(57)【要約】  本発明の課題は、含炭素粒子を効率的に回収し、回収した含炭素粒子から短時間の精製で、高純度の炭素化合物を安価に製造する方法及び装置を提供することを目的とする。また、得られる炭素混合物を、フラーレン又はカーボンナノチューブの原料として使用できる高配向な炭素混合物の製造方法及び装置を提供することである。本発明は、含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子を含炭素粒子に接触させることで、効率的に含炭素粒子を回収することができる。また、含炭素粒子中の元素状炭素を集めることができ、短時間の精製で高純度の炭素混合物を得ることができる。また、この炭素混合物は、高純度で、高配向であり、フラーレン又はカーボンナノチューブの原料として使用できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体中に浮遊する含炭素粒子から炭素混合物を製造する炭素混合物製造方法であって、
前記含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子と前記含炭素粒子とが接触する接触場で、前記接触場入口から流入する前記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を接触させる工程と、
前記薬液の粒子との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収する工程と、
回収された前記含炭素粒子を精製する工程と
を有することを特徴とする炭素混合物製造方法。
【請求項２】
前記気体は、燃料の燃焼によって内燃機関から排出される排気ガスであり、
前記燃料の消費量に対して、１０ｗｔ％以上となる量の薬液を前記接触場に供給し、前記薬液と前記排気とガスを接触させることを特徴とする請求項１記載の炭素混合物製造方法。
【請求項３】
前記薬液は、ヒノキ、台湾ヒノキ、青森産ヒバ、スギ、マツ、ナラ、ブナ、茶、イチョウ、モウソウチク、マダケ、クマザサ、チシマザサ、又は、ラベンダーのうち少なくとも１種類以上の植物から抽出される親油性成分と、親水性成分とを含有することを特徴とする請求項１記載の炭素混合物製造方法。
【請求項４】
前記薬液を１流体又は２流体のスプレー方式、或いは、インジェクション方式による噴霧、若しくは、加熱させることで、該薬液の粒子を形成し、前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を接触させることを特徴とする請求項１記載の炭素混合物製造方法。
【請求項５】
前記接触場出口近傍に備えられた粒径を大きくした前記含炭素粒子を捕捉する捕捉手段により前記含炭素粒子を捕捉した後、前記捕捉手段から前記含炭素粒子を回収することを特徴とする請求項１記載の炭素混合物製造方法。
【請求項６】
前記捕捉手段は、網目構造の多孔質セラミックのフィルタであることを特徴とする請求項５記載の炭素混合物製造方法。
【請求項７】
前記捕捉手段は、前記含炭素粒子を捕捉した後に前記接触場出口近傍から取り外され、捕捉した前記含炭素粒子を前記捕捉手段から分離するように前記含炭素粒子を回収することを特徴とする請求項５記載の炭素混合物製造方法。
【請求項８】
前記捕捉手段を前記接触場近傍に複数備え、
前記含炭素粒子の捕捉に使用する前記捕捉手段を切り替えることを特徴とする請求項５記載の炭素混合物製造方法。
【請求項９】
前記含炭素粒子は、超音波を利用して前記捕捉手段から分離するように回収されることを特徴とする請求項５記載の炭素混合物製造方法。
【請求項１０】
前記含炭素粒子は、水及び／又はアルコールに溶解して前記捕捉手段から分離するように回収されることを特徴とする請求項５記載の炭素混合物製造方法。
【請求項１１】
気体中に浮遊する含炭素粒子から炭素混合物を製造する炭素混合物製造装置であって、
前記含炭素粒子の粒径を大きくする薬液と、
前記薬液の粒子とを前記含炭素粒子と接触させる接触場と、
前記接触場入口から流入する前記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を接触させるように前記接触場に前記薬液の粒子を供給する供給手段と、
前記薬液との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収する回収手段と、
前記回収手段によって回収された前記含炭素粒子を精製する精製手段と
を備えることを特徴とする炭素混合物製造装置。
【請求項１２】
気体中に浮遊する含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子と前記含炭素粒子とが接触する接触場で、前記接触場入口から流入する前記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を接触させ、
前記薬液の粒子との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収し、
回収された前記含炭素粒子を精製することにより製造されることを特徴とする炭素混合物。
【請求項１３】
気体中に浮遊する含炭素粒子から製造された炭素混合物からフラーレン又はカーボンナノチューブを製造するフラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法であって、
前記含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子と前記含炭素粒子とが接触する接触場で、前記接触場入口から流入する前記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を接触させる工程と、
前記薬液の粒子との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収する工程と、
回収された前記含炭素粒子を精製する工程と、
前記含炭素粒子を精製することにより製造された炭素混合物に対し、アーク放電又はレーザ照射を行う工程と
を有することを特徴とするフラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法。
【請求項１４】
気体中に浮遊する含炭素粒子から製造された炭素混合物からフラーレン又はカーボンナノチューブを製造するフラーレン又はカーボンナノチューブ製造装置であって、
前記含炭素粒子の粒径を大きくする薬液と、
前記薬液の粒子を前記含炭素粒子と接触させる接触場と、
前記接触場入口から流入する前記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を接触させるように前記接触場に前記薬液の粒子を供給する供給手段と、
前記薬液の粒子との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収する回収手段と、
前記回収手段によって回収された前記含炭素粒子を精製する精製手段と
前記含炭素粒子を精製することにより製造された炭素混合物に対し、アーク放電又はレーザ照射を行う処理手段とを備えることを特徴とするフラーレン又はカーボンナノチューブ製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮遊粒子状物質や粒子状物質といった、気体中に浮遊し、炭素を含有する含炭素粒子を回収し、回収した含炭素粒子から製造された炭素混合物、その製造方法及び装置に関するものである。また、その製造された炭素混合物を用いたフラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法及び製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、火力発電や自動車や船舶等、化石燃料を多く使用する場面が多くなっている。これに伴い、化石燃料を燃焼することにより発生する酸化窒素化合物（ＮＯｘ）、酸化硫黄化合物（ＳＯｘ）、粒子状物質（ＰＭ：ｐａｒｔｉｃｕｌａｔ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）が大気中に放出され、大気汚染等の問題を引き起こしている。【０００３】
