(57)【要約】【課題】フラーレンに類似した構造を有する構造体を高い生成効率で得る。【解決手段】ボタン指数が２以上の石炭を粉末にする工程と、前記粉末の石炭を乾留してチャーを生成する工程と、前記チャー及びガス化剤を所定の温度で反応させてフラーレン類似構造体を生成する工程とを備えるフラーレン類似構造体の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボタン指数が２以上の石炭を粉末にする工程と、
前記粉末の石炭を乾留してチャーを生成する工程と、
前記チャー及びガス化剤を所定の温度で反応させてフラーレン類似構造体を生成する工程とを備えるフラーレン類似構造体の製造方法。
【請求項２】
前記ガス化剤が、水蒸気または二酸化炭素である請求項１に記載のフラーレン類似構造体の製造方法。
【請求項３】
前記温度が、１０００℃以上１４００℃以下である請求項１または請求項２に記載のフラーレン類似構造体の製造方法。
【請求項４】
前記粉末の石炭が、粒径１０５μｍ以下、かつ、粒径５３μｍ以下の割合が１０ｗｔ％である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のフラーレン類似構造体の製造方法。
【請求項５】
ボタン指数が２以上の石炭粉末を乾留して得られるチャーと、水蒸気及び二酸化炭素の少なくとも一方を含むガス化剤とを所定の温度で反応させて生成するフラーレン類似構造体。
【請求項６】
前記温度が、１０００℃以上１４００℃以下である請求項５に記載のフラーレン類似構造体。
【請求項７】
前記粉末の石炭が、粒径１０５μｍ以下、かつ、粒径５３μｍ以下の割合が１０ｗｔ％である請求項５または請求項６に記載のフラーレン類似構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラーレンに類似した構造を有する構造体の製造方法およびフラーレン類似構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
フラーレン類は、炭素クラスター分子の総称である。例えば、Ｃ６０は、正五角形１２個と正六角形２０個の３２面体の各頂点に炭素原子が存在するサッカーボール状の構造を有する。また、Ｃ７０などの高次フラーレン類は、ラグビーボール状の構造を有する。フラーレン類を炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）に添加し、耐衝撃性やねじり強度などの機械的特性を向上させた複合材料が実用化されている。また、フラーレン類は、将来の超伝導材料といった高機能材料として期待されている。
【０００３】
フラーレン類の製造方法は、まず、炭素原料を加熱し気化させて炭素原子を含む炭素蒸気を発生させ、これを冷却して、フラーレン類を含有する多量の煤を発生させる。その後、溶媒抽出法などにより煤からフラーレン類を分離する。炭素原料を気化させる手段として、アーク放電方式、抵抗加熱方式、またはレーザー蒸発方式などが知られている。
【０００４】
炭素原料としては、従来、黒鉛粉末を焼き固めて製造されていたが、煤の生産効率が低く、その結果フラーレン類の回収効率が低くなるという問題があった。そこで、例えば特許文献１に記載されるように、難黒鉛化性炭素質材料を原料に用いることにより、煤の生産効率を高め、フラーレン類の回収効率を向上させている。
【特許文献１】特許第３４６６６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の原料を用いても、煤の生成効率が低いのが現状であった。このため、煤の生成効率を高めることが課題となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ボタン指数が２以上の石炭を粉末にする工程と、前記粉末の石炭を乾留してチャーを生成する工程と、前記チャー及びガス化剤を所定の温度で反応させてフラーレン類似構造体を生成する工程とを備えるフラーレン類似構造体の製造方法を提供する。
【０００７】
本発明者らは、上記のように、ボタン指数が２以上の粘結性を有する石炭粉末から生成されたチャーとガス化剤とを反応させることにより、フラーレンに類似した形状を有するガス化チャー（フラーレン類似構造体）を製造することができることを見出した。本発明の製造方法により、フラーレン類似構造体を高い生成効率で得ることができる。
【０００８】
上記発明において、前記ガス化剤が、水蒸気または二酸化炭素であることが好ましい。水蒸気または二酸化炭素とチャーとを所定温度で反応させることにより、フラーレン類似構造体が形成される。
【０００９】
