JP2002308610A - Method for purifying carbon nanotube - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素材料から合成
されたカーボンナノチューブに含有される不純物を取り
除くためのカーボンナノチューブの精製方法に関する。The present invention relates to a method for purifying carbon nanotubes for removing impurities contained in carbon nanotubes synthesized from a carbon material.
【0002】[0002]
【従来の技術】カーボンナノチューブ(以下、CNTと
称する。)は、1991年に発見された炭素分子のみか
らなる筒状の分子であり、通常、アーク放電法、レーザ
ーアブレーション法、及び化学蒸着法(CVD法)など
の方法によって合成される。2. Description of the Related Art Carbon nanotubes (hereinafter, referred to as CNTs) are cylindrical molecules composed of only carbon molecules discovered in 1991, and are usually formed by an arc discharge method, a laser ablation method, and a chemical vapor deposition method ( It is synthesized by a method such as a CVD method.
【0003】上記CNTは、半導体や、超電導性を利用
した半導体素子への応用、磁性を利用した磁気記録媒体
への応用、さらにはDNAの切断などの分野において、
実用化の可能性について研究が進められている。The above-mentioned CNTs are applied to semiconductors, semiconductor devices utilizing superconductivity, applications to magnetic recording media utilizing magnetism, and DNA cutting.
Research on the possibility of practical application is ongoing.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、CNTを上
述した方法によって合成したときには、CNT以外の物
質、例えばアモルファスカーボン成分や合成に必要な触
媒金属などがCNTに混入するため、CNTの純度は著
しく低いものとなっている。By the way, when CNT is synthesized by the above-mentioned method, since the substance other than CNT, for example, an amorphous carbon component or a catalyst metal required for synthesis is mixed into CNT, the purity of CNT is remarkably high. It is low.
【0005】したがって、CNTを使用するためには、
CNTに含まれるアモルファスカーボン成分や触媒金属
を除去する必要がある。Therefore, in order to use CNT,
It is necessary to remove the amorphous carbon component and the catalyst metal contained in the CNT.
【0006】ここで、アモルファスカーボン成分につい
ては、加熱処理によってCNTと選別燃焼し、ある程度
除去することが可能であることが知られている。Here, it is known that the amorphous carbon component can be selectively combusted with CNT by heat treatment and removed to some extent.
【0007】一方、触媒金属については、CNTを、塩
酸溶液及び硝酸溶液などの酸性溶液に浸漬することによ
って除去可能であることが知られている。On the other hand, it is known that the catalyst metal can be removed by immersing the CNT in an acidic solution such as a hydrochloric acid solution and a nitric acid solution.
【0008】しかしながら、触媒金属は生成したCNT
中に深く入り込んでいるため、上述の酸性溶液によって
どの程度溶解できるかという有効性に関しては疑問が残
り、未だ改善の余地を残している。However, the catalyst metal is formed CNT
Due to its deep penetration, the effectiveness of its solubility in the above-mentioned acidic solutions remains questionable and leaves room for improvement.
【0009】本発明は、従来のこのような実情に鑑みて
提案されたものであり、CNTに残存する触媒金属を確
実に除去することができ、高品質のカーボンナノチュー
ブを得ることが可能な精製方法を提供することを目的と
する。[0009] The present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and is a purification method capable of reliably removing the catalytic metal remaining in the CNT and obtaining a high-quality carbon nanotube. The aim is to provide a method.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本願の第1の発明は、少なくとも硫酸を含む酸性
溶液中にカーボンナノチューブを浸漬し、金属を除去す
ることを特徴とするものである。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, a first invention of the present application is characterized in that carbon nanotubes are immersed in an acidic solution containing at least sulfuric acid to remove metal. It is.
【0011】硫酸は、他の酸に比べて触媒金属の除去能
力が高く、したがって、合成したカーボンナノチューブ
を硫酸を含む酸性溶液中に浸漬すれば、カーボンナノチ
ューブの内部に入り込んだ触媒金属も確実に除去され
る。Sulfuric acid has a higher ability to remove catalytic metals than other acids. Therefore, if the synthesized carbon nanotubes are immersed in an acidic solution containing sulfuric acid, the catalytic metals that have entered the carbon nanotubes will surely be removed. Removed.
【0012】また、本願の第2の発明は、カーボンナノ
チューブを浸漬させた酸性溶液中に一対の電極を浸漬
し、上記一対の電極間に電位差を生じさせて金属を除去
することを特徴とするものである。A second invention of the present application is characterized in that a pair of electrodes is immersed in an acidic solution in which carbon nanotubes are immersed, and a metal is removed by generating a potential difference between the pair of electrodes. Things.