このＰＭは、炭素を含有する粒子状の含炭素粒子の物質の１つで、一般に粒径で分類されている。その粒径が１０μｍ以下のＰＭは、ＳＰＭ（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）と呼ばれ、中でも粒径が２．５ｎｍと特に小さいＰＭは、ＰＭ２．５と呼ばれ、人体や動物に対しても悪影響を与えることが明らかになっている。【０００４】
特にＰＭの発生量の多いディーゼル燃料をはじめとする種々の化石燃料を使用する装置から排出されるＰＭに対する対策は、緊急かつ重要な課題となっており、ＰＭを効率よく除去する方法及び装置が開発されている。【０００５】
本発明者らは、効率的にＰＭを除去するだけでなく、同時に発生する窒素酸化物等も除去することができる装置を開発している（例えば、特許文献１参照）。この装置によれば、精油を含有する水溶液から発生する蒸気と気体流中の含炭素粒子や窒素酸化物と接触し、形成された吸着体をスチールウール等で捕集することができる。これにより、含炭素粒子や窒素酸化物等を含む気体流中から含炭素粒子や窒素酸化物等の有害物質を効率的に除去することができる。【０００６】
一方、ガソリンエンジンから排出される排気ガス中の煤状物質すなわちＰＭを回収し、精製することでフラーレンを得ることが報告されている（例えば、特許文献２参照）。これにより、微量ながらも化石燃料の燃焼によりフラーレンを形成することができることが示されている。通常、このようなフラーレンやカーボンナノチューブを製造するためには、モンモリロナイトの層間にアクリロニトリル等の炭素源を挿入し、その層間で重合させることで高度に配向したグラファイトを得て、この高配向グラファイトに対してアーク放電やレーザ照射を行うことで、球状又はチューブ状の構造を有するフラーレンやカーボンナノチューブが製造される。【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１７２１３０号公報
【特許文献２】特開平０５−１８６２０９号公報
【０００８】
含炭素粒子は、結晶構造の異なる種々の炭素の混合物だけではなく、未燃焼の燃料も含まれている。そのため、単に排気ガス中から含炭素粒子を回収しただけでは、含炭素粒子の精製に時間がかかってしまう。例えば、特許文献２の方法で高純度の炭素混合物を多量に得るためには、長時間の精製を必要とする。【０００９】
特許文献２の方法により、フラーレンを製造するためには、化石燃料により発生した微粒のフラーレンを含有するＰＭすなわち含炭素粒子を回収する必要がある。含炭素粒子は、上述したように非常に微小であるため、容易に回収することは難しい。また、含炭素粒子中に含まれる炭素は、結晶状態の異なる炭素の混合物であるが、多くは、結晶構造の定まっていない無定形炭素であり、特許文献２のようにフラーレンは少量含まれているのみである。したがって、含炭素粒子を単に回収し、その中のフラーレンを取り出そうとしても、フラーレンが得られるのは少量である。【００１０】
また、モンモリロナイトを使用して形成された高配向のグラファイトに対してアーク放電やレーザ照射を行うことでフラーレンやカーボンナノチューブを製造する方法は、鉱物であるモンモリロナイトが安定的に得られるものとは限らない。そして、鉱物であるモンモリロナイト毎に層の形成が異なり、安定して高配向なグラファイトを得ることができず、フラーレンやカーボンナノチューブが製造できないこともある。これは、フラーレンやカーボンナノチューブが高価となる原因となる。【００１１】
そして、排気ガスから単に含炭素粒子を回収し、精製によって取り出された炭素混合物に対してアーク放電やレーザ照射を行っても、フラーレンやカーボンナノチューブを形成するような高配向な炭素混合物ではないため、フラーレンやカーボンナノチューブがほとんど得られない。
【発明の開示】
【００１２】
そこで、上記実情に鑑み、本発明者らは特許文献１の方法及び装置に改良を加え、本発明を開発するに至った。本発明は、含炭素粒子を除去するだけではなく、含炭素粒子を効率的に回収し、回収した含炭素粒子から短時間の精製で高純度の炭素混合物を安価に製造する方法及び装置、並びに、その炭素混合物を提供することを目的とする。また、フラーレン又はカーボンナノチューブの原料として使用できる高配向な炭素混合物の製造方法及び装置、並びに、その炭素混合物を提供することを目的とする。
【００１３】
さらに、上述のように製造された高配向の炭素混合物を基に、フラーレン又はカーボンナノチューブを製造することができる方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１４】
本発明の炭素混合物製造方法は、気体中に浮遊する含炭素粒子から炭素混合物を製造する炭素混合物製造方法であって、前記含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子と前記含炭素粒子とが接触する接触場で、前記接触場入口から流入する前記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を接触させる工程と、前記薬液の粒子との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収する工程と、回収された前記含炭素粒子を精製する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の炭素混合物製造方法によれば、含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子を含炭素粒子に接触させることで、効率的に含炭素粒子を回収することができる。また、この薬液によって含炭素粒子を凝集拡大させる際、含炭素粒子中の元素状炭素を集めることができ、短時間の精製で高純度の炭素混合物を得ることができる。また、薬液を使用することで、高配向の炭素混合物を製造することができる。
【００１６】
本発明の炭素混合物製造方法において、前記気体は、燃料の燃焼によって内燃機関から排出される排気ガスであり、前記燃料の消費量に対して、１０ｗｔ％以上となる量の薬液を前記接触場に供給し、前記薬液と前記排気とガスを接触させることを特徴とする。このように、より多い薬液と接触させることで、より短時間での精製で高純度の炭素混合物を得ることができる。また、より高配向の炭素混合物を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の炭素混合物製造方法において、前記薬液は、ヒノキ、台湾ヒノキ、青森産ヒバ、スギ、マツ、ナラ、ブナ、茶、イチョウ、モウソウチク、マダケ、クマザサ、チシマザサ、又は、ラベンダーのうち少なくとも１種類以上の植物から抽出される親油性成分と、親水性成分とを含有することを特徴とする。これにより、含炭素粒子の凝集拡大に効果的な薬液となる。したがって、より好適に含炭素粒子が回収でき、より多くの炭素混合物が製造できる。
【００１８】
さらに、本発明の炭素混合物製造方法において、前記薬液を１流体又は２流体のスプレー方式、或いは、インジェクション方式による噴霧、若しくは、加熱させることで、該薬液の粒子を形成し、前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を接触させることを特徴とする。これらにより、気体中の含炭素粒子に対して効率的に薬液を接触させることができる。したがって、含炭素粒子から効率的に炭素混合物を得ることができる。
【００１９】
