KR100864418B1 - Vapor grown carbon fiber and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공급 원료중의 탄소원과 촉매 및/또는 촉매 전구체 화합물을 가열 대역에서 접촉시킴으로써 기상으로 탄소섬유를 제조하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법으로, 상기 탄소원이 적어도 메탄을 함유하고, 상기 공급 원료중의 메탄의 농도가 15mol%이상 100mol%미만이며, 상기 가열 대역의 고온부분의 온도가 1,100℃∼1,500℃인 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 제조방법은 간단하고 효과적이며, 촉매 또는 촉매 전구체의 이용효율이 현저히 향상되고, 탄소섬유를 저가로 제조할 수 있다.The present invention provides a method for producing vapor-grown carbon fibers in which carbon fibers are produced in a gas phase by contacting a carbon source in a feedstock with a catalyst and / or catalyst precursor compound in a heating zone, wherein the carbon source contains at least methane, and the feedstock Provided is a method for producing a vapor-grown carbon fiber in which the concentration of methane in the mixture is from 15 mCO% to less than 100 mCO%, and the temperature of the hot zone of the heating zone is 1,100 ° C to 1500 ° C. The production method of the present invention is simple and effective, the utilization efficiency of the catalyst or catalyst precursor is remarkably improved, and carbon fibers can be produced at low cost.
Description
본 발명은 탄소나노튜브 등의 기상 성장 탄소섬유를 효율적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for efficiently producing vapor-grown carbon fibers such as carbon nanotubes.
기상성장방법에 의해 얻어진 탄소섬유(기상 성장 탄소섬유)는, 비교적 용이하게 큰 가로세로비를 가질 수 있다. 따라서, 종래 열심히 연구되었고, 그 제조 방법에 관한 많은 보고가 있다. 최근, 탄소 나노튜브(즉, 섬유직경이 나노미터 오더인 탄소섬유)가 특별한 주목을 끌고 있고, 이 기상성장방법을 응용해서 합성할 수 있다.The carbon fibers (phase grown carbon fibers) obtained by the vapor phase growth method can have a large aspect ratio relatively easily. Therefore, there have been many studies on the manufacturing method of the related art, and have studied hard. In recent years, carbon nanotubes (ie, carbon fibers having nanometer orders of fiber diameter) have attracted special attention, and can be synthesized by applying this vapor phase growth method.
도 1은, 기상성장방법에 의해 탄소섬유를 연속적으로 제조하는 반응장치의 일례를 표시하는 모식도이다. 일반적인 제조 방법의 일례에 있어서, 탄소섬유의 원료인 탄소원으로서, CO, 메탄, 아세틸렌, 에틸렌, 벤젠, 톨루엔 등을 사용한다. 상온 및 상압에서 기체인 탄소원을 기상으로, 캐리어 가스와 혼합해서 공급한다. 액체인 경우에는, 기화기(4)로 탄소원을 기화시킨 후, 캐리어 가스와 혼합해서 공급하거나 액상으로 가열 대역(1)에 분무한다. 캐리어 가스로서는 불활성가스인 질소 가스, 또는 환원성 가스인 수소 가스 등이 사용된다. 감압장치내로 탄소원을 공 급하는 경우도 있다. 촉매로서는 알루미나 등의 담체에 금속을 담지한 담지형 촉매또는 페로센 등의 유기금속 화합물이 사용된다. 담지형 촉매를 사용하는 경우에는, 상기 담지형 촉매를 미리 가열 대역(1)에 위치시키고 가열해서, 필요한 전처리를 행한 후, 탄소원을 공급해서 반응시킨다 (도 1에 나타내는 예). 또한, 전처리를 행한 담지형 촉매를 장치 외부에서 연속 또는 펄스식으로 공급해서 반응을 행한다. 또한 탄소원에 용이하게 용해할 수 있는 페로센 등의 유기금속 화합물을 촉매 전구체로서 사용하고, 탄소원과 함께 가열 대역으로 연속 또는 펄스식으로 공급하여, 촉매 전구체의 열분해에 의해 발생된 금속입자를 촉매로서 사용하여 탄소섬유를 제조할 수도 있다. 생성물은 히터(2)로 가열되어 있는 가열 대역(1)의 내부 또는 가열 대역의 말단의 포집기(3)에 포집되어, 소정시간 후 반응을 끝낸 후 회수한다.1 is a schematic diagram showing an example of a reaction apparatus for continuously producing carbon fibers by the vapor phase growth method. In an example of a general manufacturing method, CO, methane, acetylene, ethylene, benzene, toluene, etc. are used as a carbon source which is a raw material of carbon fiber. The carbon source which is gas at normal temperature and normal pressure is supplied by mixing with a carrier gas in a gaseous phase. In the case of liquid, the carbon source is vaporized with the
기상법에 의한 탄소섬유의 제조 방법은 촉매 또는 상기 촉매의 전구체 화합물의 공급 방법에 따라서 하기 3개의 형태로 대략 분류된다.Methods for producing carbon fibers by the gas phase method are roughly classified into the following three forms depending on the catalyst or the method of supplying the precursor compound of the catalyst.
(1)촉매 또는 그 전구체 화합물을 담지한 알루미나 또는 흑연으로 이루어지는 기판 또는 보트를 가열 대역에 두고, 기상으로 공급되는 탄소원의 가스와 접촉시키는 방법;(1) a method in which a substrate or boat made of alumina or graphite carrying a catalyst or a precursor compound thereof is placed in a heating zone and brought into contact with a gas of a carbon source supplied in a gas phase;
(2)촉매 또는 그 전구체 화합물의 입자를 액상의 탄소원 등에 분산시키고, 장치 외부로부터 가열 대역으로 연속 또는 펄스식으로 공급하고, 고온에서 탄소원과 접촉시키는 방법; 및(2) a method in which particles of a catalyst or a precursor compound thereof are dispersed in a liquid carbon source or the like, continuously or pulsedly supplied into a heating zone from outside the apparatus, and contacted with a carbon source at a high temperature; And
(3)액상의 탄소원 중에 용해할 수 있는 메탈로센이나 카르보닐화합물을 촉매 전구체 화합물로서 사용하고, 여기에 이 촉매 전구체 화합물이 용해되어 있는 탄소 원을 가열 대역으로 공급함으로써, 촉매와 탄화수소등인 탄소원을 고온에서 접촉시키는 방법.(3) By using a metallocene or carbonyl compound which can be dissolved in a liquid carbon source as a catalyst precursor compound, and supplying a carbon source in which the catalyst precursor compound is dissolved in a heating zone, A method of contacting a carbon source at high temperature.
상기 (1)의 방법에서는, 촉매 또는 그 전구체를 기판에 도포하는 단계, 필요에 따라서 환원 등의 전처리를 실시하는 단계, 탄소섬유를 제조하는 단계, 및 제조된 탄소섬유를 온도를 내린 후에 꺼내는 단계 등의 독립적으로 실시해야 하는 단계들을 포함하기 때문에, 연속적으로 제조하는 것이 곤란하고 생산성이 나쁘므로 바람직하지 않다. 한편, 상기 (2) 및 (3)의 방법으로는, 연속적인 제조가 가능해서 생산성이 높다. 따라서 일반적으로 공업적으로는 (2) 또는 (3)으로 분류되는 방법이 사용된다. 그러나, 생성물인 탄소섬유의 성장에 필요로 되는 양에 비해서 과잉으로 촉매 또는 그 전구체 화합물을 사용하지 않으면 충분히 대량의 탄소섬유를 얻을 수 없다. 따라서 고가인 촉매 또는 촉매 전구체 화합물을 대량으로 소비하고 있고, 더욱이, 과잉으로 첨가한 촉매에 의한 부산물을 제거하는 단계를 설치하고 있는 것이 현재의 상태이다. 충분히 대량의 탄소섬유를 얻을 수 없는 이유는, 활성이 높은 촉매가 응집해서 조대하게 되어, 탄소섬유를 성장시키는 능력을 상실하기 때문이라고 생각된다. 이 경향은 담체 등에 담지되지 않은 촉매, 예를 들면 페로센 등의 촉매 전구체를 가스상 또는 원료 가스중에 부유한 상태로 가열 대역으로 공급해서 생성된 촉매를 사용할 경우에 심각하다.In the method of (1), applying a catalyst or a precursor thereof to a substrate, performing a pretreatment such as reduction, if necessary, preparing a carbon fiber, and taking out the prepared carbon fiber after lowering the temperature Because it includes steps to be performed independently, such as, it is not preferable because it is difficult to manufacture continuously and the productivity is bad. On the other hand, in the method of said (2) and (3), continuous manufacture is possible and productivity is high. Therefore, the method generally classified industrially as (2) or (3) is used. However, it is not possible to obtain a sufficiently large amount of carbon fiber without using a catalyst or its precursor compound in excess of the amount required for the growth of the carbon fiber as a product. Therefore, it is a present state that the expensive catalyst or catalyst precursor compound is consumed in large quantities, and the step of removing the by-product by the catalyst added excessively is provided. The reason why a large amount of carbon fiber cannot be obtained sufficiently is that the catalyst having high activity aggregates and becomes coarse and loses the ability to grow carbon fiber. This tendency is serious when a catalyst which is not supported on a carrier or the like, for example, a catalyst precursor such as ferrocene or the like is produced by supplying a catalyst precursor suspended in a gaseous or source gas in a heating zone.
CO, 에탄, 아세틸렌, 및 에틸렌 등의 무기 또는 비방향족계 화합물을 탄소원으로서 사용할 경우, 이러한 화합물은 탄소섬유의 생성 속도가 느리므로, 상기 (1)의 방법을 사용하고 있는 경우가 많다. 이 경우에는, 촉매와 탄소원의 접촉 시 간이 몇분부터 수십분 처럼 길어지므로, 생산성이 낮다.When inorganic or non-aromatic compounds such as CO, ethane, acetylene, and ethylene are used as the carbon source, these compounds have a low rate of carbon fiber production, and therefore the method of (1) is often used. In this case, the contact time between the catalyst and the carbon source is extended from several minutes to several tens of minutes, so the productivity is low.
벤젠 및 톨루엔 등의 방향족계의 화합물을 탄소원으로서 사용할 경우, 상기의 (2) 및 (3)의 방법으로 연속적인 제조가 가능하다. 그러나, 상기한 바와 같이 촉매 또는 그 전구체 화합물의 유효이용율이 낮아서 과잉의 촉매 또는 그 전구체 화합물이 필요하게 되어 고가이다.When aromatic compounds, such as benzene and toluene, are used as a carbon source, continuous manufacture is possible by the method of said (2) and (3). However, as mentioned above, the effective utilization rate of a catalyst or its precursor compound is low, and an excess catalyst or its precursor compound is needed, and it is expensive.
메탄을 탄소섬유의 원료로서 사용할 경우에는, 상기한 바와 같이 상기 (1)의 방법을 사용하고 있는 경우가 많다. 또한 연속적인 제조를 할 수 있는 방법의 경우에, 수율 또는 생산성이 낮다.When methane is used as a raw material of carbon fiber, the method of said (1) is used in many cases as mentioned above. In addition, in the case of a method capable of continuous production, the yield or productivity is low.
예를 들면 J.Phys. Chem. B, 1999, 103, 6484-6492에서는 상기(1)의 방법을 사용하고 있으므로, 연속적인 제조는 곤란하다. 또 상기 방법은 반응온도가 낮고, 메탄 사용량 당 탄소섬유 생성량 및 촉매당의 탄소섬유 생성량은 매우 적다.For example J. Phys. Chem. In B, 1999, 103, 6484-6492, since the method of said (1) is used, continuous manufacture is difficult. In addition, the method has a low reaction temperature, and carbon fiber production amount per methane usage and carbon fiber production amount per catalyst are very small.