【0013】上記のように電極間に電位差を生じさせる
と、酸性溶液によって陽イオン化された触媒金属が陰極
側に引き寄せられ、カーボンナノチューブから効率的に
分離される。When a potential difference is generated between the electrodes as described above, the catalytic metal ionized by the acidic solution is attracted to the cathode side and is efficiently separated from the carbon nanotube.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用したカーボン
ナノチューブの精製方法について、図面を参照しながら
説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method for purifying carbon nanotubes according to the present invention will be described with reference to the drawings.
【0015】カーボンナノチューブは、例えば炭素電極
を用いるアーク放電法によって合成される。The carbon nanotube is synthesized by, for example, an arc discharge method using a carbon electrode.
【0016】図1は、アーク放電法によってカーボンナ
ノチューブを合成するためのアーク放電装置1の一例を
示すものである。FIG. 1 shows an example of an arc discharge apparatus 1 for synthesizing carbon nanotubes by an arc discharge method.
【0017】このアーク放電装置1は、真空チャンバと
称される反応室2を有し、この反応室2内において、炭
素棒からなる陰極3と陽極4とが間隙Gを介して対向配
置されている。陰極3に用いられる炭素棒は、グラファ
イトなどを主体とし、NiやCoなどの触媒金属が混入
されている。また、陽極4の後端は直線運動導入機構5
に連絡され、各極はそれぞれ電流導入端子6a,6bに
接続されている。The arc discharge device 1 has a reaction chamber 2 called a vacuum chamber. In the reaction chamber 2, a cathode 3 and an anode 4 made of a carbon rod are opposed to each other with a gap G therebetween. I have. The carbon rod used for the cathode 3 is mainly made of graphite or the like, and is mixed with a catalyst metal such as Ni or Co. The rear end of the anode 4 is connected to a linear motion introducing mechanism 5.
, And the respective poles are connected to the current introduction terminals 6a and 6b, respectively.
【0018】このアーク放電装置1においてカーボンナ
ノチューブを合成するときには、先ず、反応室2内を脱
気し、ヘリウムなどの希ガスで充満する。次に、陰極3
及び陽極4に直流電流を流すと、陰極3及び陽極4の間
にアーク放電が生じ、反応室2の内面、すなわち、側壁
面、天井面、底面及び陰極3上に、図2に示すようなカ
ーボンナノチューブ(CNT)10が堆積する。なお、
反応室2の側壁面などに予め小容器を設置しておけば、
その中にもCNT10が堆積する。When synthesizing carbon nanotubes in the arc discharge device 1, first, the inside of the reaction chamber 2 is evacuated and filled with a rare gas such as helium. Next, cathode 3
When a direct current is applied to the anode 4 and the anode 4, an arc discharge occurs between the cathode 3 and the anode 4, and the inner surface of the reaction chamber 2, that is, the side wall surface, the ceiling surface, the bottom surface and the cathode 3, as shown in FIG. Carbon nanotubes (CNT) 10 are deposited. In addition,
If a small container is installed in advance on the side wall surface of the reaction chamber 2,
The CNTs 10 are also deposited therein.
【0019】このCNT10は、図2に示すように、複
数の炭素11が結合した筒型の形状を有した分子であ
る。As shown in FIG. 2, the CNT 10 is a molecule having a cylindrical shape in which a plurality of carbons 11 are bonded.
【0020】なお、CNTをアーク放電によって形成す
るときには、直流電流の代わりに交流電流を流しても良
い。When the CNTs are formed by arc discharge, an alternating current may be applied instead of a direct current.
【0021】また、CNT10は、上述したようなアー
ク放電法以外に、レーザーアブレーション法、及び化学
蒸着法(CVD法)などの方法によって合成することも
できる。The CNT 10 can be synthesized by a method other than the arc discharge method described above, such as a laser ablation method and a chemical vapor deposition method (CVD method).
【0022】ここで合成されたCNT10には、アモル
ファスカーボンや触媒金属が含有されており、アモルフ
ァスカーボンや触媒金属を除去してCNT10の純度を
上げるいわゆる精製を行う必要がある。The synthesized CNT 10 contains amorphous carbon and a catalyst metal, and it is necessary to perform so-called purification to remove the amorphous carbon and the catalyst metal to increase the purity of the CNT 10.
【0023】本発明においては、最初に触媒金属を除去
した後に、アモルファスカーボンを除去し、その精製を
行う。アモルファスカーボンは、後述するように、加熱
処理が施されることによって除去されるが、触媒金属を
除去する前に加熱処理が施されると、触媒金属が表面に
析出して、アモルファスカーボンの除去が不可能とな
る。このため、触媒金属の除去を先に行う必要がある。In the present invention, after the catalyst metal is first removed, the amorphous carbon is removed and the purification is performed. As will be described later, the amorphous carbon is removed by performing a heat treatment. However, if the heat treatment is performed before removing the catalyst metal, the catalyst metal precipitates on the surface, and the amorphous carbon is removed. Becomes impossible. Therefore, it is necessary to remove the catalyst metal first.