またさらに、本発明の炭素混合物製造方法において、前記接触場出口近傍に備えられた粒径を大きくした前記含炭素粒子を捕捉する捕捉手段により前記含炭素粒子を捕捉した後、前記捕捉手段から前記含炭素粒子を回収することを特徴とする。これにより、粒径を大きくした含炭素粒子を確実に捕捉し、含炭素粒子を回収することができ、より多くの炭素混合物が製造できる。
【００２０】
また、本発明の炭素混合物製造方法において、前記捕捉手段は、網目構造の多孔質セラミックのフィルタであることを特徴とする。これにより、効率的に含炭素粒子を回収することができ、フィルタの再生も容易である。
【００２１】
さらに、本発明の炭素混合物製造方法において、前記捕捉手段は、前記含炭素粒子を捕捉した後に前記接触場出口近傍から取り外され、捕捉した前記含炭素粒子を前記捕捉手段から分離するように前記含炭素粒子を回収することを特徴とする。これにより、含炭素粒子を捕捉した捕捉手段から含炭素粒子を回収することが容易となり、より多くの炭素混合物が製造できる。
【００２２】
またさらに、本発明の炭素混合物製造方法において、前記捕捉手段を前記接触場近傍に複数備え、前記含炭素粒子の捕捉に使用する前記捕捉手段を切り替えることを特徴とする。使用する捕捉手段を切り替えることにより、気体中の含炭素粒子の捕捉と、捕捉手段からの含炭素粒子の回収を同時に行うこともでききる。すわなち、捕捉と回収とを連続的に行うことができ、効率的に炭素混合物を製造することができる。
【００２３】
さらに、本発明の炭素混合物製造方法において、前記含炭素粒子は、超音波を利用して前記捕捉手段から分離するように回収されることを特徴とする。超音波を利用することにより、容易に捕捉手段から含炭素粒子を分離させることができる。また、高配向の炭素混合物が製造できる。
【００２４】
また、本発明の炭素混合物製造方法において、前記含炭素粒子は、水及び／又はアルコールに溶解して前記捕捉手段から分離するように回収されることを特徴とする。含炭素粒子の粒径を大きくする薬液は、親水性成分を多く含んだ薬液であるため、親水性の化合物との親和性が高く、安価な水やアルコールを使用することで容易に含炭素粒子を捕捉手段から分離し、含炭素粒子を回収することができ、より多くの炭素混合物が製造できる。
【００２５】
本発明の炭素混合物製造装置は、気体中に浮遊する含炭素粒子から炭素混合物を製造する炭素混合物製造装置であって、前記含炭素粒子の粒径を大きくする薬液と、前記薬液の粒子とを前記含炭素粒子と接触させる接触場と、前記接触場入口から流入する前記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を接触させるように前記接触場に前記薬液の粒子を供給する供給手段と、前記薬液との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収する回収手段と、前記回収手段によって回収された前記含炭素粒子を精製する精製手段とを備えることを特徴とする。
【００２６】
本発明の炭素混合物製造装置によれば、含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子を含炭素粒子に接触させることで、効率的に含炭素粒子を回収することができる。また、この薬液によって含炭素粒子を凝集拡大させる際、含炭素粒子中の元素状炭素を集めることができ、短時間の精製で高純度の炭素混合物を得ることができる。また、薬液を使用することで、高配向の炭素混合物を製造することができる。
【００２７】
本発明の炭素混合物は、気体中に浮遊する含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子と前記含炭素粒子とが接触する接触場で、前記接触場入口から流入する前記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を接触させ、前記薬液の粒子との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収し、回収された前記含炭素粒子を精製することにより製造されることを特徴とする。
【００２８】
本発明の炭素混合物によれば、含炭素粒子の粒径を大きくする薬液を使用して、含炭素粒子を回収し、回収した含炭素粒子を短時間の精製で製造されることで、高純度で、安価な炭素混合物が得られる。また、この炭素混合物は、高配向であり、フラーレン又はカーボンナノチューブの原料として使用できる。
【００２９】
本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法は、気体中に浮遊する含炭素粒子から製造された炭素混合物からフラーレン又はカーボンナノチューブを製造するフラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法であって、前記含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子と前記含炭素粒子とが接触する接触場で、前記接触場入口から流入する前記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を接触させる工程と、前記薬液の粒子との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収する工程と、回収された前記含炭素粒子を精製する工程と、前記含炭素粒子を精製することにより製造された炭素混合物に対し、アーク放電又はレーザ照射を行う工程とを有することを特徴とする。
【００３０】
本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法によれば、高配向の炭素混合物を使用するため、フラーレン又はカーボンナノチューブを製造することができる。また、このフラーレン又はカーボンナノチューブの原料となる含炭素粒子は、化石燃料の消費によって発生するため、安定して供給される原料である。そして安価である。したがって、このフラーレン又はカーボンナノチューブを安価で安定的に供給することができる。
【００３１】
本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブ製造装置は、気体中に浮遊する含炭素粒子から製造された炭素混合物からフラーレン又はカーボンナノチューブを製造するフラーレン又はカーボンナノチューブ製造装置であって、前記含炭素粒子の粒径を大きくする薬液と、前記薬液の粒子を前記含炭素粒子と接触させる接触場と、前記接触場入口から流入する前記気体中の前記含炭素粒子に前記薬液の粒子を接触させるように前記接触場に前記薬液の粒子を供給する供給手段と、前記薬液の粒子との接触により粒径を大きくした前記含炭素粒子を回収する回収手段と、前記回収手段によって回収された前記含炭素粒子を精製する精製手段と前記含炭素粒子を精製することにより製造された炭素混合物に対して、アーク放電又はレーザ照射を行う処理手段とを備えることを特徴とする。
【００３２】
本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブ製造装置によれば、高配向の炭素混合物を使用するため、フラーレン又はカーボンナノチューブを製造することができる。また、このフラーレン又はカーボンナノチューブの原料となる含炭素粒子は、化石燃料の消費によって発生するため、安定して供給される原料である。そして安価である。したがって、このフラーレン又はカーボンナノチューブを安価で安定的に供給することができる。
【００３３】
本発明の炭素混合物製造方法及び炭素混合物製造装置は、含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子を含炭素粒子に接触させることで、効率的に含炭素粒子を回収することができる。また、含炭素粒子中の元素状炭素を集めることができ、短時間の精製で高純度の炭素混合物を得ることができる。
【００３４】
