側配管１５とが接続される。トラップフィルタ１３は、そのフィルタ材質や形状は特に限定されるものではなく、固液分離に使用される各種のフィルタから目的に応じて適当なものを選択して用いることができる。
【００２８】
トラップフィルタ１３は溶液供給側よりも溶液排出側の圧力を低くする態様でポンピングすることができ、溶液排出側配管１５にはマグネット型吸引ポンプ１７が接続される。この場合、実施の形態のごとくマグネット型吸引ポンプ１７にて溶液排出側を減圧してポンピングする吸引タイプに限定されず、溶液供給側を昇圧する加圧タイプも採用することが可能である。なお、故供給側と溶液排出側とを同程度の圧力としてフィルタ、すなわち、溶液の重さを利用する自然フィルタを行うことも本発明の範囲に含めることができる。
【００２９】
マグネット型吸引ポンプ１７で溶液排出側配管１５内を排出されてきた溶液は、さらに、マグネット型吸引ポンプ１７に接続された循環用配管１９内を経て、被洗浄物浴槽１に循環して戻されるようになっている。
【００３０】
次に図１の装置を用いて図２以降を参照して本実施の形態のナノ炭素繊維回収方法を説明する。図２で示すように、被洗浄物浴槽１内の溶液３中に被洗浄物である基板２１が投入される。基板２１は溶液３に浸漬される。
【００３１】
基板２１の表面には当該表面から除去されるべきナノ炭素繊維の一例であるカーボンナノチューブ２３が付着している。カーボンナノチューブ２３は、基板触媒法により当該基板２１表面に成長して製造されたものである。より具体的な一例には、基板２１表面に鉄等の金属触媒を付着させ、その基板２１上でカーボンナノチューブ２３を化学気相蒸着（ＣＶＤ）等により成長させる。そして、実施の形態ではこの基板２１表面に成長したカーボンナノチューブ２３を液中で固液分離して回収するものである。カーボンナノチューブ２３は、周知のごとく、実質的にグラファイトの１枚面を巻いて筒状にした形状を有している。このカーボンナノチューブ２３は当該チューブ間同士でのファンデルワールス力による凝集力が大きいために凝集しやすく、分散が困難である。そこで、実施の形態では溶液３中に界面活性剤を用いてカーボンナノチューブ２３を分散させるようにしている。分散剤はこの界面活性剤に限定されず、他の分散剤を添加してもよい。また、アルコール類などの有機溶剤自体を分散媒として用いても良い。
【００３２】
次に、図３で示すように、被洗浄物浴槽１の底部に配置の超音波照射器５から超音波２５が被洗浄物浴槽１の溶液３中に照射される。この超音波照射により、基板２１表面からカーボンナノチューブ２３が剥離する。この場合、基板２１表面から剥離したカーボンナノチューブ２３は、界面活性剤により高効率に分散される。この剥離においては、超音波照射により液中に無数の気泡が発生し、そしてこの無数の気泡が発生する時の衝撃波によりカーボンナノチューブ２３が剥離する。分散媒として水を用いた場合、超音波の周波数は２５ｋＨｚ〜４０ｋＨｚが好ましいが、有機溶剤を用いる場合は適宜、超音波の周波数を設定するとよい。
【００３３】
以上により、超音波照射器５から照射される超音波２５の周波数は、高効率での剥離、分散のために、周波数が上限５００ｋＨｚ、下限１５ｋＨｚである。超音波照射器５は、上記周波数範囲の超音波２５を溶液中に照射することで、上記したごとく、溶液３を効果的に振動させ、該基板２１表面からカーボンナノチューブ２３を高効率にて剥離させ、分散させることができる。
【００３４】
以上により、基板２１表面から剥離したカーボンナノチューブ２３は、図３で示す段階では単体で存在している。この段階ではトラップフィルタ１３のフィルタ孔１３ａの開口径はカーボンナノチューブ２３の直径より大きいので、カーボンナノチューブ２３はトラップフィルタ１３でトラップされず、ほとんどが素通りする。
【００３５】
そして、上記した超音波照射が進行するに伴い、その超音波による振動エネルギ等により、図４で示すように、単体のカーボンナノチューブ２３は、互いにフロック化した凝集体、つまりカーボンナノチューブフロック２７として多く存在するようになる。ここでフロック化は、凝集体内部において、液体が通過することが可能な隙間を有する凝集形態のことである。このフロック化したカーボンナノチューブフロック２７は、トラップフィルタ１３でトラップされるようになり、図５の段階では、トラップフィルタ１３の表面を覆うようになる。この状態では、単体のカーボンナノチューブ２３でも、トラップフィルタ表面を覆うカーボンナノチューブフロック２７でトラップされるようになる。こうして、最終的には、カーボンナノチューブ２３は、トラップフィルタ１３でトラップされることとなり、このトラップフィルタ１３をフィルタハウジング１１から取り外し、トラップフィルタ１３表面のカーボンナノチューブ２３をカーボンナノチューブフロック２７の状態で回収することができる。この場合、単体のカーボンナノチューブ２３もカーボンナノチューブフロック２７と共に回収することができる。
【００３６】
以上説明したように本実施の形態では、トラップフィルタ１３の表面をカーボンナノチューブフロック２７が覆うとしても、溶液はカーボンナノチューブフロック２７およびトラップフィルタ１３を通過することができ、結果として、トラップフィルタ１３は目詰まりすることなく、カーボンナノチューブをトラップすることができる。
【００３７】
以上から本実施の形態の回収方法は、トラップフィルタ１３が目詰まりしにくく、したがって、長期にわたりカーボンナノチューブを高効率で回収することができるようになる。
【００３８】
なお、実施の形態で示す装置は、超音波照射により、基板２１表面からカーボンナノチューブ２３を剥離させ、カーボンナノチューブ２３を回収する装置であるが、言い換えれば、基板２１表面からカーボンナノチューブ２３を除去して該基板２１表面を洗浄する洗浄装置とも言うことができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  被洗浄物浴槽
３  溶液
５  超音波照射器
７  溶液供給側配管
９  流量制御バルブ
１１  フィルタハウジング
１３  トラップフィルタ
１５  溶液排出側配管
１７  マグネット型吸引ポンプ
１９  循環用配管
２１  基板
２３  カーボンナノチューブ（ナノ炭素繊維）
２５  超音波
２７  カーボンナノチューブフロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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