EP1002147B1

Process for producing single wall nanotubes using unsupported metal catalysts

Abstract

A process for producing hollow, single-walled carbon nanotubes by catalytic decomposition of one or more gaseous carbon compounds by first forming a gas phase mixture carbon feed stock gas comprising one or more gaseous carbon compounds, each having one to six carbon atoms and only H, O, N, S or el as hetero atoms, optionally admixed with hydrogen, and a gas phase metal containing compound which is unstable under reaction conditions for said decomposition, and which forms a metal containing catalyst which acts as a decomposition catalyst under reaction conditions; and then conducting said decomposition reaction under decomposition reaction conditions, thereby producing said nanotubes.

EP1002147B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 2

Term

Term ended

Expired 31 July 2018, 8.2 years ago.

  1. Priority
  2. Filed
  3. Granted
  4. Expired
  5. Today

11 claims: 11 independent, 0 dependent

  1. 1
    A process for producing hollow, single-walled carbon nanotubes by catalytic decomposition of one or more gaseous carbon compounds comprising the steps of:(1) forming a gas phase mixture of (a) a carbon feedstock gas comprising one or more gaseous carbon compounds, each said compound having one to six carbon atoms and only H, O, N, S or Cl as hetero atoms, optionally admixed with hydrogen, and(b) a gas phase metal containing compound which is unstable under reaction conditions for said decomposition, and which forms a metal containing catalyst which acts as a decomposition catalyst under reaction conditions;(2) conducting said decomposition reaction under decomposition reaction conditions which include a reaction zone temperature of 400°C to 1300°C and thereby producing said nanotubes. Procédé de production de nanotubes creux de carbone à paroi simple par décomposition catalytique d'un ou de plusieurs composés carbonés gazeux comprenant les étapes suivantes : (1) la formation d'un mélange en phase gazeuse composé (a) d'un gaz carboné d'alimentation comprenant un ou plusieurs composés carbonés gazeux, chacun desdits composés possédant un à six atomes de carbone et seulement H, O, N, S ou Cl comme hétéroatomes, facultativement en mélange avec de l'hydrogène, et(b) un composé contenant un métal en phase gazeuse qui est instable dans les conditions réactionnelles de ladite décomposition et qui forme un catalyseur contenant un métal jouant le rôle de catalyseur de décomposition dans des conditions réactionnelles ;(2) le fait de mener ladite réaction de décomposition dans des conditions de réaction de décomposition comprenant une température de zone réactionnelle de 400 °C à 1300 °C pour ainsi produire lesdits nanotubes. Verfahren zur Herstellung von hohlen, einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen durch katalytische Zersetzung von einer oder mehr gasförmigen Kohlenstoffverbindungen, umfassend die Schritte: (1) des Bildens eines Gasphasengemisches von (a) einem Kohlenstoffrohsubstratgas, umfassend eine oder mehr gasförmige Kohlenstoffverbindungen, wobei jede Verbindung ein bis sechs Kohlenstoffatome und nur H, O, N, S oder Cl als Heteroatome aufweist, gegebenenfalls gemischt mit Wasserstoff, und(b) einer metallhaltigen Gasphasenverbindung, welche unter Reaktionsbedingungen für die Zersetzung instabil ist und welche einen metallhaltigen Katalysator bildet, der als ein Zersetzungskatalysator unter Reaktionsbedingungen wirkt;(2) des Durchführens der Zersetzungsreaktion unter Zersetzungsreaktionsbedingungen, welche eine Reaktionszonentemperatur von 400°C bis 1300°C einschließen, und dabei des Herstellens der Nanoröhrchen.
  2. 2
    A process according to Claim 1, wherein 50% or more of said carbon feedstock gas is carbon monoxide. Procédé selon la revendication 1, dans lequel 50 % ou plus dudit gaz carboné d'alimentation est du monoxyde de carbone. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei 50 % oder mehr des Kohlenstoffrohsubstratgases Kohlenmonoxid ist.
  3. 3
    A process according to any preceding claim, wherein said decomposition reaction occurs at a pressure from 101 kPa (0 p.s.i.g.) to 791 kPa (100 p.s.i.g.). Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite réaction de décomposition a lieu à une pression de 101 kPa (0 p.s.i.g) à 791 kPa (100 p.s.i.g). Verfahren gemäß jedwedem vorhergehenden Anspruch, wobei die Zersetzungsreaktion bei einem Druck von 101 kPa (0 p.s.i.g.) bis 791 kPa (100 p.s.i.g.) stattfindet.
  4. 4