また、本発明の炭素混合物は、含炭素粒子の粒径を大きくする薬液を使用して、含炭素粒子を回収し、回収した含炭素粒子を短時間の精製で製造されることで、安価な炭素混合物が得られる。また、この炭素混合物は、高純度で、高配向であり、フラーレン又はカーボンナノチューブの原料として使用できる。
【００３５】
さらに、本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブ製造方法及びフラーレン又はカーボンナノチューブ製造装置は、高配向の炭素混合物を使用するため、フラーレン又はカーボンナノチューブを製造することができる。また、このフラーレン又はカーボンナノチューブの原料となる含炭素粒子は、化石燃料の消費によって発生するため、安定して供給される原料である。そして安価である。したがって、このフラーレン又はカーボンナノチューブを安価で安定的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の炭素混合物製造方法に関するブロック図である。
【図２】本発明の炭素混合物製造方法で接触場への薬液の供給方法の一例を示した図である。
【図３】本発明の炭素混合物製造方法で接触場への薬液の供給方法の別の一例を示した図である。
【図４】本発明の炭素混合物製造方法で接触場での含炭素粒子の捕捉及び回収の工程の一例を説明する図である。
【図５】本発明の炭素混合物製造方法で接触場での含炭素粒子の捕捉及び回収の工程の別の一例を説明する図である。
【図６】本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブの製造方法に関するブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明においては、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。【００３８】
本発明は、含炭素粒子の粒径を拡大する薬液と、薬液の粒子と含炭素粒子とを接触させる接触場とを有している。【００３９】
本発明において含炭素粒子とは、無定形炭素、グラファイト等といった種々の炭素の同素体を示す元素状炭素の混合物からなる炭素粒子を含有する粒子状物質のことを示す。この含炭素粒子は、例えば、車両、船舶等の移動体や発電機（発電所を含む）やボイラーといった内燃機関でガソリン、軽油、灯油、Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油等といった化石燃料を燃焼させることで発生する排ガス中に含まれている粒子状の物質である。この元素状炭素からなる炭素粒子の他に、燃料や内燃機関により構成成分が異なるものの、炭酸塩炭素、ベンゾピレン、アントラセン等の多環芳香族炭化水素、１−ニトロピレン、ジニトロピレン等の多環芳香族炭化水素類のニトロ化誘導体、ブタン、ブテン、ヘキサン、ヘキセン、オクタン、オクテン、デカン、ドデカン等の鎖状炭化水素、アジピン酸、グルタル酸等のカルボン酸、安息香酸等の芳香族カルボン酸などが含まれ、元素状炭素からなる炭素粒子の周囲に付着している。【００４０】
また、本発明において、高配向とは、炭素原子が所定通りに規則正しく並んだ結晶がきちんと配向した状態のことを示している。そして、高配向の炭素混合物とは、高配向の炭素を含有する混合物のことを示し、その中には、結晶構造の定まらない無定形の炭素も含まれていてもよい。【００４１】
そして、内燃機関等から排出される排気ガス中に含まれるこの含炭素粒子は、内燃機関や燃料や燃料の燃焼条件等により異なり、限定されるものではないが、大気等の気体中に浮遊する大凡１０μｍ以下の大きさを有している。この大きさの粒子に下記で説明する薬液を接触させることで、含炭素粒子の粒径を大きくして、含炭素粒子を回収することができる。【００４２】
薬液は、植物の抽出によって得られる親油性成分０．０１ｗｔ％〜１ｗｔ％と、植物の抽出によって得られる親水性成分２０ｗｔ％〜２５ｗｔ％とを含有する。本発明において使用する親油性成分と、親水性成分を得るために使用する植物は特に限定されないが、ヒノキ科の植物、ツバキ科の植物、イチョウ科の植物、イネ科の植物およびシソ科の植物から選ばれる植物から得られるものであることが好ましい。【００４３】
親油性成分と親水性成分を得るための植物は、特に限定するものではないが、ヒノキ科の植物、スギ科の植物、ブナ科の植物、マツ科の植物、ツバキ科の植物、イチョウ科の植物、イネ科の植物、シソ科植物が挙げられ、これらは含炭素粒子の粒径の拡大に効果的である。【００４４】
また、具体的には、ヒノキ科の植物として、青森産ヒバ、ヒノキ、台湾ヒノキ、エンピツビャクシン、セイヨウヒノキ、ネズミサシ、ベニヒ、ヒバ、ヒノキアスナロ等が挙げられる。青森産ヒバは、青森県を産地とするヒバをいい、この幹や枝や葉等からは、ロジン酸α−ツヤプリシン、β−ツヤプリシン、ヒノキチオール、ツヨプセン、セドロール、カルバクロールなどのフェノール類、ジペンテン、サビネン、ボルネオール、サビノールを中心としたモノテルペノイド、酢酸サビニル、セスキテルペノイドならびにヒバエンなどのジテルペノイド等の成分が抽出できる。【００４５】
また、台湾ヒノキは、台湾を主産地し、この葉や根等からは、α−ピネン、β−ピネン、カンフェン、ｐ−シメン、γ−テルピネン、ｄ−サビネン、テルピネオール、リナロール、ツヨプセン、β−エレメン、α−セドレン、エレモール、ビドロール、セドロール、ヒノキチオール、α−ツヤプリシン、トロポロイド、ヒノキチン等の成分が抽出できる。そして、ヒノキは、日本特産種で、その根や幹や葉等からは、α−ピネン、ボルネオール、γ−カジネン、α−カジノール、ヒノキオール等の成分が抽出できる。【００４６】
スギ科の植物として、スギ、イカリスギ、セコイア、メタセコイア等が挙げられる。スギは、日本の多くを産地とし、この幹や枝や葉等から、クリプトメリオール、クリプトメリジオール、δ−カジネン、β−オイデスモール、スギオール、スギネン、セスキテルペン、β−システロール、セスキテルペン、スギオール、ジペンテン、カヤフラバノン、ソテツフラボン、ｄ−カテロール等の成分が抽出できる。【００４７】
ブナ科の植物として、ブナ、コナラ、クヌギ、クリ、ブナ、スダジイ等が挙げられる。ブナは、日本に広く分布し、この幹や枝や葉等から、フラボノイド類を含むブナ油等が抽出できる。コナラは、ナラとも呼ばれ、日本及び朝鮮半島に広く分布し、この幹や枝や葉等から、タンニン類等を含むナラ油等の成分が抽出できる。【００４８】
マツ科の植物として、アカマツ、クロマツ、ゴヨウマツ、カラマツ、トドマツ等が挙げられる。アカマツは、日本に広く分布し、この幹や枝や葉から、種々の成分を有するマツ油が抽出できる。【００４９】
ツバキ科の植物として、茶、ツバキ、サザンカ等が挙げられる。茶は、約３００種の成分が含まれ、その葉や枝等から、シス−３−ヘキセノールおよびヘキサン酸エステル、トランス−２−ヘキセン酸エステル、リナロール、ゲラニオール、フェニルエチルアルコール、シス−ジャスモン、ジャスモン酸メチル、インドール等の成分が抽出できる。【００５０】
イチョウ科の植物として、イチョウ、Ｂａｉｅｒａ、Ｓｔｅｎｏｐｈｙｌｌｕｍ、Ｓｐｈａｅｎｏｂａｉｅｒａ等が挙げられる。特に、東アジアを産地とするイチョウ類イチョウ目に属するイチョウの葉は、種々の成分を有するイチョウ油が抽出できる。【００５１】
イネ科の植物として、ホウライチク、ヤダケ、スズタケ、モウソウチク、マダケ、クマザサ、チシマザサ、アズマザサ、オカメザサ等が挙げられる。主に日本を含む東アジアを主産地とするホウライチク、ヤダケ、スズタケ、モウソウチク、マダケは、葉等から種々の成分を有するタケ油が抽出できる。また、クマザサ、チシマザサは、葉等から種々の成分を有するササ油が抽出できる。【００５２】
シソ科の植物として、ラベンダー等が挙げられる。ラベンダーは、フランス、イタリア、ハンガリー、ロシア南部、イギリス、北アメリカ、オーストラリア及び北海道等を主産地とし、このラベンダーの花等から、リナロール、酢酸リナリル、ラバンジュロール、酢酸ラバンジュリル、３−オクタノール、α−ピネン、β−ピネン、リモネン、シネオール、シトロネラール等の成分が抽出される。【００５３】