【0024】そこで、先ず、CNT10を少なくとも硫
酸を含む酸性溶液(以下、硫酸溶液とする)に浸漬して
撹拌し、CNT10中に含有されているCoやNiなど
の触媒金属を除去する。CNT10を、硫酸溶液中に例
えば1週間浸漬することによって、内部に含まれる触媒
金属が除去される。Therefore, first, the CNT 10 is immersed in an acidic solution containing at least sulfuric acid (hereinafter, referred to as a sulfuric acid solution) and stirred to remove catalytic metals such as Co and Ni contained in the CNT 10. By immersing the CNT 10 in a sulfuric acid solution, for example, for one week, the catalytic metal contained therein is removed.
【0025】このとき使用する硫酸溶液の濃度は、20
%以上とすることが好ましく、20%以上、80%以下
とすることが更に好ましい。硫酸溶液の濃度が20%未
満であると、CNT10中に含有されている触媒金属を
十分に溶解することができず、触媒金属の除去はほとん
ど行われなくなる。また、硫酸溶液の濃度が80%より
高いときには、精製されたCNT10にダメージが生じ
てしまうことがある。The concentration of the sulfuric acid solution used at this time is 20
%, More preferably 20% or more and 80% or less. If the concentration of the sulfuric acid solution is less than 20%, the catalytic metal contained in the CNT 10 cannot be sufficiently dissolved, and the catalytic metal is hardly removed. When the concentration of the sulfuric acid solution is higher than 80%, the purified CNT 10 may be damaged.
【0026】上述したようにCNT10を硫酸溶液に浸
漬することによって、CNT10に含有される触媒金属
を確実に除去することが可能となる。また、CNT10
を硫酸溶液に浸漬して触媒金属を除去することによっ
て、精製されたCNT10に対するダメージ、例えば形
状の崩れなどが軽減される。By immersing the CNT 10 in the sulfuric acid solution as described above, the catalytic metal contained in the CNT 10 can be reliably removed. Also, CNT10
Is immersed in a sulfuric acid solution to remove the catalytic metal, thereby reducing damage to the refined CNT 10, for example, deformation of the shape.
【0027】触媒金属の除去は、上記のように硫酸を含
む酸性溶液にカーボンナノチューブを浸漬する他、酸性
溶液への浸漬と電場を印加して電極間に電位差を発生さ
せることとを組み合わせて行うことも有効である。The removal of the catalytic metal is performed by immersing the carbon nanotubes in an acidic solution containing sulfuric acid as described above, or by combining immersion in the acidic solution and applying an electric field to generate a potential difference between the electrodes. It is also effective.
【0028】この場合、酸性溶液としては、硫酸を含む
酸性溶液ばかりでなく、塩酸、硝酸、酢酸などの酸性溶
液を用いることができる。In this case, as the acidic solution, not only an acidic solution containing sulfuric acid but also an acidic solution such as hydrochloric acid, nitric acid and acetic acid can be used.
【0029】図3は、酸性溶液への浸漬と電場の印加と
を組み合わせて触媒金属を除去する方法を示すものであ
り、この図3に示すように、CNT10を浸漬した酸性
溶液(例えば硫酸溶液)を容器30へ入れ、当該硫酸溶
液中へ陰極31と陽極32とを入れて、電場を印加す
る。電場を印加することによって、陰極31側に硫酸溶
液中に溶出した触媒金属が析出し、陽極32側にCNT
が堆積する。FIG. 3 shows a method of removing catalytic metal by combining immersion in an acidic solution and application of an electric field. As shown in FIG. 3, an acidic solution (for example, sulfuric acid solution) in which CNT 10 is immersed ) Is placed in the container 30, the cathode 31 and the anode 32 are placed in the sulfuric acid solution, and an electric field is applied. By applying an electric field, the catalyst metal eluted in the sulfuric acid solution is deposited on the cathode 31 side, and CNT is deposited on the anode 32 side.
Accumulates.
【0030】このとき、酸性溶液に過酸化水素水を添加
することが好ましい。過酸化水素水を添加することによ
って、より確実にCNT10から触媒金属を除去するこ
とが可能となる。At this time, it is preferable to add a hydrogen peroxide solution to the acidic solution. By adding the hydrogen peroxide solution, the catalyst metal can be more reliably removed from the CNT 10.
【0031】また、酸性溶液に印加する電場は1V以上
であることが好ましく、4V以上であることが更に好ま
しい。酸性溶液に印加する電場が1V未満であるときに
は、CNT10から触媒金属を確実に除去することがで
きなくなる。The electric field applied to the acidic solution is preferably 1 V or more, more preferably 4 V or more. When the electric field applied to the acidic solution is less than 1 V, the catalyst metal cannot be reliably removed from the CNT 10.