일본 특허공고 소62-49363호 공보에서는, 탄소섬유의 원료로서 메탄을 사용하는 방법이 개시되어 있지만, 메탄 농도가 낮고, 반응온도도 낮기 때문에, 수율이 0.1% 정도로 낮다.Japanese Patent Laid-Open No. 62-49363 discloses a method of using methane as a raw material of carbon fiber, but the yield is low as low as 0.1% because the methane concentration is low and the reaction temperature is low.
일본 특허공개 평1-92423호 공보에서는, 기상법에 의한 탄소섬유제조에 있어서, 캐리어 가스로서 H2, CO 및 CO2의 혼합 가스를 사용하는 방법이 개시되어 있다. 일본 특허공개 평1-92423호 공보에는 탄소섬유의 원료로서 메탄을 사용하지만, 중심인 탄소원이 벤젠이며, 촉매의 사용량도 많고, 메탄을 사용하는 유효성은 기재되어 있지 않다.Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Hei 1-92423 discloses a method of using a mixed gas of H 2 , CO and CO 2 as a carrier gas in producing carbon fibers by the gas phase method. Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 1-92423 uses methane as a raw material of carbon fiber, but the main carbon source is benzene, the amount of catalyst used is large, and the effectiveness of using methane is not described.
본 발명의 목적은, 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법을 제공하는 것으로, 촉매 또는 촉매 전구체의 유효이용율이 현저히 향상되어, 결과적으로 탄소섬유를 저렴하게 제조할 수 있고, 간편하고 효과적인 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 평균 섬유길이가 긴 탄소섬유를 얻을 수 있는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing a vapor-grown carbon fiber, in which the effective utilization rate of the catalyst or catalyst precursor is remarkably improved, and as a result, a carbon fiber can be produced at low cost, and a simple and effective method is provided. . Another object of the present invention is to provide a method for producing a vapor-grown carbon fiber in which carbon fibers having a long average fiber length can be obtained.
본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토한 결과, 1,100℃ 이상의 온도의 분위기하에서 주 탄소원으로서 메탄을 사용하고, 고농도로 도입함으로써, 반응시간이 짧아지고, 촉매 또는 촉매 전구체의 유효이용율이 증가하는 것을 찾아냈다. 본 발명은 이 발견을 토대로 완성되는 것에 이르렀다. 즉, 본 발명의 방법에 의하면, 종래에 섬유생성이 불가능했던 극미량의 촉매를 사용한 경우에도, 탄소섬유를 고수율로 얻을 수 있다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM As a result of earnestly examining in order to solve the said subject, when using methane as a main carbon source in the atmosphere of the temperature of 1,100 degreeC or more, and introducing into high concentration, reaction time becomes short and the effective utilization rate of a catalyst or a catalyst precursor increases. I found something. The present invention has been accomplished based on this finding. That is, according to the method of the present invention, even in the case of using a very small amount of catalyst which has not been able to form fibers conventionally, carbon fibers can be obtained in high yield.
즉, 본 발명은 이하의 (1)∼ (25)에 관한 것이다.That is, this invention relates to the following (1)-(25).
(1) 공급 원료중의 탄소원과 촉매 및/또는 촉매 전구체 화합물을 가열 대역에서 접촉시킴으로써 기상으로 탄소섬유를 제조하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법으로, 상기 탄소원이 적어도 메탄을 함유하고, 상기 공급 원료중의 메탄의 농도가 15mol%이상 100mol%미만이며, 상기 가열 대역의 고온부분의 온도가 1,100℃∼1,500℃인 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(1) A method for producing vapor-grown carbon fibers in which carbon fibers are produced in a gas phase by contacting a carbon source in a feedstock with a catalyst and / or catalyst precursor compound in a heating zone, wherein the carbon source contains at least methane, and the feedstock The concentration of methane in the mixture is 15 m% or more and less than 100 m%, and the temperature of the high temperature portion of the heating zone is 1,100 ° C to 1,500 ° C.
(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 가열 대역의 원료도입부의 온도가 700℃이하인 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(2) The method for producing a vapor-grown carbon fiber according to (1), wherein the temperature of the raw material introduction portion of the heating zone is 700 ° C or less.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 공급 원료가 상기 가열 대역의 고온부분에 도달하기 전에, 600℃~1,000℃의 온도의 상기 가열 대역의 저온부분에 0.05초 이상 동안 체류하는 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(3) The above (1) or (2), wherein the feedstock stays in the low temperature portion of the heating zone at a temperature of 600 ° C to 1,000 ° C for at least 0.05 seconds before reaching the high temperature portion of the heating zone. Method for producing a vapor-grown carbon fiber, characterized in that.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서, 상기 가열 대역에서, 1,100℃ 이상의 온도에서의 체류시간이 0.001초 이상인 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(4) The method for producing a vapor-grown carbon fiber according to any one of (1) to (3), wherein in the heating zone, a residence time at a temperature of 1,100 ° C or higher is 0.001 second or more.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서, 메탄 이외의 상기 탄소원에 함유되는 탄소원자의 총량이, 메탄에 함유되는 탄소원자의 총량의 60%이하인 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(5) The vapor-grown carbon fiber according to any one of (1) to (4), wherein the total amount of carbon atoms contained in the carbon source other than methane is 60% or less of the total amount of carbon atoms contained in methane. Manufacturing method.
(6) 상기 (5)에 있어서, 메탄 이외의 상기 탄소원에 함유되는 탄소원자의 총량이 메탄에 함유되는 탄소원자의 총량의 10%이하인 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(6) The method for producing vapor-grown carbon fiber according to (5), wherein the total amount of carbon atoms contained in the carbon source other than methane is 10% or less of the total amount of carbon atoms contained in methane.
(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서, 촉매 원소의 원자수와, 탄소원중의 탄소원자의 수의 비율이,(7) In any one of said (1)-(6), the ratio of the number of atoms of a catalyst element and the number of carbon atoms in a carbon source is
(촉매 원소의 원자수)(Atomic number of catalyst element)
/ (탄소원자의 수)/ (Number of carbon atoms)
= 0.000005∼0.0015= 0.000005 to 0.0015
인 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.Method for producing a vapor-grown carbon fiber, characterized in that.
(8) 상기 (1) 내지 (7) 중의 어느 하나에 있어서, 상기 촉매 전구체 화합물을 상온 및 상압에서 액상인 화합물에 용해한 후 가열 대역에 도입하는 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(8) The method for producing a vapor-grown carbon fiber according to any one of (1) to (7), wherein the catalyst precursor compound is dissolved in a liquid compound at normal temperature and normal pressure and then introduced into a heating zone.
(9) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서, 상기 촉매 전구체 화합물을 상온 및 상압에서 액상인 화합물에 용해하고, 그 얻어진 용액을 모두 기화한 후, 상기 가열 대역내에 도입하는 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(9) The method according to any one of the above (1) to (7), wherein the catalyst precursor compound is dissolved in a liquid compound at normal temperature and normal pressure, and all the obtained solutions are vaporized, and then introduced into the heating zone. The manufacturing method of vapor-grown carbon fiber made into.
(10) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서, 상기 촉매 전구체 화합물을 상온 및 상압에서 액상인 화합물에 용해하고, 그 얻어진 용액을 모두 기화하고, 그 얻어진 가스를 메탄 함유 가스와 혼합한 후, 상기 가열 대역내에 도입하는 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(10) The method according to any one of (1) to (7), wherein the catalyst precursor compound is dissolved in a liquid compound at room temperature and atmospheric pressure, and all the obtained solutions are vaporized, and the obtained gas is mixed with a methane-containing gas. And then introducing into the heating zone.
(11) 상기 (8) 내지 (10) 중 어느 하나에 있어서, 상온 및 상압에서 액상인 상기 화합물이 탄소원인 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(11) The method for producing a vapor-grown carbon fiber according to any one of (8) to (10), wherein the compound which is liquid at room temperature and atmospheric pressure is a carbon source.
(12) 상기 (8) 내지 (10) 중 어느 하나에 있어서, 상온 및 상압에서 액상인 상기 화합물중에 상기 촉매 전구체 화합물의 25℃에서의 용해도가, 상온 및 상압에서 액상인 상기 화합물 100g 당 10g이상인 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(12) The solubility at 25 ° C. of the catalyst precursor compound in the compound which is liquid at normal temperature and normal pressure is at least 10 g per 100 g of the compound which is liquid at normal temperature and normal pressure in any one of the above (8) to (10). Method for producing a vapor-grown carbon fiber, characterized in that.
(13) 상기 (8) 내지 (10) 중 어느 하나에 있어서, 상온 및 상압에서 액상인 상기 화합물이, 벤젠, 톨루엔 및 테트라히드로푸란으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(13) The gas phase growth according to any one of (8) to (10), wherein the compound which is liquid at normal temperature and normal pressure is at least one compound selected from the group consisting of benzene, toluene and tetrahydrofuran. Method for producing carbon fiber.
(14) 상기 (1) 내지 (13) 중 어느 하나에 있어서, 상기 촉매 및/또는 촉매 전구체 화합물이, 18족형 원소주기율표의 3, 5, 6, 8, 9, 및 10족에서 선택되는 1종 이상의 금속 및/또는 1종 이상의 상기 금속을 함유하는 화합물인 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(14) One of the above (1) to (13), wherein the catalyst and / or catalyst precursor compound is one selected from
(15) 상기 (1) 내지 (14) 중 어느 하나에 있어서, 반응 후 가스의 전부 또는 일부를 순환해서 재사용하는 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(15) The method for producing a vapor-grown carbon fiber according to any one of (1) to (14), wherein all or part of the gas after the reaction is circulated and reused.
(16) 상기 (1) 내지 (15) 중 어느 하나에 있어서, 평균 섬유직경이 10nm이상인 탄소섬유를 제조하는 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(16) The method for producing a vapor-grown carbon fiber according to any one of (1) to (15), wherein the carbon fiber has an average fiber diameter of 10 nm or more.
(17) 상기 (1) 내지 (16) 중 어느 하나에 기재된 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법에 의해 제조된 기상 성장 탄소섬유.(17) The vapor phase growth carbon fiber manufactured by the manufacturing method of vapor phase growth carbon fiber in any one of said (1)-(16).
(18) 상기 (17)에 있어서, 평균 섬유길이가 10μm이상인 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유.(18) The vapor-grown carbon fiber according to (17), wherein the average fiber length is 10 µm or more.
(19) 상기 (18)에 있어서, 평균 섬유길이가 13μm이상인 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유.(19) The vapor-grown carbon fiber according to (18), wherein the average fiber length is 13 µm or more.
(20) 상기 (8) 내지 (10) 중 어느 하나에 있어서, 상온 및 상압에서 액상인 상기 화합물중에 촉매 전구체의 25℃에서의 용해도가, 상온 및 상압에서 액상인 상기 화합물 100g 당 1g이상이며, 상온 및 상압에서 액상인 상기 화합물의 비점이, 115℃이상인 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(20) The solubility at 25 ° C of the catalyst precursor in the compound which is liquid at room temperature and atmospheric pressure is at least 1 g per 100 g of the compound which is liquid at room temperature and atmospheric pressure, in any one of (8) to (10) above, The boiling point of the compound which is liquid at room temperature and atmospheric pressure, the manufacturing method of the vapor-grown carbon fiber, characterized in that more than 115 ℃.
(21) 상기 (20)에 있어서, 상온 및 상압에서 액상인 상기 화합물이, o-크실렌, m-크실렌, p-크실렌, 에틸벤젠, 스티렌, 메틸 락테이트, 메틸 피루베이트, 4-메틸-2-펜타논, 2-헥산온, 3-헥산온, 시클로펜탄온, 히드록시아세톤, 3-헵타논, 4-헵타논, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 및 프로필렌글리콜 모노에틸에테르로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(21) The compound according to (20), wherein the compound which is liquid at room temperature and atmospheric pressure is o-xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene, styrene, methyl lactate, methyl pyruvate, 4-methyl-2 1 type selected from the group consisting of -pentanone, 2-hexanone, 3-hexanone, cyclopentanone, hydroxyacetone, 3-heptanone, 4-heptanone, propylene glycol monomethyl ether and propylene glycol monoethyl ether It is a compound of the above, The manufacturing method of vapor-grown carbon fiber characterized by the above-mentioned.