上述の各成分は、植物の葉、花、種子、樹皮、果肉、果皮等から抽出され、水に不溶な親油性成分と、水に可溶な親水性成分とを有している。このうち、親油性成分は、一般に精油と呼ばれ、油状から半固体状で得られる揮発性物質である。この揮発性を利用して熱をかけることで植物から親油性成分を抽出することができる。この親油性成分には、テルペン系化合物、脂肪族鎖状化合物、芳香族化合物等も含有されている。また、この親油性成分中には、親水性成分を構成する親水性物質も含まれている。【００５４】
テルペン系化合物は、（Ｃ５Ｈ８）ｎなる分子式をもつ鎖状および環状の炭化水素で、母体のテルペン系炭化水素と同じ炭素骨格をもつアルコール、アルデヒド、ケトンその他の誘導体も含まれる。テルペン系化合物はイソプレン単位の数によって、ヘミテルペン（Ｃ５Ｈ８）、モノテルペン（Ｃ１０Ｈ１６）、セスキテルペン（Ｃ１５Ｈ２４）、ジテルペン（Ｃ２０Ｈ３２）、トリテルペン（Ｃ３０Ｈ４８）、ポリテルペン（Ｃ５Ｈ８）ｎ等に分類される。【００５５】
一方、親水性成分は、上述した植物中に含まれる親水性物質を含有する水溶液である。この親水性成分は、植物中又は親油性成分中に含まれる親水性物質を水又は親水性の液体で抽出することで親水性物質を含有する水溶液として得られる。【００５６】
親油性成分及び親水性成分の抽出方法は、特に限定するものではないが、例えば水蒸気蒸留が挙げられる。この水蒸気蒸留は、親油性成分の沸点（通常、１５０〜３５０℃）より低い温度で行われるため、親油性成分の分解が生じるおそれはほとんどないという利点がある。また、親水性成分は、植物中の水分又は植物とともに入れられた水を蒸発させ、発生した蒸気とともに親水性物質が流出する。【００５７】
以下に、一例として台湾ヒノキの水蒸気蒸留によって、薬液の製造について説明する。ヒノキは、南限が台湾の阿里山、北限が福島県といわれる分布域を有するヒノキ科の常緑高木である。単にヒノキといえば日本特産種を指し、台湾産のものを台湾ヒノキという。台湾ヒノキからは、多くのテルペン類を含み、芳香成分であるヒノキチオールを含む精油が得られる。このような芳香成分はヒノキの心材の部分に存在するが、樹齢６０年以上のヒノキになると心材の割合が８０％に達するため、樹齢の古いものの方が親油性成分を多く含み好適である。【００５８】
水蒸気蒸留を行う台湾ヒノキの根の部分を、クラッシャーなどを用いて０．５〜１ｍｍ角程度の大きさのチップにする。このチップ約５００ｋｇをチップに含まれる水分を利用して、所定の温度で、水蒸気蒸留を行う。具体的には、約１００〜１２０℃の温度で２〜６時間程度蒸留し、チップに含有されている親油性成分を蒸気とともに留出させる。温度及び時間は、チップにした木の含水量などにより適宜調節する。水蒸気蒸留によって植物から発生する蒸気を冷却すると、上述のような親油性成分と植物中の親水性物質及び水により構成される親水性成分とが２層に分離し、親油性成分と親水性成分が得られる。なお、使用するヒノキのチップの量によって、抽出時間、蒸留釜の大きさ、蒸留時間などは適宜調整することができる。【００５９】
この親水性成分と親油性成分とを所定の組成となるように混合することで、本発明で使用する薬液が得られる。例えば、混合後の水溶液の組成として、親油性成分を０．０１ｗｔ％〜１ｗｔ％、親水性成分を２０ｗｔ％〜２５ｗｔ％となるように混合し、例えば室温から６０℃で、３０分から２時間以上攪拌することで得られる。この溶液を使用することにより、含炭素粒子を効率的に回収できるとともに、回収した含炭素粒子の精製が容易となる。【００６０】
また、得られた薬液には、必要に応じて適宜、ワックス類を添加してもよい。ワックス類には、天然ワックスと合成ワックスとに大別され、天然ワックスには、カルナウバワックス、木ろう、サトウロウなどの植物ワックスやミツロウ、昆虫ロウ、鯨ロウ、羊毛ロウなどの動物ワックスやパラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの石油ワックスやモンタンワックス、オゾケライトなどの鉱物ワックスが含まれる。また、合成ワックスには、カーボワックス、ポリエチレンワックス、塩素化ナフタレンワックスなどが含まれる。この薬液は、そのままで使用してもよく、さらに水を加えて適宜希釈して使用してもよい。【００６１】
本発明は、図１のように、接触場６０と、薬液の粒子と含炭素粒子との接触により粒径を大きくした含炭素粒子を回収する回収手段としての回収部６２と、回収した含炭素粒子を精製する精製部６３とを有している。【００６２】
接触場６０は、含炭素粒子と薬液の粒子とが接触する空間である。そして、この接触場６０は、含炭素粒子を含有する気体が流入する気体入口と、薬液の粒子や蒸気が流入する薬液入口とを有し、接触場６０に流入した気体を接触場６０から排出するための出口とを有している。この出口には煙突等が設けられていてもよい。この接触場６０で含炭素粒子と薬液の粒子とを接触させ、含炭素粒子の粒径を大きくする。この含炭素粒子の粒径を大きくすることで、気体中に浮遊させにくくしたり、回収を容易としたりすることができる。【００６３】
この接触場６０の形状は、含炭素粒子と薬液の粒子とが接触することができる空間を有していれば特に限定するものではない。また、この接触場６０の気体入口は、含炭素粒子を含有する気体を流入させることができればよい。例えば、内燃機関からの排気を流入させる場合、内燃機関の排気口と接触場６０の気体入口を接続してもよい。また、接続させなくても、接触場６０に流入させるようにファン等を設け、接触場６０に気体を導いてもよい。【００６４】
供給部６１は、上述のような薬液を、含炭素粒子と薬液とが接触する空間である接触場６０に粒子として供給する供給手段である。この接触場６０への供給は、含炭素粒子と薬液の粒子とが効率的に接触できる方法であれば、特に限定するものではない。例えば、薬液を接触場６０に噴霧したり、接触場６０近傍で薬液を加熱させた蒸気を供給したりする方法などが挙げられる。【００６５】
例えば、この薬液の噴霧は、薬液のみをスプレーノズルで噴霧する１流体のスプレー方式、薬液に気体を分散させたものをスプレーノズルで噴霧する２流体のスプレー方式、薬液をインジェクションノズルで噴出するように噴霧するインジェクション方式などが挙げられる。これにより、薬液の粒子を形成し、この粒子を接触場６０に供給することで、供給された接触場６０中で薬液の表面積がより大きくなり、効率的に多くの含炭素粒子と薬液の粒子とを接触させることができる。【００６６】
例えば、図２のように、薬液を貯留する貯留槽１６と接続されたスプレーノズル１５を接触場６０に備え、含炭素粒子を含む気体を入口から流入させる。接触場６０に薬液を噴霧することで、薬液の微小な粒子が形成されるとともに、薬液の粒子を接触場６０に供給することができる。これにより、効率的により多くの含炭素粒子と薬液の粒子とを接触させることができる。【００６７】
一方、薬液を加熱させることでも薬液が粒子状となり、接触場６０に供給することもできる。例えば、図３のように、接触場２０に薬液を貯留する貯留槽２１と、その貯留槽２１中の薬液を加熱させる加熱手段であるヒータ２５を備え、この薬液を加熱することで加熱させる。これにより、発生した蒸気が接触場６０に供給される。このとき、貯留槽２１から離れることで、蒸気の周囲の温度が低下し、蒸気のいくつかが集合することで薬液の粒子が形成される。したがって、接触場６０には、蒸気及び薬液の粒子が供給される。さらに、蒸気は、接触場６０の壁面や含炭素粒子に近づくことでも、いくつかの粒子が集合して薬液の粒子を形成する。このように、薬液を加熱させることで、含炭素粒子を含む気体が流入してくる接触場６０入口近傍及び接触場６０において、薬液の粒子が形成され、その薬液の粒子を接触場６０に供給することができる。これにより、薬液を噴霧した場合と同様に、接触場６０中の薬液の表面積がより大きくなり、効率的に含炭素粒子と薬液の粒子とを接触させることができる。また、例えば、流入する気体が薬液を蒸発させる程度に熱を有する場合、この気体の熱を加熱手段として使用し、薬液を蒸発させてもよい。この場合、気体中の熱は薬液の蒸発に使用されることで奪われる。したがって、上述のヒータ２５を使用した場合と同様に、気体中の含炭素粒子と薬液の粒子とを接触させ、効率的に含炭素粒子の粒径を大きくすることができる。【００６８】