【0032】陰極31又は陽極32として使用される電
極の材料としては、金、白金など耐酸性を有する金属
や、導電性炭素などを使用する。特に、導電性炭素を使
用したときには、酸性溶液中への電極の溶出がなくな
る。As a material of the electrode used as the cathode 31 or the anode 32, an acid-resistant metal such as gold or platinum, or conductive carbon is used. In particular, when conductive carbon is used, elution of the electrode into the acidic solution is eliminated.
【0033】また、電場を印加して触媒金属を分離する
場合には、図3に示すように、陰極31と陽極32との
間に、フィルタ33を設けて、容器30の内部を陰極3
1側と陽極32側とに分離することが好ましい。このフ
ィルタ33は、CNT10を通すことなく、触媒金属の
金属イオンを通すことができる大きさの孔を有してい
る。このことにより、酸性溶液中の触媒金属とCNT1
0とを効率よく分離することが可能となり、触媒金属を
陰極31側に析出させ、CNT10を陽極32側に堆積
させることが可能となる。When an electric field is applied to separate the catalytic metal, a filter 33 is provided between the cathode 31 and the anode 32, as shown in FIG.
It is preferable to separate into one side and the anode 32 side. The filter 33 has pores large enough to allow passage of metal ions of the catalyst metal without passing through the CNT 10. As a result, the catalyst metal and CNT1 in the acidic solution
0 can be efficiently separated, the catalyst metal can be deposited on the cathode 31 side, and the CNTs 10 can be deposited on the anode 32 side.
【0034】また、図4に示すように、籠状のフィルタ
33を陽極32に被覆させることで、容器30の内部を
陰極31側と陽極32側とに分離しても良い。そして、
陽極32側、すなわちフィルタ33の内部に、CNTを
浸漬させた酸性溶液を入れる。これにより、触媒金属と
CNT10とを更に効率よく分離することが可能とな
り、触媒金属を陰極31側に析出させ、CNT10を陽
極32側に堆積させることが可能となる。As shown in FIG. 4, the inside of the container 30 may be separated into the cathode 31 side and the anode 32 side by covering the anode 32 with a basket-shaped filter 33. And
An acidic solution in which CNTs are immersed is put on the anode 32 side, that is, inside the filter 33. As a result, the catalyst metal and the CNT 10 can be more efficiently separated, and the catalyst metal can be deposited on the cathode 31 side, and the CNT 10 can be deposited on the anode 32 side.
【0035】上述したように、CNT10を酸性溶液に
浸漬するとともに、当該酸性溶液に対して電場を印加す
ることによって、酸性溶液中に溶けだした触媒金属は陽
イオン化して陰極31側に引き寄せられ、CNTは陽極
32側に堆積するため、CNT10から触媒金属を確実
に除去できる。そして、CNT10から触媒金属を除去
させるために要する時間を、例えば3〜4日間短縮する
ことができる。As described above, by immersing the CNT 10 in the acidic solution and applying an electric field to the acidic solution, the catalytic metal dissolved in the acidic solution is cationized and attracted to the cathode 31 side. Since the CNT is deposited on the anode 32 side, the catalytic metal can be reliably removed from the CNT 10. Then, the time required to remove the catalyst metal from the CNT 10 can be reduced, for example, by 3 to 4 days.
【0036】また、このとき、陽極32側に堆積するC
NT10の配向性が良好なものとなる。すなわち、触媒
金属を除去できるとともに、直線状に伸長した形状のC
NT10が得られる。At this time, C deposited on the anode 32 side
The orientation of NT10 becomes good. In other words, the catalyst metal can be removed and the linearly elongated C
NT10 is obtained.
【0037】触媒金属が除去されたCNT10は、次
に、アモルファスカーボンを除去するために、図5に示
すような環状電気炉40で選択燃焼する。具体的には、
管41の内部に容器42に入れたCNT10を載置し、
矢印Aの方向へ空気を送り込みながら250℃以上60
0℃未満で30分間加熱することによって、CNT10
からアモルファスカーボンを除去する。アモルファスカ
ーボンは不完全な六員環を有した不安定な構造とされて
おり、CNT10と比較して熱に対して不安定であるた
め、250℃以上600℃未満の加熱で除去できる。C
NT10は安定な構造を有しているためアモルファスカ
ーボンと比較して熱に対して安定であり、250℃以上
600℃未満の加熱によって分解することはない。Next, the CNT 10 from which the catalyst metal has been removed is selectively burned in an annular electric furnace 40 as shown in FIG. 5 in order to remove amorphous carbon. In particular,
The CNT 10 placed in the container 42 is placed inside the tube 41,
While blowing air in the direction of arrow A, at least 250 ° C and 60
By heating at less than 0 ° C. for 30 minutes, CNT 10
To remove amorphous carbon. Amorphous carbon has an unstable structure having an incomplete six-membered ring, and is unstable to heat as compared with CNT10. Therefore, it can be removed by heating at 250 ° C. or more and less than 600 ° C. C
Since NT10 has a stable structure, it is more stable to heat than amorphous carbon, and does not decompose by heating at 250 ° C. or more and less than 600 ° C.
