[发明专利]催化剂担载体和纤维状碳纳米结构体的制造方法

说明书

本发明的催化剂担载体具有粒子状的支承体和形成在上述支承体的外侧的包含2层以上的复合层的复合层层叠体，复合层各自具有含有催化剂的催化剂部、和含有金属化合物的金属化合物部，支承体含有各自10质量％以上的Al和Si，支承体的体积平均粒径为50μm以上且400μm以下。

技术领域

本发明涉及催化剂担载体和纤维状碳纳米结构体的制造方法，特别涉及粒子状的催化剂担载体和使用该催化剂担载体制造纤维状碳纳米结构体的制造方法。

背景技术

近年来，作为导电性、导热性及机械特性优异的材料，纤维状碳材料、特别是碳纳米管(以下，有时称为“CNT”。)等纤维状碳纳米结构体备受瞩目。CNT由筒状石墨烯片形成，其直径为纳米级，上述筒状石墨烯片由碳原子构成。

在此，CNT等纤维状碳纳米结构体一般由于制造成本高所以比其它材料昂贵。因此，虽然具有上述那样的优异特性，但其用途却受到了限制。进而，近年来，作为能够以比较高的效率制造CNT等的制造方法，使用了利用催化剂的CVD(Chemical Vapor Deposition)法(以下，有时称为“催化剂CVD法”)。但是，催化剂CVD法也无法充分降低制造成本。

于是，开发了如下的CNT制造方法(例如，参照专利文献1)：通过具有如下结构的催化剂担载体，从而形成流动层，合成CNT，该结构为代替基板而使用多孔质粒子、陶瓷珠等作为支承体，在该支承体上形成催化剂担体层，由催化剂担体层担载催化剂的结构。具体而言，专利文献1中公开了如下制造方法：通过使用氧化铝珠作为支承体，在氧化铝珠上由Al₂O₃形成催化剂担体层，使Fe催化剂担载在该催化剂担体层上，从而形成催化剂担载体，通过该催化剂担载体形成流动层，合成CNT。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2009/110591号。

发明内容

发明要解决的问题

在此，如上所述，CNT制造方法要求降低制造成本。作为用于此的方法，可以考虑例如在催化剂CVD法中重复使用催化剂担载体的方法。但是，在重复使用催化剂担载体时，催化剂担载体本身可能劣化而在用于CNT制造时破损、成为杂质而混入得到的CNT中。此外，氧化铝比较昂贵。进而，如果使用由硬度比较高的氧化铝形成的氧化铝珠作为支承体而形成催化剂担载体、使用该催化剂担载体在CNT制造装置内形成流动层而合成CNT，则重复使用该催化剂担载体可能导致CNT制造装置逐渐磨损。而且，如果CNT制造装置持续磨损，则不仅最终装置发生故障，还可能在得到的CNT中混入装置的磨损片等杂质。因此，在以往的CNT制造方法中，在CNT制造效率和得到的CNT的品质方面存在改进的余地。

于是，本发明的目的在于，提供能够以高效率合成高品质的纤维状碳纳米结构体的催化剂担载体、以及使用该催化剂担载体的纤维状碳纳米结构体的制造方法。

用于解决问题的方案

本发明人以解决上述问题为目的而进行了深入研究。在此，对于上述那样的因使用硬度比较高的支承体形成的催化剂担载体而产生的制造装置磨损所导致的CNT品质下降的问题，也可以考虑通过使用硬度比较低的支承体从而抑制制造装置的磨损。但是，本发明人进一步进行研究发现：如果支承体的硬度过低，则重复使用利用该支承体形成的催化剂担载体，可能导致产生催化剂担载体的磨损、缺损而在CNT中混入来自催化剂担载体的杂质、并且由于催化剂担载体破碎而无法再利用这样的问题。于是，本发明人发现，通过包含具有特定的组成的支承体而形成的特定结构的催化剂担载体，从而形成流动层而制造纤维状碳纳米结构体，由此可使纤维状碳纳米结构体的制造效率和得到的纤维状碳纳米结构体的品质平衡良好地提高，完成了本发明。