接触場６０には、含炭素粒子を含む気体が流入するとともに、供給部６１から薬液が供給される。これにより、薬液の粒子と気体中の含炭素粒子とが接触する。このとき、薬液の粒子が含炭素粒子の周囲を取り囲むように付着する。このように薬液によって周囲が囲まれた含炭素粒子同士がこの薬液を介して接触し、含炭素粒子同士が凝集する。これを繰り返し、含炭素粒子が凝集拡大していくことで含炭素粒子の粒径が大きくなる。このように、薬液を使用することで、粒径を大きくした含炭素粒子の精製時間を短くすることができる。これは、含炭素粒子同士が凝集拡大して含炭素粒子の粒径を大きくする際に、薬液によって含炭素粒子中の未燃焼炭化水素化合物と、元素状炭素の結びつきが弱まり、含炭素粒子中の元素状炭素同士が集合したため、精製する際に余り大きなエネルギーを長時間使用する必要がなくなったためだと考えられる。また、薬液を使用することで、含炭素粒子から製造される炭素混合物は高配向となる。【００６９】
このとき、薬液の接触場６０への供給量は、特に限定するものではないが、含炭素粒子を排出する内燃機関で消費する燃料に対して供給量を多くすることで、より多く薬液を含炭素粒子に接触させることができる。これにより、より粒径の大きな含炭素粒子が形成される。すなわち、含炭素粒子に付着する薬液の量が多くなり、より元素状炭素の結びつきが弱まり、含炭素粒子中の元素状炭素同士が集合したためだと考えられる。これにより短時間での精製で高純度の炭素混合物を得ることができる。また、より高配向の炭素混合物を得ることができる。この好適な供給量としては、燃料の消費量に対して１０ｗｔ％以上の薬液を供給することが好ましい。１０ｗｔ％以上でこの効果がより顕著となる。例えば、薬液を噴霧する場合は、薬液の噴霧量を１０ｗｔ％以上とし、薬液を加熱させる場合は、薬液の消費量が１０ｗｔ％以上とすることが好ましい。【００７０】
回収部６２は、このようにして接触場６０で含炭素粒子と薬液の粒子とが接触することで粒径を大きくした含炭素粒子を回収する。この回収部６２は、粒径を大きくした含炭素粒子の回収方法により異なるが、特に限定されるものではない。例えば、接触場６０に薬液の粒子を十分に供給して、浮遊する含炭素粒子が気体中に浮遊できない程度の大きさとし、接触場６０下方に含炭素粒子を落とす場合、回収部６２として、接触場６０の下方に薬液とともに含炭素粒子を回収する回収口を設けてもよい。この場合、接触場６０となる空間に回収口のみを設けるだけでよく、特別な部材を設けることなく容易に含炭素粒子を回収することができる。【００７１】
また、別の回収部６２として、粒径を大きくした含炭素粒子を捕捉する捕捉手段であるフィルタを接触場６０に設け、このフィルタから含炭素粒子を回収するようにしてもよい。フィルタは、接触場６０の出口近傍、すなわち、接触場６０出口やその出口直前、或いは、出口直後の煙突等に設けられていてもよい。これにより、粒径を大きくした含炭素粒子を確実に捕捉し、含炭素粒子を回収することができる。例えば、気体中に浮遊できなくなるほど粒径を大きくした含炭素粒子が得られなくても、フィルタによって所定の大きさ以上の含炭素粒子を捕捉することができる。【００７２】
このフィルタは、接触場６０出口近傍に備えられ、接触場６０で薬液の粒子と接触した含炭素粒子を、接触場６０出口から排出される気体中から捕捉することができるものであれば、特に限定するものではない。例えば、ハニカム状のフィルタや網目状の多孔質フィルタなどが挙げられ、材質としては、スチール製、セラミック製、耐熱高分子製等が挙げられる。特に、網目状の多孔質セラミックフィルタを使用することで、含炭素粒子の粒径が気体中に浮遊しなくなるまで大きくならなくても、より効率的に気体中から含炭素粒子を捕捉し、このフィルタから含炭素粒子を容易に回収できる。また、フィルタの再生も容易である。また、このフィルタの孔の大きさも特に限定するものではなく、含炭素粒子の発生源や薬液の供給量などに応じて適宜変更可能である。さらに、網目状スチールフィルタを使用しても、含炭素粒子をを捕捉することができる。そして、網目状スチールフィルタを使用することで、フィルタを叩く等のようにフィルタに振動を与えることで、容易に含炭素粒子を網目状スチールフィルタから分離することができる。【００７３】
このフィルタを備える際、接触場６０の圧力を計測する圧力計測手段として圧力センサを備え付けてもよい。この圧力センサの計測結果に応じて、含炭素粒子がフィルタに捕捉された状況を把握して、フィルタから含炭素粒子を回収するタイミングを知ることができる。フィルタは、含炭素粒子を捕捉することで、接触場６０に流入する気体がフィルタを介して排出される際に気体が通過する穴等を徐々に塞いでしまい、接触場６０にかかる圧力が徐々に上昇する。この接触場６０にかかる圧力を計測し、所定の圧力以上となったときに、フィルタから含炭素粒子を回収するようにしてもよい。接触場６０の圧力が所定の圧力以上になったとき、接触場６０に流入する気体が排出され難くなっているため、フィルタに含炭素粒子が十分に捕捉された状態であることを示す。このときに含炭素粒子をフィルタから回収することで十分な量の含炭素粒子を回収することができ、効率的に含炭素粒子を回収することができる。この所定の値は、特に限定するものではなく適宜変更可能である。【００７４】
このフィルタは、接触場６０出口近傍から取り外せるように形成されていても、取り外せないようになっていてもどちらでもよい。例えば、フィルタが取り外せるようになっている場合、フィルタを取り外し、フィルタと捕捉した含炭素粒子とを分離し、分離した含炭素粒子を回収する。このように、フィルタを取り外すことで、含炭素粒子の回収作業が容易となる。【００７５】
一方、フィルタが取り外せないようになっている場合、フィルタから捕捉した含炭素粒子を分離させるような薬剤をフィルタに供給し、フィルタと含炭素粒子とを分離し、その薬剤とともに含炭素粒子とを回収する。例えば、図４のように、接触場６０出口近傍にフィルタ３１を備え、薬液３４の粒子を接触場６０に供給するスプレーノズル３２と、フィルタ３１に上記薬剤３５を供給するスプレーノズル３３と、接触場６０の圧力を測定する圧力センサ３６を設ける。流入してきた気体中の含炭素粒子に対して薬液３４を噴霧して薬液３４の粒子と含炭素粒子とを接触させて、含炭素粒子の粒径を大きくする。粒径を大きくした含炭素粒子は、フィルタ３１に捕捉される。含炭素粒子を捕捉したフィルタ３１は、薬剤３５をフィルタ３１に供給し、フィルタ３１と含炭素粒子とを分離する。分離後、接触場６０の下方にたまった含炭素粒子を図示されない取り出し口から薬剤３５とともに取り出す。これにより、フィルタ３１を取り外す手間を省略することができる。さらに、上述した圧力センサ３６等と組み合わせることで、接触場６０に所定の圧力以上の圧力がかかった際、薬剤３５を自動的にフィルタ３１に供給し、フィルタ３１から含炭素粒子を分離するようにすることもできる。これにより、自動的に含炭素粒子を分離することができる。【００７６】