【0038】以上説明したように、CNT10を酸性溶
液に浸漬するとともに、当該酸性溶液に対して電場を印
加することによって、CNT10に含有される触媒金属
を確実に除去することが可能となり、精製されたCNT
10に対するダメージを軽減させることが可能となる。
また、触媒金属は陰極31側に析出し、CNTは陽極3
2側に堆積するため、CNT10から触媒金属を確実に
除去できる。そして、CNT10から触媒金属を除去す
るために要する時間を短縮することができる。As described above, by immersing the CNT 10 in the acidic solution and applying an electric field to the acidic solution, the catalytic metal contained in the CNT 10 can be reliably removed, and the CNT 10 can be purified. CNT
10 can be reduced.
Further, the catalyst metal is deposited on the cathode 31 side, and CNT is deposited on the anode 3 side.
Since the catalyst metal is deposited on the second side, the catalyst metal can be reliably removed from the CNT 10. Then, the time required to remove the catalyst metal from the CNT 10 can be reduced.
【0039】また、このとき、陽極32側に堆積するC
NT10の配向性が良好なものとなる。すなわち、直線
状に伸長した形状のCNT10が精製される。At this time, C deposited on the anode 32 side
The orientation of NT10 becomes good. That is, the CNT 10 having a linearly elongated shape is purified.
【0040】[0040]
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について、実
験結果を基に説明する。EXAMPLES Hereinafter, specific examples of the present invention will be described based on experimental results.
【0041】<実験1>本実験では、CNTを硫酸、塩
酸、及び硝酸の各酸に浸漬して、触媒金属の溶解及び得
られたCNTのダメージについて調べた。<Experiment 1> In this experiment, the CNTs were immersed in sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid to examine the dissolution of the catalyst metal and the damage of the obtained CNTs.
【0042】実施例1 先ず、アーク放電法によってCNTを製造した。次に、
CNTを67%硫酸溶液に浸漬させ、触媒金属を除去し
た。最後に、環状電気炉によってCNTを加熱してアモ
ルファスカーボンを除去し、CNTを精製した。 Example 1 First, CNTs were manufactured by an arc discharge method. next,
The CNT was immersed in a 67% sulfuric acid solution to remove the catalytic metal. Finally, the CNTs were heated by an annular electric furnace to remove amorphous carbon, and the CNTs were purified.
【0043】実施例2 67%硫酸溶液の代わりに50%硫酸溶液を使用した以
外は、実施例1と同様にCNTを精製した。 Example 2 CNT was purified in the same manner as in Example 1 except that a 50% sulfuric acid solution was used instead of the 67% sulfuric acid solution.
【0044】実施例3 67%硫酸溶液の代わりに33%硫酸溶液を使用した以
外は、実施例1と同様にCNTを精製した。 Example 3 CNT was purified in the same manner as in Example 1, except that a 33% sulfuric acid solution was used instead of the 67% sulfuric acid solution.
【0045】実施例4 67%硫酸溶液の代わりに20%硫酸溶液を使用した以
外は、実施例1と同様にCNTを精製した。 Example 4 CNT was purified in the same manner as in Example 1 except that a 20% sulfuric acid solution was used instead of the 67% sulfuric acid solution.
【0046】比較例1 67%硫酸溶液の代わりに3N硝酸溶液を使用した以外
は、実施例1と同様にCNTを精製した。 Comparative Example 1 CNT was purified in the same manner as in Example 1 except that a 3N nitric acid solution was used instead of the 67% sulfuric acid solution.
【0047】比較例2 67%硫酸溶液の代わりに18%塩酸酸溶液を使用した
以外は、実施例1と同様にCNTを精製した。 Comparative Example 2 CNT was purified in the same manner as in Example 1 except that an 18% hydrochloric acid solution was used instead of the 67% sulfuric acid solution.
【0048】実施例1乃至実施例4、比較例1、比較例
2について、金属の溶解と、このときに得られたそれぞ
れのCNTのダメージについて、評価した。この結果
を、表1に示す。なお、表1では、CNT中の触媒金属
が十分に除去されたものを○とし、触媒金属の溶解の仕
方が弱いものの触媒金属が除去されたものを△とし、触
媒金属の除去が不十分であったもの、及び得られたCN
Tにダメージが見られたものを×とした。In Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, the dissolution of metal and the damage of each CNT obtained at this time were evaluated. Table 1 shows the results. In Table 1, ○ indicates that the catalyst metal in the CNT was sufficiently removed, and △ indicates that the catalyst metal was weakly dissolved but the catalyst metal was removed, indicating that the catalyst metal was not sufficiently removed. What was and the resulting CN
When damage was seen in T, it was evaluated as x.
