纳米碳管的分离回收方法及纳米碳管技术

本发明专利技术的目的在于，从包含金属型CNT和半导体型CNT的CNT混合物中将两者有效地分离，并且将半导体型的CNT用如下的方法分离，即，可以按照结构，高收率、短时间地用廉价的设备简便地大量处理，还可以实现自动处理。将多个填充有凝胶的柱串联，使过剩量的CNT分散液通过，在各个柱上仅吸附具有特定结构的CNT，通过将它们分别用洗脱液洗脱，从而高精度地分离出具有不同结构的CNT。本方法是如下的方法，即，可以高收率、短时间地用廉价的设备简便地大量处理，还可以实现自动处理的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及从包含金属型纳米碳管和半导体型纳米碳管的纳米碳管(CNT)中将两者有效地分离、并且将半导体型的CNT按照结构进行分离的方法，以及由此得到的纳米 碳管。
技术介绍
CNT在其电特性、机械强度等方面具有优异的性质，作为终极的新材料而得到积极的研究开发。该CNT可以利用激光蒸发法、电弧放电法、以及化学气相生长法(CVD法)等各种方法来合成。但是，现实状况下，无论使用哪种合成方法，都只能以金属型CNT和半导体型CNT的混合物的形态获得。在实际使用中，经常仅使用金属型或半导体型中任一方的性质，因此用于从CNT混合物中仅将金属型或半导体型的CNT分离精制的研究是迫切要求火速解决的重要课题。进而，半导体型CNT中，由于半导体的特性根据其结构(直径、手性(后述))而不同，因此强烈希望用于获得具有均匀结构的半导体型CNT的方法。虽然已经有分离金属型CNT与半导体型CNT的报告，然而均在工业化地生产金属型CNT和半导体型CNT的方面存在问题。问题可以如下所示地加以归纳。(I)由于经过复杂的工序，因此无法自动化；(2)需要很长时间；(3)无法大量处理；(4)需要昂贵的设备或药品；(5)只能得到金属型CNT和半导体型CNT中的某一方；(6)回收率低等。例如，存在将利用表面活性剂分散后的CNT在微小电极上进行诱电泳动的方法(非专利文献I)、在溶剂中将胺类用于分散剂中的方法(非专利文献2、3)、利用过氧化氢选择性地燃烧半导体型CNT的方法(非专利文献4)等，然而对于上述方法而言，在上述问题当中，特别是所得的最终物质仅限定为金属型CNT、其回收率低这样的问题并没有得到解决。还存在如下等方法，即，将半导体型CNT和金属型CNT的混合物分散于液体中，使金属型CNT与粒子选择性地结合，将与粒子结合了的金属型CNT除去而分离出半导体型CNT的方法(专利文献I);将CNT用含有硝鎗离子的溶液处理后，进行过滤及热处理而除去CNT中所含有的金属型CNT，得到半导体型CNT的方法(专利文献2);使用硫酸及硝酸的方法(专利文献3);施加电场而将CNT选择性地移动分离，得到缩窄了电导率范围的半导体型CNT的方法(专利文献4)。对于上述方法而言，在上述问题当中，特别是所得的最终物质仅限定为半导体型CNT、其回收率低这样的问题并没有得到解决。还有将利用表面活性剂分散后的CNT利用密度梯度超速离心分离法分离为金属型CNT与半导体型CNT的方法(非专利文献5)。该方法中存在如下的问题，即，使用超速离心分离机这样的非常昂贵的仪器；超速离心分离操作需要很长时间；超速离心分离机自身的大型化存在限制；并列地设置多个超速离心分离机，很难进行自动化等处理。还存在制造由与核酸分子结合后的CNT构成的CNT-核酸复合体，并利用离子交换色谱法进行分离的方法(专利文献5)。但是，存在如下的问题，S卩，需要昂贵的合成DNA;由于分离精度不太高，因此回收率、纯度不佳。另外，有意图通过调节利用表面活性剂分散后的CNT溶液的pH、离子强度，从而根据CNT的种类而产生不同程度的质子化，通过施加电场而将金属型与半导体型分离的报告(专利文献6)，然而该方法中，在分离之前，需要使用强酸对悬浊的纳米管混合物的pH、离子强度进行前处理的工序，另外还不得不为此施行严格的工序管理，因而最终没有实现金属型与半导体型的CNT的分离(专利文献6实施例4)。另一方面，关于半导体型CNT的直径分离或结构分离，也存在与上述金属型 半导体型CNT的分离相同的问题。利用上述密度梯度超速离心分离法，还可以根据直径的差异将CNT加以分离(非专利文献5)。但是，与上述相同，存在如下的问题，S卩，使用非常昂贵的仪器、需要很长时间、在大型化方面存在限制、难以进行自动化等处理。报道了利用离子交换色谱法将上述CNT-核酸复合体分离出CNT的结构的方法(专利文献7)。但是，该方法中，存在如下的问题，即，需要针对各个结构的CNT准备特定的合成DNA，而且这种合成的DNA非常昂贵。