(22) 상기 (8) 내지 (10) 중 어느 하나에 있어서, 상온 및 상압에서 액상인 상기화합물에 대한 촉매 전구체 화합물의 25℃에서의 용해도가, 상온 및 상압에서 액상인 상기 화합물 100g 당 1g이상이며, 상온 및 상압에서 액상인 상기화합물의 비점이, 150℃이상인 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(22) The solubility at 25 ° C of the catalyst precursor compound with respect to the compound which is liquid at room temperature and atmospheric pressure is at least 1 g per 100 g of the compound which is liquid at room temperature and atmospheric pressure in any one of (8) to (10). The boiling point of the compound in the liquid phase at normal temperature and pressure, the method of producing a vapor-grown carbon fiber, characterized in that more than 150 ℃.
(23) 상기 (22)에 있어서, 상기 상온 및 상압에서 액상인 상기화합물이, 쿠멘, 아니솔, 4-메톡시 톨루엔, 에틸 락테이트, 2-에톡시에틸아세테이트, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르 아세테이트, 디메틸 말로네이트, 프로필렌글리콜 디아세테이트, γ-부틸올락톤, 4-메톡시-4-메틸-2-펜타논, 4-히드록시-4-메틸-2-펜타논, 시클로헥사논, 2,6-디메틸-4-헵타논, 3-메틸 시클로헥사논, 3-메톡시-1-부탄올, 에틸렌글리콜모노이소부틸에테르, 에틸렌글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노-n-부틸 에테르, 에틸렌글리콜 모노-n-부틸에테르, 3-메톡시-3-메틸-1-부탄올, 테트라히드로푸르푸릴알콜, 디프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노에틸 에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르 및 디메틸포름아미드로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(23) The compound according to the above (22), wherein the compound which is liquid at normal temperature and normal pressure is cumene, anisole, 4-methoxy toluene, ethyl lactate, 2-ethoxyethyl acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, Dimethyl malonate, propylene glycol diacetate, γ-butylollactone, 4-methoxy-4-methyl-2-pentanone, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, cyclohexanone, 2,6 -Dimethyl-4-heptanone, 3-methyl cyclohexanone, 3-methoxy-1-butanol, ethylene glycol monoisobutyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol mono-n-butyl Ether, ethylene glycol mono-n-butyl ether, 3-methoxy-3-methyl-1-butanol, tetrahydrofurfuryl alcohol, dipropylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether , Diethylene glycol monoethyl ether, trie Method for producing a polyalkylene glycol dimethyl ether, dimethylformamide, vapor-grown carbon fiber, characterized in that at least one compound selected from the group consisting of amides.
(24) 상기 (1) 내지 (23) 중 어느 하나에 있어서, 상기 공급 원료가 황 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(24) The method for producing a vapor-grown carbon fiber according to any one of (1) to (23), wherein the feedstock contains a sulfur compound.
(25) 상기 (24)에 있어서, 상기 황 화합물이 디메틸 술피드 및 디메틸 디술피드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 기상 성장 탄소섬유의 제조 방법.(25) The method for producing a vapor-grown carbon fiber according to (24), wherein the sulfur compound is at least one compound selected from the group consisting of dimethyl sulfide and dimethyl disulfide.
본 발명에 의하면, 1,100℃ 이상의 고온의 분위기하에 고농도의 메탄을 도입함으로써, 극소량의 촉매로 높은 생산성의 탄소섬유를 얻을 수 있다.According to the present invention, by introducing a high concentration of methane under a high temperature atmosphere of 1,100 ° C or higher, carbon fibers of high productivity can be obtained with a very small amount of catalyst.
본 발명의 효과를 제공하는 메커니즘은 명확히 공지되어 있지 않지만, 본 발명자의 검토 결과, 또한 선행 특허 및 문헌 등으로부터 이하와 같은 것으로 고려된다.The mechanism for providing the effect of the present invention is not clearly known, but it is considered as follows from the results of the inventor's examination and the prior patents, the literature, and the like.
메탄을 탄소섬유의 원료로서 사용하는 J.Phys.Chem.B, 1999, 103, 6484-6492에서는, 1000℃ 이하, 특히 약 900℃의 낮은 온도에서 탄소섬유가 제조되어, 생산성이 낮다. 또한 촉매는, 예를 들면 담체에 담지해서 미리 반응로내로 주입하고, 반응로내의 온도로 가열된 촉매와, 유사하게 가열된 메탄을 반응시켜서 탄소섬유를 제조한다.In J. Phys. Chem. B, 1999, 103, 6484-6492, where methane is used as a raw material of carbon fiber, carbon fiber is produced at a temperature lower than 1000 ° C, in particular about 900 ° C, resulting in low productivity. In addition, the catalyst is, for example, supported on a carrier, injected into the reactor in advance, and carbon catalyst is produced by reacting a catalyst heated to a temperature in the reactor with similarly heated methane.
이 방법에서 반응로의 온도를 1,100℃ 이상으로 가열하면, 담체에 담지된 촉매가 응집할 수 있다. 또한 탄소섬유의 원료로서 메탄만을 사용하는 경우에, 일부의 메탄이 열분해되어, 에틸렌 및 프로필렌 등의 지방족탄화수소, 또는 방향족환을 가진 방향족화합물을 생성한다.In this method, when the temperature of the reaction furnace is heated to 1,100 ° C. or more, the catalyst supported on the carrier may aggregate. In addition, when only methane is used as a raw material of carbon fiber, some methane is thermally decomposed to produce aliphatic hydrocarbons such as ethylene and propylene, or aromatic compounds having aromatic rings.
많은 특허문헌에는 방향족화합물을 이용하여 1,100℃ 이상의 고온에서 탄소섬유를 제조하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 및 비특허문헌에 있어서, 지방족탄화수소를 사용해서, 1,100℃이상의 고온에서 탄소섬유를 제조할 수 있는 것, 특히 대량으로 제조할 수 있는 것을 구체적으로 나타낸 것은 없다. 이것은, 에틸렌 및 프로필렌 등의 지방족탄화수소는, 1,100℃이상의 고온에서 촉매와 접촉하면 탄소섬유가 성공적으로 생성되지 않는 것으로 추측된다.Many patent documents disclose techniques for producing carbon fibers at high temperatures of 1,100 ° C. or higher using aromatic compounds. However, in the patent literature and non-patent literature, there is no specific indication that the aliphatic hydrocarbon can be used to produce carbon fibers at a high temperature of 1,100 ° C. or higher, and in particular, a mass can be produced. It is assumed that aliphatic hydrocarbons such as ethylene and propylene do not produce carbon fibers successfully when contacted with a catalyst at a high temperature of 1,100 ° C or higher.
즉, 본 발명에 있어서도 촉매를 미리 반응로내에 주입해서, 제조하는 것은 아니고, 가열한 반응로내에 외부로부터 적어도 메탄을 함유하는 탄소원과, 촉매 및/또는 촉매 전구체 화합물을 함께 도입하는 것이 필요하다. 이 도입에 의해, 저온에서 조제한 원료혼합물의 온도상승중, 1,000℃이하의 온도에서 메탄과 촉매를 접촉해서 탄소섬유를 생성하고, 1,000℃이상의 온도에서 메탄 및 메탄 이외의 탄소원에 의해 얻어진 탄소섬유가 성장한다. 높은 생산성의 탄소섬유를 얻기 위해서는, 1,100℃이상의 온도에서 성장을 촉진할 필요가 있다.That is, also in this invention, it is not necessary to introduce a catalyst into a reactor beforehand, and to manufacture, but it is necessary to introduce the carbon source containing at least methane from the outside, and a catalyst and / or a catalyst precursor compound together in the heated reactor. By this introduction, during the temperature rise of the raw material mixture prepared at low temperature, carbon fibers are produced by contacting methane and a catalyst at a temperature of 1,000 ° C. or lower, and carbon fibers obtained by a carbon source other than methane and methane at a temperature of 1,000 ° C. or higher To grow. In order to obtain a high productivity carbon fiber, it is necessary to promote growth at a temperature of 1,100 ° C or higher.
메탄으로부터의 탄소섬유의 생성이 저온으로부터 시작하는 것, 즉 촉매입자가 응집, 조대화해서 촉매능을 상실하기 전에 섬유의 생성을 시작함으로써, 촉매 또는 촉매 전구체의 유효이용율이 현저히 향상되고, 고온에서 섬유의 직경방향으로 연속적으로 성장한다. 결과적으로, 메탄 농도를 높게 해도, 비섬유상물질의 생성을 억제하고, 높은 생산성을 달성할 수 있다.The production of carbon fibers from methane starts at a low temperature, that is, the production of fibers before the catalyst particles agglomerate and coarsen and lose their catalytic capability, thereby significantly improving the effective utilization of the catalyst or catalyst precursor, and at high temperatures. It grows continuously in the radial direction of the fiber. As a result, even if the methane concentration is high, production of non-fibrous materials can be suppressed and high productivity can be achieved.
또한, 메탄으로부터 탄소섬유의 생성이 저온에서 시작함으로써, 탄소섬유의 원료 탄소원으로서 방향족화합물을 사용했을 경우에 비해, 섬유길이가 긴 탄소섬유를 얻을 수 있다.In addition, since the production of carbon fibers from methane starts at a low temperature, carbon fibers having a longer fiber length can be obtained as compared with the case of using an aromatic compound as a raw material carbon source of the carbon fibers.
이하, 본 발명의 구성요소에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, the components of the present invention will be described in detail.
(탄소원)(Carbon source)
본 발명의 탄소섬유의 제조 방법에서는, 탄소원이 적어도 메탄을 함유하고, 바람직하게는 주 탄소원이 메탄이다. "탄소원"은 탄소원자를 갖는 화합물을 의미한다. 따라서, 촉매 전구체 화합물이 탄소원자를 갖는 경우에는, 촉매 전구체 화합물도 "탄소원"에 포함된다. 다만, 일산화탄소 및 이산화탄소는, 지방족탄화수소 또는 방향족탄화수소와는 다른 거동을 나타내므로, 본 발명에 관해서는 "탄소원'에는 포함시키지 않는다. 또 "주 탄소원"은, 공급 원료에 함유되는 각각의 탄소원중 탄소의 총량을 비교했을 경우에, 가장 많은 탄소를 갖는 탄소원을 의미한다. 당연히, 메탄만을 탄소원으로서 사용해도 좋다.In the method for producing a carbon fiber of the present invention, the carbon source contains at least methane, and preferably the main carbon source is methane. "Carbon source" means a compound having a carbon atom. Therefore, when the catalyst precursor compound has a carbon atom, the catalyst precursor compound is also included in the "carbon source". However, since carbon monoxide and carbon dioxide exhibit different behavior from aliphatic hydrocarbons or aromatic hydrocarbons, the present invention is not included in the "carbon source", and the "main carbon source" is carbon in each carbon source contained in the feedstock. When the total amount of is compared, it means the carbon source having the most carbon, of course, only methane may be used as the carbon source.
본 발명의 방법에 의한 탄소섬유의 제조시에, 주 탄소원으로서 메탄 이외의 탄소원은 사용할 수 없다. 예를 들면 주 탄소원으로 에탄, 프로판, 및 부탄 등의 지방족탄화수소를 사용하면, 미세한 탄소섬유와 비섬유상 생성물의 혼합물이 얻어지고, 탄소섬유의 수율은 낮아지고, 비섬유상물질이 대량으로 함유된다. 벤젠 및 톨루엔 등의 방향족탄화수소를 사용하면, 대량의 촉매를 사용하지 않으면 탄소섬유를 얻을 수는 없다.In the production of carbon fibers by the method of the present invention, a carbon source other than methane cannot be used as the main carbon source. For example, when aliphatic hydrocarbons such as ethane, propane and butane are used as the main carbon source, a mixture of fine carbon fibers and non-fibrous products is obtained, the yield of carbon fibers is lowered, and a large amount of non-fibrous material is contained. When aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene are used, carbon fibers cannot be obtained without using a large amount of catalyst.