【0049】[0049]
【表1】 [Table 1]
【0050】表1に示された結果から、67%硫酸溶液
を使用した実施例1及び50%硫酸溶液を使用した実施
例2においては、CNT中の触媒金属を確実に除去する
ことが可能であることが判明した。また、このときに得
られたCNTにはダメージが見られないことが判明し
た。From the results shown in Table 1, in Example 1 using a 67% sulfuric acid solution and Example 2 using a 50% sulfuric acid solution, it is possible to reliably remove the catalytic metal in the CNT. It turned out to be. Further, it was found that no damage was observed in the CNT obtained at this time.
【0051】また、33%硫酸溶液を使用した実施例3
及び20%硫酸溶液を使用した実施例4においては、実
施例1及び実施例2ほどではないものの、CNT中の触
媒金属を除去することが可能であると同時に、得られた
CNTにダメージが見られないことが判明した。Example 3 using a 33% sulfuric acid solution
In Example 4 using a 20% sulfuric acid solution, it was possible to remove the catalytic metal in the CNTs, although not as much as in Examples 1 and 2, and at the same time, the obtained CNTs were damaged. Turned out to be impossible.
【0052】また、3Nの硝酸溶液を使用した比較例1
では、得られたCNTにダメージが見られた。Comparative Example 1 using a 3N nitric acid solution
Then, damage was observed on the obtained CNT.
【0053】また、18%塩酸溶液を使用した比較例2
では、触媒金属の溶解がなく、触媒金属の除去ができな
かった。Comparative Example 2 using an 18% hydrochloric acid solution
Did not dissolve the catalyst metal and could not remove the catalyst metal.
【0054】なお、実施例1乃至実施例4については、
CNTから触媒金属を除去するのに1週間の時間を要し
た。It should be noted that in the first to fourth embodiments,
It took one week to remove the catalytic metal from the CNT.
【0055】この結果から、CNTを硫酸溶液に浸漬す
ることによって、CNTに含有される触媒金属を確実に
除去できることが判明した。From these results, it was found that by immersing the CNT in the sulfuric acid solution, the catalytic metal contained in the CNT can be reliably removed.
【0056】<実験2>本実験では、CNTを硫酸、塩
酸、及び硝酸の各酸に浸漬するとともに、電場を印加す
ることによって、触媒金属の溶解及び得られたCNTの
ダメージについて調べた。<Experiment 2> In this experiment, the CNT was immersed in each of sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid, and an electric field was applied to examine the dissolution of the catalyst metal and the damage of the obtained CNT.
【0057】実施例5 アモルファスカーボンを除去したCNTを67%硫酸溶
液に浸漬した後に電場を印加した以外は、実施例1と同
様にCNTを精製した。 Example 5 CNTs from which amorphous carbon had been removed were immersed in a 67% sulfuric acid solution, and then the CNTs were purified in the same manner as in Example 1 except that an electric field was applied.
【0058】実施例6 67%硫酸溶液の代わりに50%硫酸溶液を使用した以
外は、実施例5と同様にCNTを精製した。 Example 6 CNT was purified in the same manner as in Example 5 except that a 50% sulfuric acid solution was used instead of the 67% sulfuric acid solution.
【0059】実施例7 67%硫酸溶液の代わりに33%硫酸溶液を使用した以
外は、実施例5と同様にCNTを精製した。 Example 7 CNT was purified in the same manner as in Example 5 except that a 33% sulfuric acid solution was used instead of the 67% sulfuric acid solution.
【0060】実施例8 67%硫酸溶液の代わりに20%硫酸溶液を使用した以
外は、実施例5と同様にCNTを精製した。 Example 8 CNT was purified in the same manner as in Example 5, except that a 20% sulfuric acid solution was used instead of the 67% sulfuric acid solution.
【0061】実施例9 67%硫酸溶液の代わりに3N硝酸溶液を使用した以外
は、実施例5と同様にCNTを精製した。 Example 9 CNT was purified in the same manner as in Example 5 except that a 3N nitric acid solution was used instead of the 67% sulfuric acid solution.
【0062】実施例10 67%硫酸溶液の代わりに18%塩酸溶液を使用した以
外は、実施例5と同様にCNTを精製した。 Example 10 CNT was purified in the same manner as in Example 5, except that an 18% hydrochloric acid solution was used instead of the 67% sulfuric acid solution.