上記発明において、前記温度が、１０００℃以上１４００℃以下であることが好ましい。上記温度でチャーとガス化剤とを反応させることにより、フラーレン類似構造体が形成される。
【００１０】
上記発明において、前記粉末の石炭が、粒径１０５μｍ以下、かつ、粒径５３μｍ以下の割合が１０ｗｔ％であることが好ましい。上記粒径の石炭粉末を用いることにより、生成するフラーレン類似構造体の粒径分布の幅を小さくできるとともに、生成効率を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明は、ボタン指数が２以上の石炭粉末を乾留して得られるチャーと、水蒸気及び二酸化炭素の少なくとも一方を含むガス化剤とを所定の温度で反応させて生成するフラーレン類似構造体を提供する。
【００１２】
上記のフラーレン類似構造体は、ＣＦＲＰに添加されて複合材料の強度を向上させる効果が期待できる。また、本発明のフラーレン類似構造体は、フラーレン類の原料に使用されて、フラーレン類の生成効率を向上させる可能性がある。
【００１３】
この場合、前記温度が、１０００℃以上１４００℃以下とすることで、チャーがガス化剤と反応してフラーレン類似構造体となる。
【００１４】
この場合、前記粉末の石炭が、粒径１０５μｍ以下、かつ、粒径５３μｍ以下の割合が１０ｗｔ％であることが好ましい。これにより、粒度の揃ったフラーレン類似構造体を高い生成効率で得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フラーレンに類似した構造を有する構造体を、高い生成効率で得ることができる。本発明のフラーレン類似構造体は、ＣＦＲＰに添加されて、複合材料の強度を向上させる。また、本発明のフラーレン類似構造体を原料として、フラーレン類を高い生成効率で製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下にフラーレン類似構造体の製造方法の一実施形態を説明する。
本実施形態のフラーレン類似構造体の原料として、粘結性を有する石炭（粘結炭）が用いられる。粘結性の定量的な指標にＪＩＳ  Ｍ  ８８０１に規定されるボタン指数があり、粘結炭のボタン指数は２以上とされる。
【００１７】
本実施形態において、粘結炭は微粉末に加工され、粒径１０５μｍ以下、粒径５３μｍ以下の割合が１０ｗｔ％以下の粒度分布に調整される。
【００１８】
図１に、フラーレン類似構造体の製造装置の概略図を示す。図１に示すフラーレン類似構造体の製造装置１０は、圧力容器１１と、圧力容器１１内のヒータ１２と、原料供給装置１３と、ガス供給ライン１４と、生成物回収装置１５とを備える。原料供給装置１３は圧力容器１１の上部に設置され、生成物回収装置１５は圧力容器１１の下部に設置される。
【００１９】
次に、粘結炭の微粉末からチャー（煤）が生成される。チャー生成条件を表１に示す。
【表１】
2009203098.tif 000002
【００２０】
ガス供給ライン１４から圧力容器１１に不活性ガス（好ましくは窒素ガス）が供給され、圧力容器１１内の圧力が５ａｔａ以上８０ａｔａに調整される。圧力容器１１が、ヒータ１２によって１０００℃以上１４００℃以下に加熱される。
【００２１】
上記の粘結炭微粉末が、原料供給装置１３（例えばマイクロフィーダ）に投入される。粘結炭微粉末は、ガス供給ライン１４から供給された不活性ガスとともに、原料濃度０．１ｗｔ％以上１．２ｗｔ％以下にて、原料ガス供給装置１３から圧力容器１１内に搬送される。
【００２２】
搬送された粘結炭微粉末は、圧力容器１１内を落下しながら滞留する。滞留時間は、不活性ガス流量を調整することによって、１秒から１０秒の範囲内に制御される。圧力容器１１内に滞留する間に粘結炭微粉末が加熱されて粘結炭中の揮発成分が揮発し、チャーが生成される。生成されたチャーは、セラミックフィルタを備える生成物回収装置１５で回収される。
【００２３】
次に、回収されたチャーからフラーレン類似構造体が生成される。フラーレン類似構造体の生成条件を表２に示す。
【表２】
2009203098.tif 000003
【００２４】
生成物回収装置１５で回収されたチャーを、原料供給装置１３に投入する。
【００２５】
不活性ガス（好ましくは窒素ガス）及びガス化剤（水蒸気または二酸化炭素）の混合ガスが、ガス化剤の分圧が０．１ａｔａ以上４０ａｔａ以下、圧力容器１１内の圧力が５ａｔａ以上８０ａｔａ以下となる流量で、ガス供給ライン１４から圧力容器１１に供給される。供給ガス中のガス化剤の分圧は、マスフローなどを用いて入口側の流量で調整される。圧力容器１１は、ヒータ１２を用いて１０００℃以上１４００℃以下に加熱される。なお、ガス化剤には、粘結炭の場合、温度に対する反応性の感度が高い水蒸気を用いることが好ましい。