如前所述，以往的方法均无法克服上述的问题，希望开发出基于新的思考方法的、从CNT中分离金属型CNT与半导体型CNT的方法，以及分离出特定的结构的半导体型CNT的方法。本专利技术人等着手于与以往的方法不同的新型的金属型CNT及半导体型CNT分离方法，完成了以下的专利技术(专利文献9、10、11、12)。该专利技术在使用特定种类的分散剂与凝胶的组合时，可以使半导体型CNT选择性地吸附在凝胶上，从而可以与金属型CNT分离。在分离中，利用电泳(专利文献9、10)、离心分离或冷冻压榨、扩散、渗透等(专利文献11)，将吸附在凝胶上的半导体CNT与未吸附的CNT分离。这些方法不仅可以获得金属型CNT和半导体型CNT双方，而且能够以高回收率在短时间内进行分离，并且还可以用廉价的设备、简便地进行大量处理，是非常优异的方法。进而，还完成了使用适当的洗脱液来回收吸附在凝胶上的半导体型CNT的方法(专利文献12)。特别是，使CNT分散液穿过凝胶而使半导体型CNT吸附在凝胶上、将未吸附的金属型CNT洗脱而分离、用洗脱液回收吸附于凝胶上的半导体型CNT的方法可以实现凝胶的重复使用，还可以实现分离的自动化，在工业化大量生产金属型 半导体型CNT的方面是非常优异的方法。另外，还专利技术了如下的方法，S卩，在相同的方法中，通过调节洗脱液的浓度，从而进行金属型 半导体型CNT的分离，同时可以根据直径对CNT加以分离(专利文献12)。该方法可以在金属型CNT与半导体型CNT进行分离的同时得到直径不同的CNT，还可以以高收率、短时间，并且以廉价的设备简便地进行大量处理、自动处理，是非常优异的方法。但是，该方法中，直径分离的精度低，为获得具有均匀结构的半导体型CNT而需要进一步的改良。专利文献I :日本特开2007-31238号公报专利文献2 日本特开2005-325020号公报专利文献3 :日本特开2005-194180号公报专利文献4 日本特开2005-104750号公报专利文献5 :日本特开2006-512276号公报专利文献6 日本特开2005-527455号公报专利文献7 日本特开2004-142972号公报专利文献8 日本特开2006-282418号公报专利文献9 日本特开2008-285386号公报专利文献10 日本特开2008-285387号公报专利文献11 :国际公开W02009/075293号小册子 专利文献12 日本特愿2009-147557非专利文献I Advanced Materials 18，(2006) 1468-1470非专利文献2 J. Am. Chem. Soc. 127，(2005) 10287-10290非专利文献3 J. Am. Chem. Soc. 128，(2006) 12239-12242非专利文献4 J. Phys. Chem. B 110，(2006)25-29非专利文献5 :Nature Nanotechnology I, (2006)60-65非专利文献6:Nano Letters 9，(2009) 1497-1500非专利文献7 :NATURE 460，(2009)250-25
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术是鉴于如上所述的情况而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.05 JP 2010-0497661.一种纳米碳管的分离回收方法，其特征在于， 通过使相对于填充在柱中的凝胶而言过剩量的纳米碳管分散液进行作用，使对凝胶吸附力强的纳米碳管吸附在该凝胶上，将含有对所述凝胶吸附力弱的未吸附的纳米碳管的溶液、与吸附有纳米碳管的凝胶分离，再使洗脱液作用于所述分离后的凝胶，从而将吸附在凝胶上的纳米碳管取出。2.—种纳米碳管的分离回收方法，其特征在于， 配备串联了 n段的柱，通过使相对于填充在第一段柱中的凝胶而言过剩量的纳米碳管分散液作用于第一段柱，直到纳米碳管吸附在第n段柱的凝胶上为止，从而将吸附在n段的各柱的凝胶上的吸附力强度第一到第n的纳米碳管、与含有没有吸附在所有柱的凝胶上的吸附力弱的纳米碳管的溶液分离，再通过使洗脱液分别作用于各柱，从而将吸附在各柱的凝胶上的n种吸附力不同的纳米碳管取出， 其中，n > 2、n是自然数。3.根据权利要求I或2所述的纳米碳管的分离回收方法，其特征在于， 所述的相对于凝胶而言过剩量的纳米碳管分散液是包含超过填充在柱中的凝胶可...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘华平，田中丈士，片浦弘道，
申请(专利权)人：独立行政法人产业技术综合研究所，
类型：发明
国别省市：