    A process according to any preceding claim, wherein said gas phase metal containing compound is producible by vaporizing a liquid or solid phase metal containing compound. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit composé contenant un métal en phase gazeuse peut être produit en vaporisant un composé contenant un métal en phase liquide ou solide. Verfahren gemäß jedwedem vorhergehenden Anspruch, wobei die metallhaltige Gasphasenverbindung durch Verdampfen einer metallhaltigen Flüssig- oder Festphasenverbindung hergestellt werden kann.
  5. 5
    A process according to Claim 4, wherein said metal containing compound is vaporized into a flowing stream of carbon feedstock, wherein the temperature of said flowing stream is between 400°C and 1300°C and wherein said flowing stream is at a pressure from 101 kPa (0 p.s.i.g.) to 791 kPa (100 p.s.i.g.). Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit composé contenant un métal est vaporisé dans un courant d'alimentation en carbone en écoulement, dans lequel la température dudit courant en écoulement est entre 400 °C et 1300 °C et dans lequel ledit courant en écoulement est à une pression de 101 kPa (0 p.s.i.g) à 791 kPa (100 p.s.i.g). Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die metallhaltige Verbindung in einen fließenden Strom von Kohlenstoffrohsubstrat verdampft wird, wobei die Temperatur des fließenden Stroms zwischen 400°C und 1300°C liegt und wobei der fließende Strom bei einem Druck von 101 kPa (0 p.s.i.g.) bis 791 kPa (100 p.s.i.g.) vorliegt.
  6. 6
    A process according to any preceding claim, wherein said gas phase metal containing compound is mixed with said feedstock by direct injection thereinto. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit composé contenant un métal en phase gazeuse est mélangé avec ladite alimentation en l'injectant directement dedans. Verfahren gemäß jedwedem vorhergehenden Anspruch, wobei die metallhaltige Gasphasenverbindung mit dem Rohsubstrat durch direktes Einspritzen darin gemischt wird.
  7. 7
    A process according to any preceding claim, wherein said gas phase metal containing compound is in the form of an aerosol. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit composé contenant un métal en phase gazeuse est sous la forme d'un aérosol. Verfahren gemäß jedwedem vorhergehenden Anspruch, wobei die metallhaltige Gasphasenverbindung in der Form eines Aerosols ist.
  8. 8
    A process according to any preceding claim, wherein said gas phase metal containing compound is Mo(CO)6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit composé contenant un métal en phase gazeuse est le Mo(CO)6. Verfahren gemäß jedwedem vorhergehenden Anspruch, wobei die metallhaltige Gasphasenverbindung Mo(CO)6 ist.
  9. 9
    A process according to any of Claims 1 to 7, wherein said gas phase metal containing compound is a volatile iron, cobalt, nickel or manganese compound. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ledit composé contenant un métal en phase gazeuse est un composé volatil à base de fer, de cobalt, de nickel ou de manganèse. Verfahren gemäß jedwedem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die metallhaltige Gasphasenverbindung eine flüchtige Eisen-, Kobalt-, Nickel- oder Manganverbindung ist.
  10. 10
    A process according to Claim 9, wherein said gas phase metal containing compound is Co2(CO)8, ferrocene, methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl, cyclopentadienyl cobalt dicarbonyl, or nickel dimethyglyoxime. Procédé selon la revendication 9, dans lequel ledit composé contenant un métal en phase gazeuse est le Mo(CO)6, le ferrocène, le méthylcyclopentadiènyl manganèse tricarbonyle, le cyclopentadiènyl cobalt dicarbonyle ou le diméthyglyoxime de nickel. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die metallhaltige Gasphasenverbindung Co2(CO)8, Ferrocen, Methylcyclopentadienylmangantricarbonyl, Cyclopentadienylkobaltdicarbonyl oder Nickeldimethylglyoxim ist.
  11. 11
    A process according to any preceding claim, wherein said gas phase metal containing compound is produced by subliming a solid phase metal containing compound, or by vaporizing a liquid phase metal containing compound. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit composé contenant un métal en phase gazeuse est produit par la sublimation d'un composé contenant un métal en phase solide ou par la vaporisation d'un composé contenant un métal en phase liquide. Verfahren gemäß jedwedem vorhergehenden Anspruch, wobei die metallhaltige Gasphasenverbindung durch Sublimieren einer metallhaltigen Festphasenverbindung oder durch Verdampfen einer metallhaltigen Flüssigphasenverbindung hergestellt wird.