また、このフィルタは複数設けてもよい。例えば、図５のように、出口近傍にフィルタ４１、５１をそれぞれ設けた接触場６０ａ、６０ｂを備える。そして、接触場入口にそれぞれバルブ５４、４４を備え、時間や接触場に備えられていてもよい圧力センサの値等に応じて、含炭素粒子を有する気体の流入を制御する。例えば、はじめに、バルブ４４のみを開き、含炭素粒子を有する気体を接触場６０ａに流入させる。このとき、スプレーノズル４２から薬液３４を噴霧し、薬液３４の粒子と含炭素粒子とを接触させ、含炭素粒子を凝集拡大させ、粒径を大きくした含炭素粒子をフィルタ４１で捕捉する。そして、時間や接触場６０ａにかかる圧力等に応じて、バルブ４４を閉じるとともにバルブ５４を開く。そして、接触場６０ｂに含炭素粒子を有する気体を流入させる。そして、スプレーノズル５２から薬液３４を噴霧し、薬液３４の粒子と含炭素粒子とを接触させ、含炭素粒子を凝集拡大させ、粒径を大きくした含炭素粒子フィルタ５１で捕捉する。このとき、接触場６０ａでは、スプレーノズル４３を介して薬剤３５をフィルタ４１に噴霧し、フィルタ４１から含炭素粒子４１を分離する。分離した含炭素粒子は、薬剤３５とともに、接触場６０ａ下方に溜まり、図示されない取り出し口から含炭素粒子を回収する。このように、使用するフィルタを切り替え、交互に使用することで、気体中の含炭素粒子の捕捉と、フィルタからの含炭素粒子の回収を同時に行うこともでききる。捕捉と回収とを連続的に行うことができ、効率的に含炭素粒子を回収し、炭素混合物を製造することができる。【００７７】
上述のように、フィルタと含炭素粒子との分離に使用する薬剤は、特に限定するものではない。含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子は、親水性成分を有しているため、この薬液と親和性の高い親水性の溶剤を使用することがより好ましい。例えば、水やメタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール等のアルコール等が挙げられる。また、薬液の親油性成分は、アルコールに溶解する性質を有しているため、更に好適である。このように、安価な水やアルコールを使用して、容易に含炭素粒子を回収することができる。【００７８】
また、フィルタが取外せる場合、フィルタと含炭素粒子との分離には超音波を利用することもできる。含炭素粒子を捕捉したフィルタを例えば超音波洗浄器に投入し、超音波の振動を加えながら、フィルタから含炭素粒子を剥しとるように分離し、超音波洗浄器から含炭素粒子を回収する。これにより、容易にフィルタから含炭素粒子を分離することができる。また、超音波を使用することにより、高配向の炭素混合物が得られる。これは、その超音波の振動が回収される含炭素粒子中の元素状炭素の結晶構造に影響を与えるためと考えられる。【００７９】
精製部６３は、回収部６２で回収した含炭素粒子を精製する精製手段である。この精製部６３は、特に限定するものではない。例えば、ソックスレー抽出器が挙げられ、これを使用して含炭素粒子を精製することができる。回収された含炭素粒子を水などの所定の溶媒に溶解し、その溶液をソックスレー抽出器に入れて加熱する。ここで、薬液を使用することで、含炭素粒子中の未燃焼の炭化水素化合物と元素状炭素との結びつきが弱まり、元素状炭素同士が集合する。これにより、上記薬液や含炭素粒子中の未燃焼の炭化水素化合物等が除去されやすくなり、短時間の精製で高純度の炭素混合物が得られる。また、この得られた炭素混合物は高配向となり、フラーレンやカーボンナノチューブ原料にもなる。ソックスレー抽出器の他に、カラムクロマトグラフィーによって含炭素粒子を精製してもよい。また、回収した含炭素粒子を含む溶液を貧酸素条件下、１１００℃から２０００℃という高温で加熱しても含炭素粒子中から炭素混合物を抽出することができる。【００８０】
本発明の炭素混合物製造方法は、まず、接触場６０で含炭素粒子と薬液の粒子とを接触させる。含炭素粒子と薬液の粒子との接触により、含炭素粒子の粒径が大きくなる。次に、粒径を大きくした含炭素粒子は、上述のような回収部６２によって回収される。このとき、フィルタを捕捉手段として使用してもよい。そして、回収された含炭素粒子を精製部６３で精製する。薬液を使用することで、含炭素粒子中の未燃焼の炭化水素化合物と元素状炭素との結びつきが弱まり、元素状炭素同士が集合することにより、短時間で高純度の炭素混合物が製造でき、高配向の炭素混合物となる。さらに、含炭素粒子の回収に超音波を使用すると超音波の振動によって、高配向の炭素混合物となる。【００８１】
この炭素混合物の原料となる含炭素粒子は、特に内燃機関の排気口付近等から環境問題となるほど多く出されており、非常に豊富に存在する。すなわち、鉱物であるモンモリロナイトよりも安定的に供給することができる。したがって、高配向の炭素混合物を高純度で効率的に、そして、安定的に供給することができる。また、通常不要な含炭素粒子から得られるため、この炭素混合物を安価に製造できる。【００８２】
また、本発明の炭素混合物製造装置は、上述のように、薬液と接触場６０とを有し、回収部６２、精製部６３を備える。そして、接触場６０で、薬液の粒子と含炭素粒子とが接触して含炭素粒子の粒径を大きくし、粒径を大きくした含炭素粒子を回収部６２で回収し、回収した含炭素粒子を精製部６３で精製する。これにより製造された炭素混合物は、含炭素粒子の粒径を大きくする薬液の粒子を含炭素粒子に接触させることで、含炭素粒子中の未燃焼の炭化水素化合物と元素状炭素との結びつきが弱まり、元素状炭素同士が集合することにより、短時間で高純度の炭素混合物が製造でき、高配向の炭素混合物となる。さらに、含炭素粒子の回収に超音波を使用すると超音波の振動によって、高配向の炭素混合物となる。【００８３】
そして、本発明の炭素混合物は、上述した炭素混合物製造方法や炭素混合物製造装置により製造することができる。この炭素混合物は、複数の同素体炭素の混合物であり、その成分は含炭素粒子中の元素状炭素を由来とするものであるが、薬液を使用することで、フラーレン又はカーボンナノチューブの原料となるほど高配向の炭素混合物となる。【００８４】
フラーレンやカーボンナノチューブといった炭素クラスターは、モンモリロナイト中の高配向グラファイトを基にして製造されることが効率的であることが知られている。本発明の炭素混合物は、高配向の炭素を含有するものであるため、このモンモリロナイト中の高配向グラファイトと同様にフラーレンやカーボンナノチューブを形成することができる。したがって、本発明の炭素混合物は、フラーレンやカーボンナノチューブのための原料として、好適で安価な炭素材料となる。さらに、本発明の炭素混合物は、同素体の混合物であるが、元素状炭素としての純度が高い。そのため、安価な本発明の炭素混合物は、タイヤ、電極等の原料として供給することができる。【００８５】
次に、本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブの製造方法及びフラーレン又はカーボンナノチューブの製造装置に関して説明する。【００８６】
本発明は、図６のように、上述の炭素混合物製造方法や装置で製造された炭素混合物に対し、アーク放電又はレーザ照射等を行う処理手段である処理部７４を加えたものである。すなわち、含炭素粒子の精製までは上述の炭素混合物製造方法や装置と同様であり、接触場７０は上述の接触場６０、供給部７１は上述の供給部６１、回収部７２は上述の回収部６２、精製部７３は上述の精製部７３と同様である。【００８７】
処理部７４は、精製部７３で含炭素粒子を精製して得られた炭素混合物に対して、フラーレン又はカーボンナノチューブを形成するための処理を行う。例えば、アーク放電又はレーザ照射が挙げられる。この処理により、高配向の炭素混合物からフラーレンやカーボンナノチューブを形成することができる。処理部７４で処理される炭素混合物は、処理を容易とするためにペレット状に形成したものを使用することが好ましい。【００８８】
このペレット状の炭素混合物は、以下のように形成することができる。精製部７３で含炭素粒子を精製して得られた炭素混合物を乾燥させる。その後、炭素混合物を粉状となるように粉砕した後、粉状の炭素混合物を所定の形状となるように固めてペレット状とする。【００８９】