공급 원료중의 메탄 농도는, 15mol%이상 100mol%미만이 바람직하고, 30mol%∼95mol%이 보다 바람직하고, 45mol%∼90mol%이 더욱 바람직하다. 원료중의 메탄 농도가 지나치게 낮으면, 탄소섬유의 생산성이 낮아지는 반면, 메탄 농도가 매우 높으면, 비섬유상 생성물이 생성될 수 있다. "공급 원료"는, 탄소원, 촉매 및/또는 촉매 전구체 화합물 및 후술하는 캐리어 가스 등을 함유하는 조성물이며 본 발명에 관해서는 가열 대역에 공급하는 모든 성분을 포함한다.The methane concentration in the feedstock is preferably 15% or more but less than 100%, more preferably 30% to 95%, and even more preferably 45% to 90%. If the methane concentration in the raw material is too low, the productivity of the carbon fiber is low, while if the methane concentration is very high, nonfibrous products may be produced. A "feedstock" is a composition containing a carbon source, a catalyst and / or a catalyst precursor compound, a carrier gas, etc. which are mentioned later and contain all the components supplied to a heating zone regarding this invention.
메탄과 함께 사용하는 메탄 이외의 탄소원은, 대량으로 사용하면 메탄 특성을 저해하므로 지나치게 많은 양을 사용하는 것은 바람직하지 않다. 메탄 이외의 탄소원은, 이러한 탄소원에 함유된 탄소원자의 총량이, 메탄에 함유된 탄소원자의 총량에 대해 바람직하게는 60%이하, 더 바람직하게는 40%이하, 더욱 더 바람직하게는 20%이하, 더욱 더 바람직하게는 10%이하, 가장 바람직하게는 5%이하가 되는 양으로 사용한다. 메탄 이외의 탄소원을 과잉으로 사용하면, 비섬유상의 고형물의 생성량이 급격하게 증가한다.Carbon sources other than methane used in combination with methane inhibit the methane properties when used in large quantities, so it is not preferable to use an excessively large amount. For carbon sources other than methane, the total amount of carbon atoms contained in these carbon sources is preferably 60% or less, more preferably 40% or less, even more preferably 20% or less, furthermore, based on the total amount of carbon atoms contained in methane. More preferably, it is used in an amount of 10% or less, most preferably 5% or less. When an excessive amount of carbon source other than methane is used, the amount of nonfibrous solids produced increases rapidly.
(촉매)(catalyst)
본 발명에서 사용되는 촉매는, 탄소섬유의 성장을 촉진할 수 있는 물질이면, 특별히 제한되지 않는다. 이 촉매는, 예를 들면 IUPAC가 1990년에 권고한 18족형 원소주기율표의 3∼12족으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속, (특히 그 미립자)이고, 바람직하게는 3, 5, 6, 8, 9, 및 10족으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속이고, 보다 바람직하게는 철, 니켈, 코발트, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 백금 또는 희토류원소이다.The catalyst used in the present invention is not particularly limited as long as it is a substance capable of promoting the growth of carbon fibers. This catalyst is, for example, at least one metal selected from the group consisting of
(촉매 전구체 화합물)(Catalyst precursor compound)
"촉매 전구체 화합물"은, 가열시에 열분해되고, 경우에 따라서는 더 환원되어, 상기 촉매를 제공하는 화합물을 의미한다. 촉매 전구체 화합물로는, 유기금속 화합물, 금속염 등을 들 수 있다. 예를 들면 촉매 전구체 화합물인 페로센은 가열시에 열분해 하여, 촉매로서 작용하는 철미립자를 생성한다. 따라서, 촉매 전구체 화합물로서 상기와 같은 금속을 제공하는 화합물이 적합하게 사용될 수 있다. 더 구체적으로는 예를 들면 촉매 전구체 화합물은, 3∼12족으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하는 금속화합물이고, 바람직하게는 3, 5, 6, 8, 9, 및 10족으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하는 화합물이고, 가장 바람직하게는 철, 니켈, 코발트, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 백금 및 희토류원소를 함유하는 화합물이다.By "catalyst precursor compound" is meant a compound which is thermally decomposed at the time of heating and optionally further reduced to provide the catalyst. An organometallic compound, a metal salt, etc. are mentioned as a catalyst precursor compound. For example, ferrocene, a catalyst precursor compound, thermally decomposes upon heating to produce iron fine particles that act as a catalyst. Therefore, a compound providing such a metal as the catalyst precursor compound can be suitably used. More specifically, for example, the catalyst precursor compound is a metal compound containing at least one element selected from the group consisting of
또한 그 주성분에 1∼17족으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하는 금속화합물을 수식 성분(소위 조촉매)로서 가하여, 주성분인 금속의 촉매성능을 수식하는 것도 가능하다.It is also possible to modify the catalytic performance of the metal as the main component by adding a metal compound containing at least one element selected from the group consisting of
(담체)(carrier)
상기 촉매 및/또는 촉매 전구체 화합물을, 필요에 따라서 담체에 담지해서 사용하는 것도 가능하다. 담체는, 가열 대역에서 안정한 화합물이 바람직하고, 이러한 화합물의 예로서, 알루미나, 실리카, 제올라이트, 마그네시아, 티타니아, 지르코니아, 흑연, 활성탄, 및 탄소섬유 등을 들수 있다. 다만, 이 담체 화합물을 반응로내에 미리 주입하는 것이 아니라, 가열된 로내에 탄소원등과 함께 도입할 필요가 있다.It is also possible to use the said catalyst and / or catalyst precursor compound on a support | carrier as needed. The carrier is preferably a compound that is stable in the heating zone, and examples of such a compound include alumina, silica, zeolite, magnesia, titania, zirconia, graphite, activated carbon, carbon fiber and the like. However, the carrier compound needs to be introduced together with a carbon source or the like into the heated furnace, rather than previously injected into the reactor.
(촉매 등의 사용량)(Consumption such as catalyst)
촉매 또는 촉매 전구체 화합물의 사용량은, 촉매 원소 (예를 들면 Fe)의 원자의 수와 탄소원 중의 탄소원자의 수의 비율로 0.000005∼0.0015이 바람직하고, 0.00001∼0.001이 보다 바람직하고, 0.00002∼0.0005이 더욱 바람직하고, 0.00004∼0.0004이 가장 바람직하다. 0.000005보다 적으면, 촉매가 부족해서 섬유수가 감소하거나, 섬유직경이 증대하는 반면, 이 비가 0.0015보다 크면, 경제적이지 않을뿐만 아니라, 촉매로서 기능하지 않는 조대화된 촉매입자가 섬유에 혼재할 것이다. 원료 중의 탄소원의 탄소원자의 총수는, 촉매 전구체 화합물이 탄소를 함유하고 있으면, 그 탄소원자도 포함된다. 즉 탄소원자의 총량은 공급 원료중 일산화탄소 및 이산화탄소에 함유된 탄소를 제외하는 모든 탄소원자의 총량이다.The amount of the catalyst or catalyst precursor compound used is preferably 0.000005 to 0.0015, more preferably 0.00001 to 0.001, more preferably 0.00002 to 0.0005, in the ratio of the number of atoms of the catalyst element (e.g. Fe) to the number of carbon atoms in the carbon source. Preferably, 0.00004-0.0004 are the most preferable. If less than 0.000005, the number of fibers decreases or the fiber diameter increases due to lack of catalyst, while if this ratio is larger than 0.0015, coarse catalyst particles which are not economical and do not function as catalysts will be mixed in the fibers. The total number of carbon atoms of the carbon source in the raw material includes the carbon atoms as long as the catalyst precursor compound contains carbon. That is, the total amount of carbon atoms is the total amount of all carbon atoms except carbon monoxide and carbon contained in the feedstock.
(원료의 공급 방법)(Feeding method of raw materials)
원료의 공급 방법은, 특별히 제한되지 않는다. 메탄 및/또는 메탄 이외의 탄소원, 촉매 및/또는 촉매 전구체 화합물을 기화시켜서 기상으로 공급해도 좋고, 그 일부 또는 모두를 액상으로 공급해도 좋다. 탄소섬유를 효율적으로 생성하기 위해서는, 탄소섬유의 생성이 시작되기 전에 이들 원료를 기화시켜서 기상물질로 충분히 혼합시킨 후, 공급하는 것이 특히 바람직하다. 이 기상물질은 700℃ 이하에서 충분히 혼합되어 있는 것이 바람직하고, 600℃ 이하가 보다 바람직하고, 400℃이하가 가장 바람직하다.The supply method of a raw material is not specifically limited. Carbon sources other than methane and / or methane, catalysts and / or catalyst precursor compounds may be vaporized and supplied in the gas phase, or some or all of them may be supplied in the liquid phase. In order to efficiently produce the carbon fibers, it is particularly preferable to supply these raw materials by vaporizing and mixing them sufficiently with gaseous substances before the production of the carbon fibers starts. It is preferable that this gaseous substance is fully mixed at 700 degrees C or less, 600 degrees C or less is more preferable, and 400 degrees C or less is the most preferable.
촉매 및/또는 촉매 전구체 화합물은, 상온 및 상압에서 고상 또는 액상인 경우가 많다. 촉매 이용효율이 높으므로, 그 사용량이 미량이어도 좋고, 액상인 경우에도 촉매 또는 촉매 전구체 화합물을 그대로 가열 대역으로 공급하는 것이 곤란한 경우가 있다. 이러한 경우에, 상온 및 상압에서 액체인 화합물에 촉매 및/또는 촉매 전구체 화합물 등을 용해 또는 분산해서 공급해도 좋다. 이 상온 및 상압에서 액체인 화합물로서, 상온 및 상압에서 액체인 탄소원을 사용할 수도 있다. 상온 및 상압에서 액체인 화합물에 촉매 및/또는 촉매 전구체 화합물을 용해시킬 경우, 그 용해도가 높은 것이 바람직하다.The catalyst and / or catalyst precursor compound is often solid or liquid at normal temperature and atmospheric pressure. Since the catalyst utilization efficiency is high, the amount thereof may be used in a small amount, and even in the case of liquid phase, it may be difficult to supply the catalyst or the catalyst precursor compound directly to the heating zone. In such a case, the catalyst and / or catalyst precursor compound or the like may be dissolved or dispersed and supplied to the compound which is liquid at normal temperature and normal pressure. As this compound which is liquid at normal temperature and normal pressure, a carbon source which is liquid at normal temperature and normal pressure may be used. When dissolving a catalyst and / or a catalyst precursor compound in a compound that is liquid at room temperature and atmospheric pressure, the solubility thereof is preferably high.
이 상온 및 상압에서 액체인 화합물로는, 상온 및 상압에서 액체이고, 상온 및 상압에서 액체인 화합물 100g 당 촉매 전구체 화합물의 25℃에 있어서의 용해도가, 바람직하게는 1g 이상, 더 바람직하게는 5g 이상, 더 바람직하게는 10g 이상인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면 촉매 전구체 화합물로서 자주 사용되는 페로센을 사용할 경우에는, 이 상온 및 상압에서 액체인 화합물로서, 상온 및 상압에서 액체이고, 상온 및 상압에서 액체인 화합물 100g 당 페로센의 용해도가 25℃에서 5g이상인 화합물을 사용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 벤젠, 톨루엔, 테트라히드로푸란 등을 사용할 수 있다.As the compound which is liquid at normal temperature and normal pressure, the solubility at 25 ° C. of the catalyst precursor compound per 100 g of the compound which is liquid at normal temperature and normal pressure and liquid at normal temperature and normal pressure is preferably 1 g or more, more preferably 5 g. As mentioned above, More preferably, it is 10 g or more. For example, in the case of using ferrocene which is frequently used as a catalyst precursor compound, the solubility of ferrocene per 100 g of the compound which is a liquid at normal temperature and normal pressure and a liquid at normal temperature and normal pressure is 5 g at 25 ° C. It is preferable to use the above compound, and specifically, benzene, toluene, tetrahydrofuran, etc. can be used.