【0063】実施例5乃至実施例10について、各金属
の溶解を調べたところ、いずれも触媒金属を確実に除去
することが可能であった。触媒金属を除去するために要
した時間は、電場を印加しないときと比較して、3〜4
日間短縮された。また、精製されたCNTは配向性が良
好であった。In Examples 5 to 10, the dissolution of each metal was examined. As a result, it was possible to remove the catalytic metal without fail. The time required to remove the catalyst metal was 3 to 4 times as compared with when no electric field was applied.
Days shortened. In addition, the purified CNT had good orientation.
【0064】[0064]
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本願
の第1の発明においては、カーボンナノチューブを少な
くとも硫酸を含む酸性溶液中に浸漬しているので、カー
ボンナノチューブに含有される触媒金属を確実に除去す
ることが可能である。また、カーボンナノチューブに対
するダメージを軽減させることが可能である。As is clear from the above description, in the first invention of the present application, since the carbon nanotube is immersed in an acidic solution containing at least sulfuric acid, the catalyst metal contained in the carbon nanotube is reduced. It is possible to reliably remove them. Further, damage to the carbon nanotube can be reduced.
【0065】また、本願の第2の発明によれば、カーボ
ンナノチューブを酸性溶液に浸漬するとともに、当該酸
性溶液に対して電場を印加することによって、触媒金属
は陰極側に析出し、カーボンナノチューブは陽極側に堆
積するため、カーボンナノチューブから触媒金属を確実
に除去することができる。そして、カーボンナノチュー
ブから触媒金属を除去するために要する時間を短縮する
ことができる。また、このとき、陽極側に堆積するカー
ボンナノチューブの配向性が良好なものとなる。したが
って、触媒金属が効率的に除去されるとともに、直線状
に配向された状態のカーボンナノチューブが精製され
る。Further, according to the second aspect of the present invention, by immersing the carbon nanotubes in the acidic solution and applying an electric field to the acidic solution, the catalytic metal is deposited on the cathode side, and the carbon nanotubes are Since the catalyst metal is deposited on the anode side, the catalytic metal can be reliably removed from the carbon nanotube. Then, the time required to remove the catalyst metal from the carbon nanotube can be reduced. At this time, the orientation of the carbon nanotubes deposited on the anode side is good. Therefore, the catalyst metal is efficiently removed, and the carbon nanotubes in a linearly oriented state are purified.
【図1】カーボンナノチューブの合成に使用されるアー
ク放電装置の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an arc discharge device used for synthesizing carbon nanotubes.
【図2】カーボンナノチューブの模式図である。FIG. 2 is a schematic view of a carbon nanotube.
【図3】電場を印加する際に一対の電極の間にフィルタ
を設けた状態を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which a filter is provided between a pair of electrodes when an electric field is applied.
【図4】陽極の周囲をフィルタで被覆した状態を示す模
式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which the periphery of an anode is covered with a filter.
【図5】アモルファスカーボンの除去に使用される環状
電気炉の一例を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic view showing an example of an annular electric furnace used for removing amorphous carbon.
1 アーク放電装置、2 反応室、3 陰極、4 陽
極、5 直線運動導入機構、6a,6b 電流導入端
子、10 カーボンナノチューブ、30 容器、31陰
極、32 陽極、33 フィルタ、40 環状電気炉、
41 管、42 容器、DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Arc discharge device, 2 reaction chambers, 3 cathodes, 4 anodes, 5 linear motion introduction mechanism, 6a, 6b current introduction terminals, 10 carbon nanotubes, 30 containers, 31 cathodes, 32 anodes, 33 filters, 40 annular electric furnace,
41 tubes, 42 containers,
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白石 誠司 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 4G046 CC10 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Seiji Shiraishi 6-7-35 Kita Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo F-term in Sony Corporation (reference) 4G046 CC10
Claims (16)
ボンナノチューブを浸漬し、金属を除去することを特徴
とするカーボンナノチューブの精製方法。1. A method for purifying carbon nanotubes, comprising immersing carbon nanotubes in an acidic solution containing at least sulfuric acid to remove metals.
上であることを特徴とする請求項1記載のカーボンナノ
チューブの精製方法。2. The method for purifying carbon nanotubes according to claim 1, wherein the concentration of sulfuric acid in the acidic solution is 20% or more.
下であることを特徴とする請求項2記載のカーボンナノ
チューブの精製方法。3. The method for purifying carbon nanotubes according to claim 2, wherein the concentration of sulfuric acid in the acidic solution is 80% or less.
ルファスカーボンを除去することを特徴とする請求項1
記載のカーボンナノチューブの精製方法。4. The method according to claim 1, wherein after removing the metal, the amorphous carbon is removed by heating.
A method for purifying a carbon nanotube according to the above.
温度範囲で行うことを特徴とする請求項4記載のカーボ
ンナノチューブの精製方法。5. The method according to claim 4, wherein the heating is performed in a temperature range of 250 ° C. or more and less than 600 ° C.
