プラスチックからカーボンナノチューブへの大量・高速変換法の構築

构建从塑料到碳纳米管的大规模、高速转化方法

基本信息

批准号：
22K04880
负责人：
生野孝
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04880/
关键词：
カーボンナノチューブ化学気相成長法プラスチック合成法

项目摘要

地球環境の観点から，無価値な廃プラスチックから有用なカーボンナノチューブ（CNT）へのアップサイクルが社会的に求められている．これまでにプラスチックの熱分解ガスを原料に用いた化学気相成長（CVD）法によるCNT成長の報告はあるものの，収率が低い（約4%）という課題があった．そこで申請者はこれまでに，既報を元に独自装置を開発し，約30%の収率でポリエチレンから多層CNT（MWNT）へ変換可能なCVD条件を見出すことができた．本研究課題では，廃プラスチックからできたMWNTの産業応用を目指し，申請者が開発したプロセスをさらに発展させることで，①収率向上（収率80%），②収量向上（収量50 g/日）の実現を目的とする．２０２２年度は，CVD装置における反応炉内部においてプラスチック分解ガスの滞留時間を延長し反応場を増やすことを目的に，反応炉内の幾何学構造をパラメータにガスの流れを制御することを試みた．ガス流体シミュレーションと実験との両面から研究を進めたところ，比較的単純な幾何学構造（ガス流入口と流出口に遮蔽物を設置）でCNTの収率が上がることがわかった．さらに，CNTの収量向上のみならず純度向上を試みた．CNT成長に必要な触媒金属微粒子が残留することが課題となっていたが，今回，触媒金属微粒子の前駆体である有機金属の昇華条件を精緻に制御することにより，９８%以上(全質量に対する炭素の質量の割合）の純度が得られることを明らかにした．他に，CNTを用いた新規応用として，配線応用や光熱浮揚体応用に関する研究を行った．

从全球环境的角度来看，还需要从有价值的废物塑料到有用的碳纳米管（CNT）的循环。到目前为止，尽管有塑料热溶液气体作为原料的报道，已经有报道称CNT增长（约4％）。到目前为止，申请人已经根据先前的报告开发了一种独特的设备，并且能够找到可以从聚乙烯转换为多层CNT（MWNT）的CVD条件，其产量约为30％。在这项研究中，目的是申请由废弃塑料制成的MWNT的工业应用，并通过进一步开发申请人开发的过程，（1）提高产量（80％的收益率）和（2）提高产量（产量为50 g/天）。在2022财年，我们试图将气体流动到反应堆中的几何结构中，目的是在CVD设备的反应器中延长塑料分解气的停留时间并增加反应。在从气体模拟和实验的两个方面进行了研究之后，发现CNT的产量通过相对简单的几何结构（在气体流量门上安装屏蔽和漂移出口）提高。此外，我们不仅尝试提高CNT的产量，还要提高纯度。面临的挑战在于，CNT生长所需的催化金属颗粒仍然存在，但是这次，98％或更高（对于整体质量（总体质量），揭示了碳质量的纯度）。此外，使用CNT作为新应用进行了有关接线应用和实用程序悬浮体的研究。