【００２６】
チャーは、ガス供給ライン１４から供給される不活性ガス及びガス化剤とともに、濃度０．０３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下にて、原料供給装置１３から圧力容器１１内に搬送される。搬送されたチャーは、圧力容器１１内を落下しながら滞留する。滞留時間は、ガス流量を調整することによって、０．１秒から５秒の範囲内に制御される。圧力容器１１内に滞留する間にチャーが加熱されてガス化剤と反応し、フラーレンに類似した構造を形成しながらガス化チャーとなる。生成したガス化チャーは、セラミックフィルタを備える生成物回収装置１５で回収される。その後、回収されたガス化チャーからフラーレン類似構造を有するガス化チャーが選別されても良い。ガス化チャーの選別には、例えば粒子の終末速度を利用した風力選別機などを使用することができる。
【００２７】
粘結炭を原料に用いることで、ガス化チャーとしてフラーレンに類似した構造体を、高い生成効率で得ることができる。
【００２８】
上記実施形態では、同一の圧力容器内でチャー及びフラーレン類似構造体を製造したが、２つの圧力容器を直列に接続して、チャーの生成及びフラーレン類似構造体の製造を連続的に行うこともできる。
【実施例】
【００２９】
（実施例）
ボタン指数３の粘結炭（ブラックウォータ炭、オーストラリア産）を粉砕した。ふるい目開き２７０メッシュから１５０メッシュのふるいを使用して、粒径が１０５μｍ以下、かつ、粒径５３μｍ以下の割合が１０ｗｔ％以下の粘結炭微粉末に調整した。
【００３０】
図１に示す製造装置の圧力容器１１内の圧力が１０ａｔａとなるように、窒素ガスを圧力容器１１に供給した。圧力容器１１内を、ヒータ１２で１２００℃に加熱した。
【００３１】
上記の粘結炭微粉末を、原料供給装置１３に投入した。ガス供給ライン１４から供給された窒素ガスとともに、原料濃度０．４ｗｔ％にて、原料供給装置１３から粘結炭微粉末を圧力容器１１内に搬送した。搬送された粘結炭微粉末が圧力容器１１内に滞留する間に加熱され、チャーが生成した。このときの滞留時間は３秒とした。生成したチャーを生成物回収装置１５で回収した。
【００３２】
次に、窒素ガス及び水蒸気ガスをガス供給ライン１４から圧力容器１１内に供給した。圧力容器１１内の圧力が１０ａｔａ、水蒸気ガス分圧が１ａｔａとなるように、窒素ガス及び水蒸気ガスの流量を調整した。
【００３３】
生成物回収装置１５で回収されたチャーを、原料供給装置１３に投入した。ガス供給ライン１４から供給された窒素ガス及び水蒸気ガスとともに、濃度０．２４ｗｔ％にて、原料供給装置１３からチャーを圧力容器１１内に搬送した。チャーが圧力容器１１内に滞留する間に加熱されて水蒸気ガスと反応し、ガス化チャーが生成した。このときの滞留時間は０．６秒とした。生成したガス化チャーを生成物回収装置１５で回収した。
【００３４】
（比較例）
ボタン指数０の非粘結炭を粉砕し、粒径が１０５μｍ以下、かつ、粒径５３μｍ以下の割合が１０ｗｔ％以下の非粘結炭微粉末に調整した。
【００３５】
図１に示す製造装置１０を用い、実施例と同様の条件でチャー及びガス化チャーを生成し、生成物回収装置１５で回収した。
【００３６】
図２に、（ａ）ボタン指数３の粘結炭微粉末、及び、（ｂ）ボタン指数３の粘結炭微粉末を原料としたガス化チャーの電子顕微鏡写真を示す。図３に、（ａ）ボタン指数０の非粘結炭微粉末、及び、（ｂ）ボタン指数０の非粘結炭微粉末を原料としたガス化チャーの電子顕微鏡写真を示す。粘結炭微粉末を原料としたガス化チャーは、図２（ｂ）に示すように、直径約５０〜１００μｍのフラーレン類似構造体となった。電子顕微鏡写真からフラーレン類似構造体の個数を計測して算出した生成効率は、約６３％だった。一方、非粘結炭微粉末を原料としたガス化チャーからは、フラーレン類似構造体は得られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】フラーレン類似構造体の製造装置の概略図である。
【図２】（ａ）ボタン指数３の粘結炭微粉末、（ｂ）ボタン指数３の粘結炭微粉末を原料としたガス化チャーの電子顕微鏡写真である。
【図３】（ａ）ボタン指数０の非粘結炭微粉末、（ｂ）ボタン指数０の非粘結炭微粉末を原料としたガス化チャーの電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  製造装置
１１  圧力容器
１２  ヒータ
１３  原料供給装置
１４  ガス供給ライン
１５  生成物回収装置
【図１】
2009203098.tif 000004
【図２】
2009203098.tif 000005
【図３】
2009203098.tif 000006