例えば、炭素混合物に対してアーク放電を行う場合、粉状の炭素混合物は、細長い棒状等の電極となるように形成する。この炭素混合物からなる複数の電極を所定の間隔をあけて固定し、この電極それぞれに所定の電源と導通をとった電流導入部を接続する。この状態で炭素混合物の電極に電流を流し、アークを飛ばす。これにより、電極を形成する炭素混合物が蒸発する。蒸発した炭素混合物は、気相で凝縮し、フラーレンやカーボンナノチューブを含有した煤状物質となる。この煤状物質を精製することで、フラーレン又はカーボンナノチューブを製造することができる。【００９０】
一方、例えば、炭素混合物に対してレーザ照射を行う場合、粉状の炭素混合物に粉状の触媒を混ぜ合わせ、所定の形状のペレットを形成する。この炭素混合物からなるペレットを所定の容器に入れ、高温ガス中で所定の出力のレーザを照射する。これにより、ペレット状の炭素混合物が蒸発する。蒸発した炭素混合物は、冷却により凝縮し、フラーレンやカーボンナノチューブを含有した煤状物質が容器表面に付着する。この煤状物質を精製することでフラーレン又はカーボンナノチューブを製造することができる。このとき、使用される触媒としては、アルミ、ニッケル、コバルト、鉄等が挙げられる。【００９１】
本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブの製造方法は、まず、接触場７０で含炭素粒子と薬液の粒子とを接触させる。含炭素粒子と薬液の粒子との接触により、含炭素粒子の粒径が大きくなる。次に、粒径を大きくした含炭素粒子は、上述のような回収部７２によって回収される。このとき、フィルタを捕捉手段として使用してもよい。そして、回収された含炭素粒子を精製部７３により精製し、炭素混合物が得られる。得られる炭素混合物を、処理部７４でフラーレン又はカーボンナノチューブが形成されるような処理を行うことで、フラーレン又はカーボンナノチューブ製造することができる。また、このフラーレン又はカーボンナノチューブの原料となる含炭素粒子は、化石燃料の消費によって発生するため、安定して供給される原料である。そして安価である。したがって、このフラーレン又はカーボンナノチューブを安価で安定的に供給することができる。【００９２】
また、本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブの製造装置は、薬液と接触場７０とを有し、回収部７２、精製部７３、加熱部７４を備える。そして、接触場７０で、薬液の粒子と含炭素粒子とが接触して含炭素粒子の粒径を大きくし、粒径を大きくした含炭素粒子を回収部６２で回収し、回収した含炭素粒子を精製部７３で精製し、精製部７３で得られた炭素混合物に対して、処理部７４でフラーレン又はカーボンナノチューブが形成されるような処理を行うことで、安価で安定的にフラーレン又はカーボンナノチューブを製造することができる。
【実施例】
【００９３】
［実施例１］薬液の作製
台湾ヒノキの根の部分を３ｍｍ〜５ｍｍ角のチップとなるように裁断した。このチップ３００ｋｇを１２０℃で３時間水蒸気蒸留して、２層に分かれた親油性成分と親水性成分が得られた。この２層に分かれた親油性成分と親水性成分とを分離し、３ｋｇの親油性成分と７５ｋｇの親水性成分とが得られた。この親油性成分１ｋｇと親水性成分２０ｋｇと水７９ｋｇとを容器に入れ、４５℃で２時間攪拌し、薬液を得た。【００９４】
［実施例２］炭素混合物の製造
実施例１で作製した混合溶液を使って排気ガス中の含炭素粒子を回収し、炭素混合物を製造した例を示す。内燃機関として、８６８１５ｃｃの船のエンジンを使用した。エンジンの稼動により排出される排気ガスは、導管を通り、船の煙突から排出される。その導管には、排気ガス中の含炭素粒子と接触するように、実施例１で作製した混合溶液を噴霧するためのノズルが備え付けられ、その混合溶液の噴霧量は、燃料の消費量に対して１０ｗｔ％となるように制御された。また、その導管には、排出される排気ガスが必ず接触するように、３０ｃｍ×３０ｃｍ×５ｍｍのセラミック製の網目状のフィルタを積層するように８枚備えられた。【００９５】
このような設備の船を使用して炭素混合物の製造を行った。エンジンにはＣ重油を燃料として供給し、８時間稼動させて、Ｃ重油由来の含炭素粒子を含む排気ガスをエンジンから導管に向かって排出させた。その排気ガスに対して、ノズルから上記のように噴霧量が制御された混合溶液を噴霧し、排気ガス中のＰＭの粒径を大きくさせた。このとき、導管中の温度は、約３５０℃であった。粒径が大きくなった含炭素粒子は、排気ガス中に浮遊できないものは、導管中に落下し、排気ガス中に浮遊するものは、フィルタによって捕捉されていた。【００９６】
エンジンの稼動から８時間後、エンジンが止められ、導管中に落下した含炭素粒子は、導管から回収された。また、フィルタを導管から取り外し、フィルタに対して、７ＭＰａに加圧した水を吹きかけ、フィルタに捕捉されている含炭素粒子をフィルタから分離し、水とともに含炭素粒子を回収した。回収された含炭素粒子は、８０℃で４時間、ソックスレー抽出を行った。ソックスレー抽出後、室温にて自然乾燥を行い、含炭素粒子中から５００ｇの炭素混合物を抽出した。【００９７】
［実施例３］カーボンナノチューブの製造
上述のように製造した炭素混合物を使用してカーボンナノチューブの製造を行った。上述のとおり製造した炭素混合物を乾燥後、メノウ乳鉢で粉末とした。そして、炭素混合物の粉末１ｇに、触媒としてニッケル０．０３ｇと、コバルト０．０３ｇを加え、メノウ乳鉢で３０分混ぜ合わせる。この混合物を２．５ｔｏｒｒ／ｃｍ２の圧力で加圧し、直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円盤状のペレットとした。【００９８】
次に中央に電気炉を設置した石英の真空チェンバに、回転ロッドを置いた。この回転ロッドに作成した炭素混合物のペレットを付着させた。このペレットに対し、電気炉１１３０℃、アルゴンガス０．３ｌ／ｍｉｎの条件でエキシマレーザを照射した。回転ロッド中のペレットが煤となり、レーザ照射の３０分後に、この煤を回収した。【００９９】
回収した煤をラマン散乱分光法により分析した。この条件は、５３２ｎｍの半導体レーザ、６００本／ｍｍの回折格子、照射時間３０秒である。この結果、煤内にカーボンナノチューブが存在することが確認され、上述の方法で製造された炭素混合物からカーボンナノチューブが製造できることがわかった。【０１００】
これにより、上述の方法で製造できる炭素混合物は、モンモリロナイトを用いて形成される高配向グラファイトからフラーレン又はカーボンナノチューブを製造する方法と同様の方法でカーボンナノチューブを製造できることがわかった。したがって、上述の方法で製造した炭素混合物は、高配向グラファイトと同様に、高配向の元素状炭素を含有する炭素混合物であることがわかった。
【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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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年10月14日(2007.10.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
また、本発明のフラーレン又はカーボンナノチューブの製造装置は、薬液と接触場７０とを有し、回収部７２、精製部７３、処理部７４を備える。そして、接触場７０で、薬液の粒子と含炭素粒子とが接触して含炭素粒子の粒径を大きくし、粒径を大きくした含炭素粒子を回収部７２で回収し、回収した含炭素粒子を精製部７３で精製し、精製部７３で得られた炭素混合物に対して、処理部７４でフラーレン又はカーボンナノチューブが形成されるような処理を行うことで、安価で安定的にフラーレン又はカーボンナノチューブを製造することができる。
【国際調査報告】
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