상온 및 상압에서 액체인 화합물로서는, 상온 및 상압에서 액체인 화합물 100g 당 촉매 전구체 화합물의 25℃에 있어서의 용해도가 1g이상이며, 비점이 115℃ 이상인 화합물이 바람직하다. 이러한 화합물로서는, 구체적으로, o-크실렌, m-크실렌, p-크실렌, 에틸벤젠, 스티렌 등의 방향족화합물; 메틸락테이트, 메틸피루베이트 등의 에스테르류; 4-메틸-2-펜타논, 2-헥산온, 3-헥산온, 시클로펜탄온, 히드록시아세톤, 3-헵타논, 4-헵타논 등의 케톤 화합물; 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르 등의 에테르 화합물을 들 수 있다.As a compound which is liquid at normal temperature and normal pressure, the solubility in 25 degreeC of a catalyst precursor compound per 100 g of a compound which is liquid at normal temperature and normal pressure is 1 g or more, and the compound whose boiling point is 115 degreeC or more is preferable. Specific examples of such a compound include aromatic compounds such as o-xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene and styrene; Esters such as methyl lactate and methylpyruvate; Ketone compounds such as 4-methyl-2-pentanone, 2-hexanone, 3-hexanone, cyclopentanone, hydroxyacetone, 3-heptanone, 4-heptanone; And ether compounds such as propylene glycol monomethyl ether and propylene glycol monoethyl ether.
상온 및 상압에서 액체인 화합물로서는, 상온 및 상압에서 액체인 화합물 100g 당 촉매 전구체의 25℃에 있어서의 용해도가 1g이상이며, 비점이 150℃ 이상인 화합물이 바람직하다. 구체적으로는, 쿠멘, 아니솔, 4-메톡시 톨루엔 등의 방향족화합물; 에틸 락테이트, 2-에톡시에틸아세테이트, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르 아세테이트, 디메틸 말로네이트, 프로필렌글리콜 디아세테이트, γ-부틸올락톤 등의 에스테르 화합물류, 4-메톡시-4-메틸-2-펜타논, 4-히드록시-4-메틸-2-펜타논, 시클로헥사논, 2,6-디메틸-4-헵타논, 3-메틸 시클로헥사논 등의 케톤 화합물, 3-메톡시-1-부탄올, 에틸렌글리콜모노이소부틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디메틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노-n-부틸 에테르, 에틸렌글리콜 모노-n-부틸 에테르, 3-메톡시-3-메틸-1-부탄올, 테트라히드로 푸르푸릴알콜, 디프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸 에테르, 디에틸렌글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌글리콜 모노에틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜디메틸에테르 등의 에테르 화합물 및 디메틸포름아미드 등의 아미드 화합물을 들 수 있다.As a compound which is liquid at normal temperature and normal pressure, the compound whose solubility in 25 degreeC of a catalyst precursor per 100 g of a compound which is liquid at normal temperature and normal pressure is 1 g or more, and the compound whose boiling point is 150 degreeC or more is preferable. Specifically, Aromatic compounds, such as cumene, anisole, 4-methoxy toluene; Ester compounds such as ethyl lactate, 2-ethoxyethyl acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, dimethyl malonate, propylene glycol diacetate, γ-butylollactone, and 4-methoxy-4-methyl-2-penta Ketone compounds, such as 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, cyclohexanone, 2,6-dimethyl-4-heptanone, 3-methyl cyclohexanone, and 3-methoxy-1-butanol , Ethylene glycol monoisobutyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol mono-n-butyl ether, ethylene glycol mono-n-butyl ether, 3-methoxy-3-methyl-1-butanol Ether compounds such as tetrahydrofurfuryl alcohol, dipropylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, and dimethyl Amide compounds, such as formamide, are mentioned.
촉매 및/또는 촉매 전구체 화합물 등을 용해 또는 분산시켜 상온 및 상압에서 액체인 화합물을 공급하는 방법은, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 상기 화합물을 노즐 등을 이용하여 액상으로 분무해서 공급해도 좋지만, 보다 저온에서 메탄 등의 가스 성분과 충분히 혼합시키기 위해서는, 모든 성분이 충분히 기화될 수 있는 온도에서 기화한 후 도입하는 것이 바람직하고, 도입 전에 충분히 혼합한 상태에서 도입하는 것이 보다 바람직하다.The method of dissolving or dispersing a catalyst and / or a catalyst precursor compound and the like to supply a compound which is liquid at normal temperature and normal pressure is not particularly limited. For example, the compound may be sprayed into a liquid phase using a nozzle or the like to be supplied, but in order to sufficiently mix gas components such as methane at a lower temperature, it is preferable to introduce the compound after vaporizing at a temperature where all components can be sufficiently vaporized. And it is more preferable to introduce in the state mixed sufficiently before introduction.
(캐리어 가스)(Carrier gas)
본 발명의 기상 성장 탄소섬유의 제조에 있어서는 상기 조성물 이외에, 캐리어 가스를 사용하는 것이 권장된다. 캐리어 가스로서는 수소, 질소, 헬륨, 아르곤, 크립톤, 또는 그 혼합 가스를 사용할 수 있지만, 공기 등의 산소분자(즉, 분자상태의 산소(O2))을 함유하는 가스는 적당하지 않다. 본 발명에서 사용하는 촉매 전구체 화합물은 산화된 상태에 있는 경우가 있고, 이러한 경우에는 캐리어 가스로서 수소를 함유하는 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 바람직한 캐리어 가스는, 수소를 1vol%이상, 보다 바람직하게는 30vol%이상, 가장 바람직하게는 85vol%이상 함유한 가스이며, 예를 들면 100vol%수소 또는 수소를 질소로 희석한 가스이다. 여기서 사용된 수소 가스 농도는 캐리어 가스만의 농도이지만, 메탄 및/또는 메탄 이외의 탄소원, 가스화한 촉매 및/또는 촉매 전구체 화합물 등은 고려되지 않는다. In the production of the vapor-grown carbon fiber of the present invention, it is recommended to use a carrier gas in addition to the above composition. As the carrier gas, hydrogen, nitrogen, helium, argon, krypton, or a mixed gas thereof can be used, but a gas containing oxygen molecules such as air (that is, molecular oxygen (O 2 )) is not suitable. The catalyst precursor compound used in the present invention may be in an oxidized state, and in this case, it is preferable to use a gas containing hydrogen as the carrier gas. Therefore, a preferable carrier gas is a gas containing 1% or more of hydrogen, more preferably 30% or more, most preferably 85% or more, and is a gas obtained by diluting 100% hydrogen or hydrogen with nitrogen. The hydrogen gas concentration used here is the concentration of only the carrier gas, but carbon sources other than methane and / or methane, gasified catalysts and / or catalyst precursor compounds and the like are not considered.
(황 화합물)(Sulfur compound)
본 발명의 기상 성장 탄소섬유의 제조에 있어서는, 탄소섬유직경을 제어하는데에 효과가 있다고 여겨지는 황 화합물을 병용해도 좋다. 본 발명에서 사용할 수 있는 황 화합물로서는, 황; 티오펜; 하이드로젠 술피드; 탄소 술피드; 메틸 메르캅탄, tert-부틸메르캅탄 등의 메르캅탄류; 디메틸 술피드 등의 술피드류; 및 디메틸 디술피드 등의 디술피드류 등을 들 수 있다. 황화합물은 바람직하게, 티오펜, 탄소 디술피드, 디메틸 술피드 및 디메틸 디술피드를 들 수 있고, 더 바람직하게는, 디메틸 술피드 및 디메틸 디술피드이다.In the production of the vapor-grown carbon fiber of the present invention, a sulfur compound which is considered to be effective in controlling the carbon fiber diameter may be used in combination. As a sulfur compound which can be used by this invention, Sulfur; Thiophene; Hydrogen sulfide; Carbon sulfide; Mercaptans such as methyl mercaptan and tert-butyl mercaptan; Sulfides such as dimethyl sulfide; And disulfides such as dimethyl disulfide and the like. Sulfur compounds are preferably thiophene, carbon disulfide, dimethyl sulfide and dimethyl disulfide, more preferably dimethyl sulfide and dimethyl disulfide.
황, 티오펜, 하이드로젠 술피드, 탄소 술피드, tert-부틸메르캅탄 등의 메르캅탄류, 디메틸 술피드 등의 술피드류, 및 디메틸 디술피드 등의 디술피드류 등의 화합물은, 가스 상에서 공급해도 좋고 또는 용매에 용해시켜서 공급할 수 있다. 공급하는 황의 총 몰수는 촉매 원소의 몰수의 100배 이하, 바람직하게는 10배이하, 더 바람직하게는 2배이하인 것이 바람직하다. 황의 공급량이 지나치게 많으면 경제적이지 않을 뿐만 아니라, 탄소섬유의 성장을 저해하지 않으므로 바람직하지 않다.Compounds such as sulfur, thiophene, hydrogen sulfide, carbon sulfide, mercaptans such as tert-butyl mercaptan, sulfides such as dimethyl sulfide, and disulfides such as dimethyl disulfide are present in the gas phase. You may supply or it may melt | dissolve in a solvent and supply. The total number of moles of sulfur to be supplied is preferably 100 times or less, preferably 10 times or less, and more preferably 2 times or less of the number of moles of the catalyst element. Too much sulfur supply is not economical and is not preferable because it does not inhibit the growth of carbon fibers.
(탄소섬유의 합성)(Synthesis of carbon fiber)
기상 성장 탄소섬유의 합성은, 상술한 원료 및 필요에 따라 캐리어 가스를 가열 대역으로 공급하고, 가열하에서 접촉시킴으로써 달성된다. 반응기(가열 대역)로서는, 소정의 체류시간, 및 가열온도를 얻을 수 있는 것이면 특별하게 한정되지 않지만, 종형 또는 횡형의 관상로가, 원료공급, 및 체류시간제어의 면에서 바람직하다.Synthesis of gaseous growth carbon fibers is accomplished by supplying a carrier gas to a heating zone and contacting under heating as necessary for the above-described raw materials and necessity. The reactor (heating zone) is not particularly limited as long as a predetermined residence time and heating temperature can be obtained, but a vertical or horizontal tubular furnace is preferable in view of raw material supply and residence time control.
탄소원, 바람직하게는 주 탄소원으로서 안정한 화합물인 메탄을 사용하고 있으므로, 가열 대역의 온도가 지나치게 낮으면 탄소섬유 뿐만 아니라, 고체의 생성물이 완전히 생성되지 않거나, 극소량 생성되는 반면, 그 온도가 지나치게 높으면, 탄소섬유가 성장하지 않거나, 굵은 섬유만이 얻어진다. 따라서 가열 대역의 고온부분의 온도는 1,100℃ 이상 1,500℃ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1,150℃ 이상 1,350℃ 이하이다.Since methane, which is a stable compound as a carbon source, preferably a main carbon source, is used, when the temperature of the heating zone is too low, not only carbon fibers but also solid products are not completely produced or are produced in very small amounts. Carbon fibers do not grow or only coarse fibers are obtained. Therefore, it is preferable that the temperature of the high temperature part of a heating zone is 1,100 degreeC or more and 1,500 degreeC or less, More preferably, it is 1,150 degreeC or more and 1,350 degreeC or less.