溶液中に一対の電極を浸漬し、上記一対の電極間に電位
差を生じさせて金属を除去することを特徴とするカーボ
ンナノチューブの精製方法。6. A method for purifying carbon nanotubes, comprising immersing a pair of electrodes in an acidic solution in which the carbon nanotubes are immersed, and generating a potential difference between the pair of electrodes to remove the metal.
酢酸のうちから選択されるいずれか1種類以上を含有す
ることを特徴とする請求項6記載のカーボンナノチュー
ブの精製方法。7. The method according to claim 6, wherein the acidic solution contains at least one selected from sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and acetic acid.
ていることを特徴とする請求項6記載のカーボンナノチ
ューブの精製方法。8. The method for purifying carbon nanotubes according to claim 6, wherein said acidic solution contains aqueous hydrogen peroxide.
徴とする請求項6記載のカーボンナノチューブの精製方
法。9. The method according to claim 6, wherein the potential difference is 1 V or more.
特徴とする請求項9記載のカーボンナノチューブの精製
方法。10. The method according to claim 9, wherein the potential difference is 4 V or more.
とする請求項6記載のカーボンナノチューブの精製方
法。11. The method according to claim 6, wherein the electrode is made of carbon.
する請求項6記載のカーボンナノチューブの精製方法。12. The method according to claim 6, wherein the electrode is made of gold.
ーブを透過させないフィルタを設け、カーボンナノチュ
ーブを陽極側に堆積させることを特徴とする請求項6記
載のカーボンナノチューブの精製方法。13. The method for purifying carbon nanotubes according to claim 6, wherein a filter that does not transmit carbon nanotubes is provided between the pair of electrodes, and the carbon nanotubes are deposited on the anode side.
う籠状のフィルタであることを特徴とする請求項13記
載のカーボンナノチューブの精製方法。14. The method for purifying carbon nanotubes according to claim 13, wherein the filter is a basket-shaped filter that covers the periphery of the anode.
モルファスカーボンを除去することを特徴とする請求項
6記載のカーボンナノチューブの精製方法。15. The method according to claim 6, wherein the amorphous carbon is removed by heating after removing the metal.
満の温度範囲で行うことを特徴とする請求項15記載の
カーボンナノチューブの精製方法。16. The method according to claim 15, wherein the heating is performed in a temperature range of 250 ° C. or more and less than 600 ° C.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001109161A JP2002308610A (en) | 2001-04-06 | 2001-04-06 | Method for purifying carbon nanotube |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007237170A (en) * | 2006-03-03 | 2007-09-20 | Korea Inst Of Energ Res | Method for producing platinum catalyst supported on carbon nanotubes by chemical vapor deposition |
CN100374369C (en) * | 2006-07-17 | 2008-03-12 | 天津大学 | Method for treating carbon nanotubes by arc discharge |
JP2008280227A (en) * | 2007-05-14 | 2008-11-20 | Nitto Denko Corp | Method for purifying carbon nanotube |
JP2013075805A (en) * | 2011-09-30 | 2013-04-25 | Mitsubishi Materials Corp | Carbon nanofiber including metal cobalt and method for producing the same |
EP2700740A2 (en) | 2012-08-24 | 2014-02-26 | Showa Denko Kabushiki Kaisha | Carbon fibers and catalyst for production of carbon fibers |
KR20220011416A (en) * | 2020-07-21 | 2022-01-28 | 한국과학기술연구원 | Method for safety tuning of carbon nanotubes including catalyst metal particles |
-
2001
- 2001-04-06 JP JP2001109161A patent/JP2002308610A/en not_active Withdrawn
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007237170A (en) * | 2006-03-03 | 2007-09-20 | Korea Inst Of Energ Res | Method for producing platinum catalyst supported on carbon nanotubes by chemical vapor deposition |
CN100374369C (en) * | 2006-07-17 | 2008-03-12 | 天津大学 | Method for treating carbon nanotubes by arc discharge |
JP2008280227A (en) * | 2007-05-14 | 2008-11-20 | Nitto Denko Corp | Method for purifying carbon nanotube |
JP2013075805A (en) * | 2011-09-30 | 2013-04-25 | Mitsubishi Materials Corp | Carbon nanofiber including metal cobalt and method for producing the same |
EP2700740A2 (en) | 2012-08-24 | 2014-02-26 | Showa Denko Kabushiki Kaisha | Carbon fibers and catalyst for production of carbon fibers |
KR20220011416A (en) * | 2020-07-21 | 2022-01-28 | 한국과학기술연구원 | Method for safety tuning of carbon nanotubes including catalyst metal particles |
KR102450076B1 (en) | 2020-07-21 | 2022-10-05 | 한국과학기술연구원 | Method for safety tuning of carbon nanotubes including catalyst metal particles |
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