반응후의 가스중의 탄소원의 주성분은 메탄인 것이 바람직하다. 반응 가스중에 산소함유 화합물이 함유될 경우에 일부의 탄소는, 일산화탄소 또는 이산화탄소가 되지만, 상기한 바와 같이 탄소원에는 포함시키지 않는다. 반응후의 가스는 상기 메탄과 메탄 이외의 탄소원을 함유하는 조성을 만족시키고, 그 모두 또는 일부를 그대로, 또는 메탄 및/또는 메탄 이외의 탄소원을 가열 대역으로 가한 후, 다시 가열 대역에 공급함으로써, 순환해서 재사용할 수 있다. 이 반응후의 가스를 순환해서 재사용할 경우, 재사용하는 가스와 부가하는 성분을 조합한 것이 반응 원료가 되므로, 이 원료가 본 발명의 원료조성을 만족시킬 필요가 있다.It is preferable that the main component of the carbon source in the gas after reaction is methane. When the oxygen-containing compound is contained in the reaction gas, some of the carbon becomes carbon monoxide or carbon dioxide, but is not included in the carbon source as described above. The gas after the reaction satisfies the composition containing the methane and a carbon source other than methane, circulating by supplying all or part of it as it is, or adding a carbon source other than methane and / or methane to the heating zone and then supplying it to the heating zone again. Can be reused. When the gas after this reaction is circulated and reused, the combination of the gas to be reused and the component to be added becomes a reaction raw material, and this raw material needs to satisfy the raw material composition of the present invention.
도2는 반응장치의 일례를 표시한다. 이 경우에, 가열 대역으로 사용된 석영제 반응관(1)은 히터(2)를 구비하고, 상부에 캐리어 가스, 및 메탄 등의 원료성분 뿐만 아니라, 촉매 및/또는 촉매 전구체 화합물을 함유하는 원료액성분을 혼합해서 공급하는 공급 라인에 연결한다. 이 공급라인에, 기화기(4)가 배치되어 있다. 반응관(1)의 하부에는, 생성한 탄소섬유를 포집하는 포집기(3)가 있다. 이러한 장치를 사용하고, 히터(2)를 1,100℃이상의 소정온도로 하고, 도입 라인(4)으로 원료를 도입해서 반응시킨다.2 shows an example of a reactor. In this case, the
본 발명의 특징은, 탄소섬유로서 공급한 탄소원을 효율적으로 회수하는 것이다. 그 기본적인 메커니즘은 주로 1,000℃이하의 저온에서 메탄과 촉매와의 접촉시에서 생성한 탄소섬유를, 1,000℃이상의 고온에서, 메탄, 메탄의 분해 생성물인 에틸렌, 및 프로필렌 등의 지방족탄화수소, 및/또는 벤젠 등의 방향족탄화수소 등의 탄소원을 사용해서, 직경방향으로 효과적으로 성장시킨다.It is a feature of the present invention to efficiently recover a carbon source supplied as carbon fiber. The basic mechanism is that the carbon fibers produced during the contact of methane and the catalyst at a low temperature of 1,000 ° C. or lower are mainly aliphatic hydrocarbons such as methane, methane, ethylene, and propylene, which are decomposition products of methane, and / or propylene. It grows effectively in the radial direction using carbon sources, such as aromatic hydrocarbons, such as benzene.
상기 상태를 실현하기 위해서, 반응관, 즉 가열 대역으로 원료를 도입하는 원료 도입부의 온도는, 가열 대역의 고온부분보다도 저온으로 유지할 필요가 있다. 이 원료도입부의 온도는, 700℃이하가 바람직하고, 600℃ 이하가 보다 바람직하고, 400℃ 이하가 더욱 바람직하다. 원료를 저온영역에 도입해서, 1,000℃이하에서 체류시간을 어느 정도 유지하는 것이 필요하다. 특히 600℃∼1,000℃에서 체류시간이 중요하고, 이 온도범위에 0.05초이상, 바람직하게는 0.5초이상, 보다 바람직하게는 1.0초∼30초간 체류하도록 한다. 다만 이 체류시간은, 원하는 섬유길이, 원료농도, 공급 원료의 온도, 촉매농도 등에 따라서 임의로 결정할 수 있다.In order to realize the above state, it is necessary to keep the temperature of the reaction tube, that is, the raw material introduction portion for introducing the raw material into the heating zone, at a lower temperature than the high temperature portion of the heating zone. 700 degrees C or less is preferable, as for the temperature of this raw material introduction part, 600 degrees C or less is more preferable, and 400 degrees C or less is further more preferable. It is necessary to introduce the raw material into the low temperature region and to maintain the residence time to some extent at 1,000 ° C. or lower. In particular, the residence time is important at 600 ° C. to 1,000 ° C., so that the residence time is 0.05 seconds or more, preferably 0.5 seconds or more, and more preferably 1.0 second to 30 seconds. However, this residence time can be arbitrarily determined according to the desired fiber length, raw material concentration, feedstock temperature, catalyst concentration and the like.
이러한 경우에는 실제 가스 온도를 측정하는 것은 곤란하다. 따라서, 여기에서 사용되는 온도는, 예를 들면 1,000℃이상의 온도도 측정가능한 백금-백금 ·13% 로듐 합금열전대를 가열 대역에 삽입해서 얻어지는 값이다. 정확하게 말하면, 이 측정치는 복사에 의해 영향을 받고, 가스 온도와는 반드시 일치하는 것은 아니지만, 본 발명의 바람직한 조건을 규정하기 위한 지표로서 만족스럽게 사용될 수 있다.In this case, it is difficult to measure the actual gas temperature. Therefore, the temperature used here is a value obtained by inserting the platinum-platinum 13% rhodium alloy thermocouple which can measure a temperature of 1,000 degreeC or more, for example in a heating zone. To be precise, this measurement is affected by radiation and does not necessarily correspond to the gas temperature, but can be satisfactorily used as an indicator for defining the preferred conditions of the invention.
600℃∼1,000℃의 온도범위에서 체류시간은, 반응장치입구측에 있어서 상기한 바와 같이 해서 측정된 온도가 600℃ 로부터 1,000℃까지 상승한 영역을 통해 원료가스를 통과시킨 시간이다. 이 영역에 있어서 원료 가스가 플러그 흐름이며, 상기한 바와 같이 해서 측정된 온도까지 원료 가스의 온도가 승온되는 것을 가정해서, 체류시간을 산출한다. 또한 가열 대역의 상류의 온도 또는 가열 대역에 비해, 예를 들면 5분의 1보다도 작은 내경을 가지는 배관으로 가열 대역에 삽입된 노즐 등의 분출부의 온도가 600℃를 초과하고 있을 경우에는, 체류시간은 가열 대역의 상류끝 또는 노즐 등의 분출부에서 1,000℃까지 상승할때 까지의 영역에서의 체류시간이다. 이 경우에, 이 영역에 있어서 원료 가스가 플러그 흐름이며, 상기한 바와 같이 해서 측정된 온도까지 원료 가스가 승온되어 있다고 가정해서, 체류시간을 산출한다.The residence time in the temperature range of 600 degreeC-1,000 degreeC is the time which passed source gas through the area | region where the temperature measured as mentioned above at the reaction apparatus entrance side rose from 600 degreeC to 1,000 degreeC. In this region, the residence time is calculated assuming that the source gas is a plug flow and the temperature of the source gas is raised to the temperature measured as described above. Moreover, when the temperature of the ejection part, such as the nozzle inserted in the heating zone by the piping which has an internal diameter smaller than 1/5 compared with the temperature upstream of the heating zone or the heating zone, exceeds 600 degreeC, the residence time Is the residence time in the region from the upstream end of the heating zone or up to 1,000 ° C. at a jet such as a nozzle. In this case, the residence time is calculated assuming that the source gas is a plug flow in this region, and that the source gas is heated up to the temperature measured as described above.
1,100℃이상의 온도에서 체류시간은, 600℃∼1,000℃의 온도범위에서의 체류시간과 동일한 방법으로 결정할 수 있고, 예를 들면 0.001초이상, 바람직하게는 0.01초이상, 보다 바람직하게는 0.1∼30초다. 다만 1,100℃이상의 온도에서 체류시간은, 원하는 섬유굵기, 원료농도, 고온부분의 온도 등에 따라서 임의로 결정할 수 있다.The residence time at a temperature of 1,100 ° C. or more can be determined by the same method as the residence time in the temperature range of 600 ° C. to 1,000 ° C., for example, 0.001 second or more, preferably 0.01 second or more, more preferably 0.1 to 30 Second. However, the residence time at a temperature of more than 1,100 ℃ can be arbitrarily determined according to the desired fiber thickness, raw material concentration, temperature of the hot portion and the like.
상술한 바와 같이, 본 발명의 기본적인 메커니즘은 주로 1,000℃이하의 저온에서 생성한 탄소섬유를 1,000℃이상의 고온에서 직경방향으로 성장시키는 것이다. 효과적으로 섬유를 성장시키기 위해서, 여기서 특히 1,100℃이상의 고온을 사용한다. 따라서, 단일벽 또는 이중벽 탄소섬유 등의 매우 작은 외경을 갖는 탄소섬유의 제조에 비해서, 비교적 굵은 섬유의 제조에 특히 적합하다. 보다 구체적으로 본 발명의 제조방법은 섬유의 평균 외경이 10nm이상, 바람직하게는 50nm이상, 가장 바람직하게는 100nm이상의 탄소섬유의 제조 방법으로서 최적이다. 여기서 사용된 탄소섬유의 외경은, 예를 들면 SEM의 사진에서 약 100개의 섬유의 외경을 측정함으로써 결정할 수 있다.As described above, the basic mechanism of the present invention is to grow carbon fibers produced at a low temperature of 1,000 ° C. or lower mainly in a radial direction at a high temperature of 1,000 ° C. or higher. In order to grow the fibers effectively, high temperatures of 1,100 ° C. or higher are used here. Therefore, it is particularly suitable for the production of relatively coarse fibers, compared to the production of carbon fibers having very small outer diameters such as single-walled or double-walled carbon fibers. More specifically, the production method of the present invention is optimal as a method for producing carbon fibers having an average outer diameter of the fiber of 10 nm or more, preferably 50 nm or more, and most preferably 100 nm or more. The outer diameter of the carbon fiber used here can be determined, for example, by measuring the outer diameter of about 100 fibers in the SEM photograph.
또한 본 발명은, 생산성이 높은 제조방법이면서, 유사하게 높은 생산성을 갖는 탄소섬유를 제조할 수 있는 벤젠 등의 탄소원을 사용했을 경우에 비해, 섬유길이가 긴 탄소섬유를 제조할 수 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 평균 섬유길이가 10μm이상, 바람직하게는 13μm이상, 가장 바람직하게는 15μm이상의 탄소섬유의 제조 방법으로서 최적이다. 여기에서 사용된 탄소섬유의 길이는, 예를 들면 외경의 경우와 유사하게 SEM의 사진에서 약 100개의 섬유의 길이를 측정함으로써 결정할 수 있다.In addition, the present invention is characterized in that the carbon fiber having a longer fiber length can be produced compared to the case of using a carbon source, such as benzene, which can produce a carbon fiber having a high productivity while having a high productivity. do. That is, the average fiber length is 10 micrometers or more, Preferably it is 13 micrometers or more, Most preferably, it is optimal as a manufacturing method of the carbon fiber of 15 micrometers or more. The length of the carbon fiber used herein can be determined by measuring the length of about 100 fibers in the photograph of the SEM, for example, similarly to the case of the outer diameter.
본 발명에 의하면, 촉매 또는 촉매 전구체의 이용 효율을 현저하게 향상할 수 있다. 즉, 소량의 촉매로도 효율적으로 탄소섬유를 얻을 수 있다. 통상의 방법에 의해 제조된 탄소섬유에는 일반적으로, 약 50,000질량ppm의 촉매(철 등)이 잔류하고 있다. 따라서 제조된 탄소섬유는 물성을 향상시키기 위해, 소성(1500℃전후) 또는 불활성가스 하에서의 흑연화처리(2000∼3000℃)를 행한다. 이 처리에 의해, 촉매인 철 등의 일부가 기화 또는 증발하고, 흑연화처리후 탄소섬유의 촉매잔량이 감소한다. 한편, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 탄소섬유중 촉매의 함유량을 소성, 및 흑연화 등의 처리를 행하지 않는 상태에서도 극단적으로 감소시킬 수 있다. 예를 들면 소성 및 흑연화 등의 처리를 행하지 않는 상태에서, 촉매의 함유량이 5,000ppm이하, 바람직한 조건하에서는 500ppm이하의 탄소섬유를 얻을 수 있고, 용도에 따라서는 흑연화처리가 필요하지 않다.According to this invention, the utilization efficiency of a catalyst or a catalyst precursor can be improved significantly. In other words, carbon fibers can be efficiently obtained even with a small amount of catalyst. In general, about 50,000 mass ppm of catalyst (iron, etc.) remain in the carbon fiber manufactured by the conventional method. Therefore, in order to improve the physical properties, the produced carbon fiber is subjected to calcining (before and after 1500 ° C) or graphitization treatment under inert gas (2000 to 3000 ° C). By this treatment, a part of iron or the like, which is a catalyst, is vaporized or evaporated, and the catalyst residual amount of carbon fibers after graphitization treatment is reduced. On the other hand, according to the manufacturing method of this invention, content of the catalyst in carbon fiber can be reduced extremely even in the state which does not process, such as baking and graphitization. For example, carbon fiber having a catalyst content of 5,000 mm or less and 500 mm or less can be obtained under preferable conditions without performing treatment such as calcination and graphitization, and no graphitization treatment is required depending on the application.
또한 본 발명의 방법에 있어서 메탄에 대한 촉매 및/또는 촉매 전구체 화합물의 비율을 변경시킴으로써, 얻어진 섬유의 평균 외경이 변화되는 경향이 있다. 즉, 촉매 및/또는 촉매 전구체 화합물의 비율이 증가하면 섬유직경이 작아지고, 상기 비율이 감소되면 섬유직경이 커진다. 이것은 반응장치 또는 상세한 조건을 변경하지 않고, 단지 원료의 탄소원과 촉매의 조성을 바꾸는 것만으로, 얻어진 탄소섬유의 평균 외경을 제어할 수 있는 것을 나타내고 있다. 예를 들면 섬유외경이 80∼150nm의 범위의 탄소섬유를, 매우 용이하게 제조하는 것이 가능해진다.In addition, in the method of the present invention, the average outer diameter of the obtained fiber tends to be changed by changing the ratio of the catalyst to the methane and / or the catalyst precursor compound. That is, as the ratio of catalyst and / or catalyst precursor compound increases, the fiber diameter decreases, and when the ratio decreases, the fiber diameter increases. This shows that the average outer diameter of the obtained carbon fiber can be controlled by simply changing the composition of the carbon source and the catalyst of the raw material without changing the reaction apparatus or the detailed conditions. For example, it becomes possible to manufacture carbon fiber in the range of 80-150 nm of fiber outer diameters very easily.
도1은 기상 성장 탄소섬유를 제조하기 위한 횡형반응장치의 일반 예를 표시하는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a general example of a horizontal reactor for producing vapor-grown carbon fiber.
도2는 기상 성장 탄소섬유를 제조하기 위한 종형 반응장치의 일례를 표시하는 모식도이다.Fig. 2 is a schematic diagram showing an example of a vertical reactor for producing vapor grown carbon fibers.
이하, 실시예를 참조해서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail with reference to an Example, this invention is not limited to these.
이하의 실시예 및 비교예에서 사용한 시약 등은, 다음과 같다.The reagents used in the following Examples and Comparative Examples are as follows.
〔시약류〕Reagents
1.탄소원1. Carbon source
메탄:Takachiho Trading Co.,Ltd.의 제품Methane: Products of Takachiho Trading Co., Ltd.
벤젠:Wako Pure Chemical Industries, Ltd.의 제품Benzene: Products of Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
톨루엔:Wako Pure Chemical Industries, Ltd.의 제품Toluene: Product from Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
테트라히드로푸란:Wako Pure Chemical Industries, Ltd.의 제품Tetrahydrofuran: Product of Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
2.촉매 전구체 화합물2. Catalyst precursor compound
페로센:Nippon Zeon Co.,Ltd.의 제품Ferrocene: Product of Nippon Zeon Co., Ltd.
3.기타성분3.Other ingredients
티오펜:Wako Pure Chemical Industries, Ltd.의 제품Thiophene: Product of Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
디메틸 술피드:Wako Pure Chemical Industries, Ltd.의 제품Dimethyl sulfide: Products of Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
디메틸 디술피드:Wako Pure Chemical Industries, Ltd.의 제품Dimethyl Disulfide: Product from Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
탄소 디술피드:Wako Pure Chemical Industries, Ltd.의 제품Carbon Disulfide: Products of Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
〔탄소섬유의 합성〕Synthesis of Carbon Fiber
<실시예1>Example 1
도 2에 나타낸 석영제 반응관의 가열 대역(1)(내경 31mm, 외경 36mm, 가열 대역의 길이 약400mm)을 구비한 종형로를 사용하였다. N2기류하에서 가열 대역(1)의 온도를 1200℃까지 승온하고, 그 후에 N2의 공급을 중단하고, 그 대신에, 가열 대역(1)내에 1NL/min으로 캐리어 가스로서 H2을 흘려주었다. 온도가 안정한 후에, 벤젠, 페로센 및 티오펜을 서로 용해해서 혼합하고, 얻어진 용액을 200℃로 가열된 기화기(4)로 도입하여 각 성분을 표1에 표시된 양으로 도입하고, 기화한 후 H2를 도입했다. 이 상태에서, 고체의 생성물은 생성되지 않았다. 그 후에 H2의 유량을 0.5NL/min으로 내리고, 메탄을 0.5NL/min의 유량으로 수소와 혼합했다. 이렇게 하여, 모든 화합물을 가스 상으로 반응관내에 공급했다. 여기에서 사용되는 단위 "NL"은, 표준상태 (0℃, 1기압)에서의 체적(liter)을 나타내고 있다.A vertical furnace having a heating zone 1 (inner diameter 31 mm, outer diameter 36 mm, length of the heating zone about 400 mm) of the quartz reaction tube shown in FIG. 2 was used. The temperature of the
체류시간을 결정하기 위해서, 1NL/min의 He기류와 함께 1,200℃까지 승온하고 온도가 안정되면, 백금-백금 ·13% 로듐 합금열전대를 이용하여 석영관의 내부온도를 측정했다. 그 결과, 석영관 상단으로부터 24cm에서의 온도는 600℃이며 29cm에서는 1,000℃이었다. 그 사이의 체류시간을 결정하였더니, 0.59초이었다. 또한 석영관 상단으로부터 33cm에서 1,100℃를 초과하고, 60cm에서는 1,100℃보다 낮 았다. 그 사이의 체류시간을 결정하였더니, 2.25초이었다.In order to determine the residence time, the temperature of the quartz tube was measured using a platinum-platinum · 13% rhodium alloy thermocouple when the temperature was raised to 1,200 ° C. together with 1NL Hem air and the temperature was stabilized. As a result, the temperature at 24 cm from the top of the quartz tube was 600 ° C. and 1,000 ° C. at 29 cm. The residence time between them was determined to be 0.59 seconds. In addition, it exceeded 1,100 degreeC at 33cm from the top of a quartz tube, and it was lower than 1,100 degreeC at 60cm. The residence time between them was determined to be 2.25 seconds.
반응 결과, 반응관바닥과 포집기(3)의 사이에, 회색을 띤 거미집상의 퇴적물을 생성했다. 온도를 내린 후, 이 퇴적물을 회수하고, 회수된 퇴적양을 당초 사용한 탄소원에 포함되는 탄소량으로 나누어서 탄소회수율을 결정하였더니, 42%이었다. 실험의 조건 및 결과를 표1에 나타낸다.As a result of the reaction, a grayish cobweb-like deposit was produced between the reaction tube bottom and the
메탄의 농도는, 하기 식으로 결정된다:The concentration of methane is determined by the formula:
메탄의 농도(mol%)Methane Concentration
=[메탄의 공급량 (mmol/min)]= [Methane supply amount (MM) / MII]
/[원료의 공급량 (mmol/min)]/ [Supply amount of raw material (mmol / min)]
×100× 100
원료의 공급량 (mmol/min)Supply of raw materials (mmol / min)
=메탄의 공급량 (mmol/min)= Supply of Methane (mmol / min)
+캐리어 가스의 공급량 (mmol/min)+ Carrier Gas Supply (mmol / min)
+메탄 이외의 탄소원의 공급량 (mmol/min)Supply of carbon sources other than methane (mmol / min)
+페로센의 공급량 (mmol/min)Supply of ferrocene (mmol / min)
+황 화합물의 공급량 (mmol/min)Supply of sulfur compounds (mmol / min)
실험 조건에 관해서, 공급되는 메탄중에 탄소원자의 총량에 대한 공급되는 탄소원중에 메탄 이외의 탄소원자의 총량의 비율(%)을 이하의 식으로부터 산출하고, 표2에 나타냈다 :As to the experimental conditions, the ratio (%) of the total amount of carbon atoms other than methane in the supplied carbon source to the total amount of carbon atoms in the supplied methane was calculated from the following equation, and is shown in Table 2:
공급된 메탄에 탄소원자의 총량에 대한 공급된 탄소원중의 메탄 이외의 탄소 원자의 총량의 비율(%)=Ratio (%) of the total amount of carbon atoms other than methane in the supplied carbon source to the total amount of carbon atoms in the supplied methane
[캐리어 가스중의 탄소원자량 (mmol/min)[Carbon atomic weight in carrier gas (mmol / min)
+메탄 이외의 탄소원중의 탄소원자량 (mmol/min)+Carbon atoms in carbon sources other than methane (mmol / min)
페로센중의 탄소원자량 (mmol/min)+Carbon atoms in ferrocene (mmol / min) +
황 화합물중의 탄소원자량(mmol/min)]Carbon Atomic Weight in Sulfur Compounds
/[메탄중의 탄소원자량 (mmol/min)]/ [Carbon atom in methane (mmol / min)]
×100× 100
또한 주사형전자현미경으로 거미집상의 생성물을 관찰했다. 그 생성물 중에서, 약 100개의 평균 외경과 평균의 길이를 조사하였더니, 평균 외경 200nm 및 평균 길이 20μm의 섬유상 물질이었다.In addition, the product of cobweb was observed with the scanning electron microscope. In the product, about 100 average outer diameters and average lengths were examined, and it was a fibrous material having an average outer diameter of 200 nm and an average length of 20 µm.
<실시예2>Example 2
반응온도를 1,250℃으로 하고, 벤젠, 페로센 및 티오펜을 함께 용해하고 혼합해서 제조된 용액의 조성을 바꾼 것 이외에는 실시예 1의 방법에 따라서 반응을 행했다. 실험 조건 및 결과를 표1 및 표2에 나타낸다. 탄소회수율은 53%이며, 생성물은 평균 외경 170nm 및 평균의 길이 15μm의 섬유상물질이었다.The reaction was carried out according to the method of Example 1 except that the reaction temperature was 1,250 ° C, and the composition of the solution prepared by dissolving and mixing benzene, ferrocene and thiophene together was changed. The experimental conditions and the results are shown in Tables 1 and 2. The carbon recovery was 53%, and the product was a fibrous material having an average outer diameter of 170 nm and an average length of 15 μm.
<실시예3>Example 3
H2 및 메탄의 유량을 각각 0.64NL/min 및 0.36NL/min으로 한 것 이외에는 실시예 2의 방법을 따라서 반응을 행했다. 실험의 조건 및 결과를 표1 및 표2에 나타낸다. 탄소회수율은 34%이며, 생성물은 평균 외경 170nm의 섬유상 물 질이었다.The reaction was carried out in accordance with the method of Example 2, except that the flow rates of H 2 and methane were 0.64 NL / mI and 0.36 NL / mI, respectively. The conditions and results of the experiment are shown in Table 1 and Table 2. The carbon recovery was 34%, and the product was a fibrous material with an average outer diameter of 170 nm.
<실시예4>Example 4
H2 및 메탄 유량을 각각 0.82NL/min, 0.18NL/min에 한 것 이외에는 실시예 2의 방법을 따라서 반응을 행했다. 실험의 조건 및 결과를 표1 및 표2에 나타낸다. 탄소회수율은 15%이며, 생성물은 평균 외경 150nm의 섬유상물질이었다.The reaction was carried out according to the method of Example 2 except that the flow rates of H 2 and methane were respectively 0.82 NL / mI and 0.18 NL / mI. The conditions and results of the experiment are shown in Table 1 and Table 2. The carbon recovery rate was 15%, and the product was a fibrous material having an average outer diameter of 150 nm.
<실시예5>Example 5
H2 및 메탄 유량을 각각 0.25NL/min 및 0.75NL/min에 한 것이외에는 실시예 1의 방법을 따라서 반응을 행했다. 실험의 조건 및 결과를 표1 및 표2에 나타낸다. 탄소회수율은 45%이며, 생성물은 평균 외경 250nm의 섬유상 물질이었다.The reaction was carried out in accordance with the method of Example 1 except that the flow rates of H 2 and methane were 0.25 NL / mI and 0.75 NL / mI, respectively. The conditions and results of the experiment are shown in Table 1 and Table 2. The carbon recovery was 45% and the product was a fibrous material with an average outer diameter of 250 nm.
<실시예6>Example 6
벤젠, 페로센 및 티오펜을 서로 용해해서 혼합해서 제조된 용액의 유량 이외에는 실시예 2의 방법을 따라서 반응을 행했다. 실험의 조건 및 결과를 표1 및 표2에 나타낸다. 탄소회수율은 55%이며, 생성물은 평균 외경 200nm의 섬유상 물질이었다.The reaction was carried out in accordance with the method of Example 2, except for the flow rate of the solution prepared by dissolving and mixing benzene, ferrocene and thiophene with each other. The conditions and results of the experiment are shown in Table 1 and Table 2. The carbon recovery was 55% and the product was a fibrous material with an average outer diameter of 200 nm.
<실시예7>Example 7
벤젠 대신에 톨루엔을 사용하고, 그 도입량을 0.10mmol/min로 한 것이외에는 실시예 6의 방법을 따라서 반응을 행했다. 실험의 조건 및 결과를 표1 및 표2에 나타낸다. 탄소회수율은 56%이며, 생성물은 평균 외경 200nm의 섬유상 물질이었다.Toluene was used in place of benzene, and the reaction was carried out in accordance with the method of Example 6, except that the introduction amount thereof was 0.10 mM / mL. The conditions and results of the experiment are shown in Table 1 and Table 2. The carbon recovery was 56%, and the product was a fibrous material with an average outer diameter of 200 nm.
<실시예8>Example 8
벤젠 대신에 테트라히드로푸란을 사용하고, 그 도입량을 0.13mmol/min과 한 것 이외에는 실시예 6의 방법을 따라서 반응을 행했다. 실험의 조건 및 결과를 표1 및 표2에 나타낸다. 탄소회수율은 51%이며, 생성물은 평균 외경 200nm의 섬유상 물질이었다.Tetrahydrofuran was used in place of benzene, and the reaction was carried out in accordance with the method of Example 6, except that the introduction amount was 0.13 mM / mni. The conditions and results of the experiment are shown in Table 1 and Table 2. The carbon recovery was 51% and the product was a fibrous material with an average outer diameter of 200 nm.
<실시예9>Example 9
티오펜 대신에 디메틸 술피드를 사용한 것 이외에는 실시예 2의 방법을 따라서 반응을 행했다. 실험의 조건 및 결과를 표1 및 표2에 나타낸다. 탄소회수율은 55%이며, 생성물은 평균 외경 250nm 및 평균 길이 32μm의 섬유상 물질이었다.The reaction was carried out in accordance with the method of Example 2, except that dimethyl sulfide was used instead of thiophene. The conditions and results of the experiment are shown in Table 1 and Table 2. The carbon recovery was 55% and the product was a fibrous material with an average outer diameter of 250 nm and an average length of 32 μm.
<실시예10>Example 10
티오펜 대신에 디메틸 디술피드를 사용한 것 이외에는 실시예 2의 방법을 따라서 반응을 행했다. 실험의 조건 및 결과를 표1 및 표2에 나타낸다. 탄소회수율은 51%이며, 생성물은 평균 외경 200nm 및 평균 길이 18μm의 섬유상 물질이었다.The reaction was carried out in accordance with the method of Example 2, except that dimethyl disulfide was used instead of thiophene. The conditions and results of the experiment are shown in Table 1 and Table 2. The carbon recovery was 51% and the product was a fibrous material with an average outer diameter of 200 nm and an average length of 18 μm.
<실시예11>Example 11
티오펜 대신에 하이드로젠 디술피드를 사용한 것 이외에는 실시예 2의 방법을 따라서 반응을 행했다. 실험의 조건 및 결과를 표1 및 표2에 나타낸다. 탄소회수율은 54%이며, 생성물은 평균 외경 250nm의 섬유상 물질이었다.The reaction was carried out according to the method of Example 2, except that hydrogen disulfide was used instead of thiophene. The conditions and results of the experiment are shown in Table 1 and Table 2. The carbon recovery was 54% and the product was a fibrous material with an average outer diameter of 250 nm.
<비교예1>Comparative Example 1
도 2에 나타낸 석영제 반응관의 가열 대역(1)(내경 31mm, 외경 36mm, 가열 대역의 길이 약400mm)을 구비한 종형로를 사용하였다. N2기류하에서 가열 대역의 온도를 1200℃까지 승온하고, 그 후에 N2의 공급을 중단하고, 그 대신에, 반응관에 캐리어 가스로서 H2을 1NL/min으로 흘려주었다. 온도가 안정된 후에, 벤젠, 페로센 및 티오펜을 함께 용해해서 혼합하고, 얻어진 용액을 200℃로 가열된 기화기(4)로 도입해서 각 성분을 표1에 표시된 양으로 도입하고, 기화한 후 H2를 도입했다. 이와같이 하여, 모든 화합물을 반응관으로 기상으로 공급했다.A vertical furnace having a heating zone 1 (inner diameter 31 mm, outer diameter 36 mm, length of the heating zone about 400 mm) of the quartz reaction tube shown in FIG. 2 was used. The temperature of the heating zone was raised to 1200 ° C. under N 2 air flow, and then the supply of N 2 was stopped. Instead, H 2 was flowed into the reaction tube as a carrier gas at 1 NL / mSi. After the temperature was stabilized, benzene, ferrocene and thiophene were dissolved and mixed together, the obtained solution was introduced into a
반응 결과, 반응관바닥과 포집기의 사이에, 검은 분말상태의 퇴적물이 생성되었다. 온도를 내린 후, 이 퇴적물을 회수하고, 회수량을 당초 사용한 탄소원에 함유되는 탄소량으로 나누어서 탄소회수율을 결정하였더니, 30%이었다. 실험의 조건 및 결과를 표1 및 표2에 나타낸다.As a result of the reaction, a black powdery deposit was formed between the bottom of the reaction tube and the collector. After the temperature was lowered, the deposit was recovered, and the carbon recovery rate was determined by dividing the recovered amount by the amount of carbon contained in the originally used carbon source, which was 30%. The conditions and results of the experiment are shown in Table 1 and Table 2.
또한 주사형전자현미경으로 분말상태의 생성물을 관찰하였다. 고형물은 대부분이 구상입자이며, 실시예 1∼5과 같은 정도의 촉매량으로는 섬유상 물질은 거의 얻을 수 없었다.In addition, the product in the powder state was observed with a scanning electron microscope. Most of the solids were spherical particles, and almost no fibrous substance was obtained with the catalytic amount similar to that of Examples 1 to 5.
<비교예2>Comparative Example 2
벤젠, 페로센 및 티오펜을 서로 용해해서 혼합해서 제조된 용액의 조성을 바꾼 것 이외에는, 비교예 1의 방법을 따라서 반응을 행했다. 실험의 조건 및 결과를 표1 및 표2에 나타낸다. 탄소회수율은 39%이며, 생성물은 평균 외경 100nm 및 평균 길이 7μm의 섬유상 물질이었다. 촉매량을 증가시킴으로써, 섬유상 물질을 얻을 수 있었지만, 섬유의 길이는 짧았다.The reaction was carried out in accordance with the method of Comparative Example 1, except that the composition of the solution prepared by dissolving and mixing benzene, ferrocene and thiophene with each other was changed. The conditions and results of the experiment are shown in Table 1 and Table 2. The carbon recovery was 39% and the product was a fibrous material with an average outer diameter of 100 nm and an average length of 7 μm. By increasing the amount of catalyst, a fibrous material was obtained, but the length of the fiber was short.
<비교예3>Comparative Example 3
H2 및 메탄의 유량을 0.91NL/min 및 0.09NL/min로 한 것 이외에는 실시예 2의 방법을 따라서 반응을 행했다. 실험의 조건 및 결과를 표1 및 표2에 나타낸다. 반응의 결과, 고형의 퇴적물은 얻을 수 없었다. 즉, 탄소회수율은 0%이었다. 이것은, 메탄 농도가 지나치게 낮기 때문이다.The reaction was carried out in accordance with the method of Example 2 except that the flow rates of H 2 and methane were 0.91 NL / mI and 0.09 NL / mI. The conditions and results of the experiment are shown in Table 1 and Table 2. As a result of the reaction, no solid deposit was obtained. That is, the carbon recovery rate was 0%. This is because methane concentration is too low.
<비교예4>Comparative Example 4
반응온도를 1,000℃로 한 것이외에는 실시예 2의 방법을 따라서 반응을 행했다. 실험의 조건 및 결과를 표1 및 표2에 나타낸다. 반응의 결과, 고체의 퇴적물은 얻을 수 없었다. 즉, 탄소회수율은 0%이었다. 이것은, 반응온도가 지나치게 낮기 때문이다.The reaction was carried out in accordance with the method of Example 2, except that the reaction temperature was set at 1,000 ° C. The conditions and results of the experiment are shown in Table 1 and Table 2. As a result of the reaction, a solid deposit could not be obtained. That is, the carbon recovery rate was 0%. This is because reaction temperature is too low.
<비교예5>Comparative Example 5
H2을 흘리지 않고, 메탄 유량을 1NL/min으로 한 이외에는 비교예 4의 방법을 따라서 반응을 행했다. 실험의 조건 및 결과를 표1 및 표2에 나타낸다. 반응의 결과, 반응로의 출구의 가스중에 갈색의 연기상의 물질이 생성되고, 반응관내벽에 검은색의 점착성물질이 부착되었지만, 회수가능한 고체의 퇴적물은 얻을 수 없었다. 즉, 탄소회수율은 0%이었다. 반응온도가 지나치게 낮으면, 메탄 농도를 높게 해도 탄소섬유는 얻을 수 없다.The reaction was carried out in accordance with the method of Comparative Example 4, except that the methane flow rate was 1 NL / mIin without flowing H 2 . The conditions and results of the experiment are shown in Table 1 and Table 2. As a result of the reaction, a brown smoke-like substance was formed in the gas at the exit of the reactor, and a black sticky substance was attached to the inner wall of the reaction tube, but a recoverable solid deposit was not obtained. That is, the carbon recovery rate was 0%. If the reaction temperature is too low, carbon fibers cannot be obtained even with a high methane concentration.
(표1)Table 1
실험의 조건 및 결과Experiment Conditions and Results
(표2)Table 2
실험의 조건Conditions of experiment
Claims (19)
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US5374415A (en) * | 1993-02-03 | 1994-12-20 | General Motors Corporation | Method for forming carbon fibers |
US5846509A (en) * | 1995-09-11 | 1998-12-08 | Applied Sciences, Inc. | Method of producing vapor grown carbon fibers using coal |
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